实验设计与评价

1、第三节 化学实验的探究 与评价1高考实验试题的特点和趋势 近年来高考题中连续出现了一类实验设计题，这类试题的特点是将基本的实验操作设计置于新的情境中，结合我们原有的知识和能力，来进行仪器组装、现象描述、数据分析、考虑安全和防污等，用来考查考生自学能力、思维能力、分析综合及评价的能力。所以，新情境实验试题将是实验试题的命题方向。2一、化学实验方案设计步骤（内容）（1）实验名称；（2）实验目的；（3）实验原理；（4）实验用品；（药品、仪器）（5）实验步骤；（包括：仪器装配及操作）（6）实验现象记录及结果处理；（7）实验相关问题和评价。3二、化学实验设计的基本原则 1.科学性原则 2.安全性原则 3

2、.可行性原则4.简约性原则（即实验原理、操作程序和方法必须正确科学）（条件允许，效果明显，操作正确 ）（装置简单、步骤少、药品用量少、时间短等）（即保护人身、保护环境、保护仪器等）4实例演练 组装制备无水氯化铜的反应装置（氯化铜易发生潮解）。试按气流的方向由左至右，写出使用仪器的顺序及实验所需的药品，并指出各装置在实验中所起的作用。BACD5制备无水氯化铜(易潮解)A浓HClMnO2CCuD6D 饱和 食盐水浓硫酸DCA浓硫酸D 从实验安全性原则考虑，该实验是否还需改进？浓HClMnO27D 饱和 食盐水浓硫酸DD浓NaOH溶液CA浓硫酸DD完整准确的装置图8 （1）实验操作的顺序： a、连接

3、仪器：按发生除杂干燥主体实验尾气处理的顺序连接仪器，并注意，“自下而上、自左而右”的顺序 b、检验气密性。 c、装药品进行实验操作。 （2）可燃性气体点燃之前应检验气体纯度； （3）加热和拆卸装置的安全性； （4）防止倒吸问题。解综合设计实验题目应注意的几个问题9尝试训练：利用空气和镁粉制取Mg2N310(一)：传统的制备实验【例1】下列各组气体中其制备装置、收集装置和收集方法均相同，且都可用浓H2SO4干燥的是()ASO2和H2S BCH4和NH3 CCH4和O2 DCO2和H2C11例：判断物质在不同溶剂中的溶解性时，有一条经验规则：“极性分子组成的溶剂易于溶解极性分子组成的溶质；非极性分

4、子组成的溶剂易于溶解非极性分子组成的溶质。”下列装置中，不适宜用做NH3气体尾气吸收的是( )C常见尾气处理装置12【例】实验室可用如图所示的装置制取气体，有关说法正确的是()A实验室不能用这种装置来制取氢气B这种装置可以不用加热试管而检查装置的气密性C食盐跟浓硫酸反应制氯化氢的实验能用这种装置D利用这种装置制取乙炔可以随制随停B13（09年广东化学19）（12分） 某试验小组利用如下装置（部分固定装置略）制备氮化钙（Ca3N2），并探究其实验式。（1）按图连接好实验装置。检查装置的气密性，方法是 。（2）反应过程中末端导管必须插入试管A的水中，目的是 。（3）制备氮化钙的操作步骤是：打开活塞

5、K并通入N2；点燃酒精灯，进行反应；反应结束后， ；拆除装置，取出产物。（1）关闭活塞K，将末端导管插入试管A的水中，用酒精灯微热硬质试管，若末端导管有连续均匀的气泡冒出，撤去酒精灯冷却一段时间，在导管内形成一段水柱，并且一段时间不回落，则证明装置的气密性良好。（2）防止空气中的氧气通过末端导管进入实验装置，氧化单质钙，生成氧化钙，引入杂质。（3）反应结束后，先熄灭酒精灯，待冷却后在停止通氮气。14P/184 例215下图表示从固体混合物中分离X的2种方案，请回答有关问题。（1）选用方案I时，X应该具有的性质是 ，残留物应该具有的性质是 ；（2）选用方案从某金属粉末（含有Au、Ag和Cu）中分

