理科综合背景下的实验设计新题型

1、理科综合背景下的实验设计新题型江西省宜黄中学吴建国一、原理分析型例1喷泉是一种常见的实验现象，其产生原因是存在压强差图I为化学教学中所用的喷泉实验装置。在烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中 分别盛有液体，下列组合中不可能形成喷泉的是（填编号字母）。A. HC1 和 H20B. Cl2 和 H20C. NH3 和 H20D. C02和 NaOH 溶液某学生积极思考产生喷泉的其他办法，并设计了图11所示的装置。在图II的锥形瓶中，分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是（填编号字 母）。A. CaCO3 和稀 H2SO4B. NH4HCO3 与稀 HC1C. Zn 与稀 HC1D. A1

2、与浓 HNO3在图II锥形瓶外放一水槽，锥形瓶中加入酒精，水槽中加入冷水后，再加入足量的下列 物质，结果也产生了喷泉，水槽中加入的物质可以是（填编号字母）A.浓硫酸 B.食盐 C.硝酸铵 D.硫酸铜加入该物质能产生喷泉的原因是比较图I和图II两套装置， 从产生喷泉的原理分析，二者的不 同点在于。解题思路：本题起点低，从课本知识入手，HC1和NH3极易溶于水形成喷泉，再把概念外延，气体极易溶于某一溶液也能形成喷泉，D可以。喷泉产生的原理是容器内外有一定的压强差， 这种压强差可以是气体溶解造成的，也可以是气体膨胀或通过加热、冷却等途径达到的，仔 细分析对比，两问不难解决。答案为：（1B；B、C；

3、A；浓H2SO4溶于水放热，温度 升高，酒精加快挥发，锥形瓶内气压增大。图I是减小上部烧瓶内气体压强，图II是增大 下部锥形瓶内气体压强。点评：熟悉原理，分析现象，解释原因，是高考化学实验试题的主流。对中学阶段的启 普发生器、防止倒吸、除杂干燥等基本原理要切实掌握，只有这样，方能类比移植，融会贯 通。二、方案评价型例2实验室用浓盐酸、血?共热制0，并用Cl2和Cam?反应制少量漂白粉。现已 知反应 2Cl2+2Ca (OH) 2=Ca (CIO) 2+CaCl2+2H2+Q，温度稍高即发生副反应6Cl2+6Ca (OH) =Ca （ClO ） +5CaCl +6HO。现有三个同学分别设计的三套

4、实验装置如图所示。23222有下列几项优、缺点：有下列几项优、缺点：a、不容易控制反应速率；b、容易控制反应速率；c、有副反应发生；d、可防止副反应发生；e、污染环境； f、可防止污染环境。请从上面几个方面对图所示的甲、乙、丙三套装置的优缺点作出评析， 选择符合题目要求的选项填在下表空格内。优点缺点甲装置乙装置丙装置图所示装置中，甲由A、B两部分组成；乙由C、D、E三部分组成；丙由F、G两部分 组成。请从图AG各部分装置中选取合理的组成部分，组装成一套较完善的实验装置，装 置各部分的连接顺序（按气流从左到右的方向是）是。实验中 若用100mL12molL-i的浓盐酸与足量的MnO2反应，最终生

5、成Ca （CIO） 2的 物质的量总是 （填“大于”、“小于”或“等于”）0.15mol，其原因是（假定各步反应均无反应物损耗，且无副反应发生）。解题思路：对比甲、乙、丙三套装置，分析AG各部分的作用，其优缺点不见自明。8HClCa （ClO） 2，即理论上100mL12mol L-1浓盐酸可得到0.15molCa （ClO） 2，但由于盐 酸的变衡稀，将使制Cl2反应终止。故有：d； a、ef； a、cb； c、e.F-B-E.（3） 小于；盐酸逐渐变稀，稀盐酸与MnO2不反应，所以盐酸不能全部生成Cl2,故产生的Ca（ClO）少于 0.15mol。2点评：明确装置中各组成部分的作用，寻找差

6、异，是解答装置设计题的基本思路，这类 试题在近几年高考理综题中已有出现，要求学生具备较强的分析、评价能力。三、实验报告型例3某课外活动小组加热炭粉（过量）和氧化铜的混合物，再用如图装置，对获得的 铜粉（含炭）样品进行实验。图中铁架台等装置已略去，请你帮助他们完成下列实验报告。（一）实验目的：。（二）实验用品：仪器：天平、分液漏斗、锥形瓶、硬质玻璃管、干燥管，酒精灯、洗气 瓶等。药品：红褐色铜粉（含炭）样品、过氧化氢溶液、二氧化锰、碱石灰、浓硫酸等。（三）实验内容：实验步骤实验现象有关化学方程式在C中加入样品粉末W克，D 中装入药品后并称量为 m1 克，连接好仪器后，检查气 密性X打开A的活塞，

7、慢慢滴加溶 液对C进行加热，当C中药品 充分反应后，关闭A的活塞， 停止加热 TOC o 1-5 h z 冷却后，称量D的质量为m2/_克丘/（四）计算：样品中铜的质量分数= （用含W、m1、m2的代数式表示）（五）问题和讨论：1 2实验完成后，老师评议说：按上述实验设计，即使C中反应完全、D中吸收完全，也不 会得出正确的结果。经讨论，有同学提出在B与C之间加入一个装置。再次实验后，得到了 较正确的结果。那么，原来实验所测得的铜的质量分数偏小的原因可能 。 在B与C之间加入的装置可以是，其中盛放的药品 。解题可得实验思路：解题可得实验数。（三）中打开A的活塞，产生的现象是:B、E中有气泡出现，

8、反应式为:2H2O2 2H2O+ O2f。加热C，现象是红褐色粉末变成黑色，发生的反应有：2Cu丰O2 2CuO, C+O2 CO2。（四）通过计算，铜的质量分数列式为-g-f 书 。（五）造成结果偏低的原因 是O2产生过程中水蒸气被碱石灰吸收，必须加一个洗气瓶（干燥管），内盛浓H2SO4 （碱石 灰）。点评：本题与往年有较大的区别，用填写实验报告的形式来完成试题，考查了学生学习 过程中实验的质量高低和基本科学素养，既切中目前有些学生在实验中依照实验册“照方配 药”的弊病，又注重了实验过程的分析讨论。四、定量实验型例4为了测定某烷烃样品（丁烷，并含少量丙烷等气态烃）的平均相对分子质量，设 计了

9、下面的实验：取一个配有合适胶塞的洁净、干燥的锥形瓶、准确称量，得到质量m1。往锥形瓶中通入干燥的该烷烃样品，塞好胶塞，准确称量；重复操作，直到前后再次 称量结果基本相同，得到质量m2。往锥形瓶内加满水，塞好胶塞，称量得到质量m3。已知实验时的温度T （K），压强P （kPa），水的密度p水（g-L-i），空气的平均相对分子 质量29.0，密度p空气（g-L-i），回答下面问题：本实验的原理是（具体说明）步骤中为什么要重复操作，直到前后再次称量结果基本相同？具体说明本实验中怎样做到每次测量都是在相同体积下进行的？本实验中收集气体样品的操作，可选用的方法是（填图中标号）烷，锥形瓶内空气的质量（m烷

10、，锥形瓶内空气的质量（m空气）是（列出算式）。瓶中样品的质量（m样品）是 （列出算式）。由实验测得烷烃的平均相对分子质量 （列出算式）。解题思路：本题将基本操作和定量分析融为一体，要求学生明确实验的原理，掌握基本 操作