6、离Au，加入的试剂是 ，有关反应的化学方程式为 ；（09年海南化学16）(9分)(二)：性质的探究实验（1）有挥发性（或易升华） 受热不挥发，且具有较高的热稳定性（2分）（2）HNO3 3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O 3Ag4HNO3(稀)=3AgNO3NO2H2O或Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2OAg2HNO3(浓)=AgNO3NO22H2O16（3）为提纯某Fe2O3样品（主要杂质有SiO2、A12O3），参照方案I和，请设计一种以框图形式表示的实验方案（注明物质和操作） 。17P/184 变式训练218（09福建）某研究性小组借助A-D的仪

7、器装置完成有关实验【实验一】收集NO气体。（1）用装置A收集NO气体，正确的操作上 （填序号）。a.从口进气，用排水法集气 b.从口进气，用排气法集气c.从口进气，用排水法集气 d.从口进气，用排气法集气【实验二】为了探究镀锌薄铁板上的锌的质量分数w(Zn)和镀层厚度，查询得知锌易溶于碱：Zn2NaOH=Na2ZnO3H2据此，截取面积为S的双面镀锌薄铁板试样，剪碎、称得质量为m1 g。用固体烧碱和水作试剂，拟出下列实验方案并进行相关实验。(三)、定量测定实验C19方案甲：通过测量试样与碱反应生成的氢气体积来实现探究木目标。（2）选用B和 （填仪器标号）两个装置进行实验。（3）测得充分反应后生

8、成氢气的体积为VL（标准状况）w(Zn)= 某研究性小组借助A-D的仪器装置完成有关实验D20（4）金属锌的密度（或其他合理答案：）（5）偏大（6） （7）劣于（4）计算镀层厚度，还需要检索的一个物理量是 。（5）若装置B中的恒压分液漏斗改为普通分液漏斗，测量结果将 （填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。方案乙：通过称量试样与碱反应前后的质量实现探究目标。选用仪器C做实验，试样经充分反应，滤出不溶物、洗涤、烘干，称得其质量为m2g 。（6）w(Zn)= 。方案丙：通过称量试样与碱反应前后仪器、试样和试剂的总质量（其差值即为H2的质量）实现探究目标。实验同样使用仪器C。（7）从实验误差角度分析，

9、方案丙 方案乙（填“优于”、“劣于”或“等同于”）。21（2009年广东卷）（12分）-活页P/348 14三草酸合铁酸钾晶体K3 Fe（C3O4 ）33H2O可有于摄影和蓝色印刷。某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解,对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。限选试剂：浓硫酸、10 molL-1HNO3、10 molL-1盐酸、10 molL-1 NaOH、3% H2O2 、01molL-1KI、01 molL-1CuSO4、20% KSCN、澄清石灰水,氧化铜、蒸馏水。（1）将气体产物依次通过澄清石灰水（A）、浓硫酸、灼热

10、氧化铜（B）、澄清石灰水（C）观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊，B中有红色固体生成，则气体产物是 。（2）该小组同学查阅资料后推知，固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3。验证固体产物中钾元素存在的方法是 ，现象是 。 （四）：实验设计探究22（3）固体产物中铁元素存在形式的探究。提出合理假设假设1： ； 假设2： ；假设3： 。设计实验方案证明你的假设（不要在答题卡上作答）实验过程根据中方案进行实验。在答题卡上按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。23答案：（1）则气体产物是：CO2和CO。（2）验证固体产物中钾元素存在的方法是焰色反应，现象是透过蓝钴玻璃观察呈紫色火

11、焰。（3）假设1：铁元素的存在形式为Fe单质；假设2：铁元素的存在形式为FeO；假设3：铁元素的存在形式为Fe与FeO的混合物。实验步骤预期现象与结论步骤一：用药匙取少量固体产物于一支洁净干燥的试管A中，用胶头滴管滴加过量的煮沸过的0.1mol/LCuSO4溶液于试管中，振荡，静置，过滤，取出固体另一试管B中备用。若出现大量红色固体，则证明假设1或假设3成立。若不出现红色固体，则假设2可能成立。步骤二：往试管B的固体加过量1mol/L盐酸，滴加少量20%KSCN溶液，再滴加少量煮沸过的1mol/LHNO3溶液。加盐酸后，固体部分溶解。若加入少量1mol/LHNO3后溶液变血红色，则证明原固体为

12、Fe与FeO混合，假设3成立。若加入少量1mol/LHNO3后溶液不变血红色，则证明原固体只含Fe，假设1成立步骤三：若步骤一不出现红色固体。用药匙另取少量固体产物于一支洁净干燥的试管中，用胶头滴管滴加过量煮沸过的1mol/L的盐酸，滴加少量20%KSCN溶液，再滴加少量煮沸过的1mol/LHNO3溶液。加盐酸后，固体全部溶解。若滴加KSCN溶液后，溶液不呈血红色，滴加1mol/LHNO3后溶液变血红色，则证明假设2成立。24某校兴趣小组的同学进行铁与水蒸气的实验。甲同学直接采用铁钉与水蒸气利用下述装置进行实验，最后试图收集气体与试管C中。乙同学先用右图装置进行CO还原Fe2O3至硬质管中固体

13、由红色转变成黑色，用磁铁进行试验，发现能被吸引，D中出现浑浊；乙同学随即熄灭酒精灯，继续通CO冷却至室温，然后用所得固体进行甲的实验。ABC铁钉(五)创新与评价25根据上述两位同学的操作，并仔细对照装置图，回答下列问题ABC铁钉（1）甲同学的实验最终未能成功，你认为最主要的原因是： ； （2）乙同学最终也未能制得氢气。你认为原因最可能是， ，设计一个简单的实验来证实你的推断 （3）要使乙同学的实验能获成功，只需要进行很小的改进即可，请提出改进的方案是铁钉与水蒸气接触面太小，未能充分反应还原所得固体是Fe3O4用盐酸溶解，若无气泡产生，则固体是Fe3O4酒精灯换成酒精喷灯26 思维训练：某含有N

14、a2O的Na2O2粉末，请设计实验测定其中Na2O2的质量百分含量根据怎样的反应原理测定？需测定的数据有哪些？从操作的简便性上分析，是采用与水反应的方案简单，还是采用与CO2反应的方案简单？设计反应装置图。27Na2O2=(278V)/(22.4m总)100如何计算Na2O2的含量？28（09年上海化学27）-活页P/347 12实验室用大理石等原料制取安全无毒的杀菌剂过氧化钙。大理石的主要杂质是氧化铁，以下是提纯大理石的实验步骤：（1）溶解大理石时，用硝酸而不同硫酸的原因是 。（2）操作的目的是 ，溶液A（溶质是共价化合物）是 。（3）写出检验滤液中是否含铁离子方程式： 。（4）写出加入碳酸

15、铵所发生反应的离子方程式： 。写出滤液B的一种用途： 。（5）CaO2中一般含CaO。试按下列提示完成CaO2含量分析的实验设计。试剂：氢氧化钠标准溶液、盐酸标准溶液、酚酞 仪器：电子天平、锥形瓶、滴定管实验步骤： ；加入 ；加入酚酞，用氢氧化钠标准溶液滴定。（6）若理论上滴定时耗用标准溶液20.00mL恰好完全反应，实际操作中过量半滴（1mL溶液为25滴），则相对误差为 。29答案：（本题共12分）（1）硫酸钙微溶于水（2）除去溶液中Fe3 氨水（3）取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液不变红色，说明滤液中不含Fe3；或取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，溶液变红色，说明滤液中含Fe3 （4）Ca2CO32=CaCO3 作化肥（合理即给分）（5）称量 过量的标准盐酸（6）0.1%30（09年山东理综30）（16分）孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3，还含少量Fe、S的化合物，实验室以孔雀石为原料制备CuSO45H2O及CaCO3，步骤如下：请回答下列问题：（1）溶液A的金属离子有Cu2+、Fe2+、Fe3+。从下列所给试剂中选择：实验步骤中试剂为 （填代号），检验溶液A中Fe3+的最试剂为 （填代号）。aKMnO4b(NH4) 2ScH2O2dKSCN（2）由溶液C获得CuSO45H2O，需要经过加热蒸发， 。过滤等操作。除烧杯、漏斗外，过滤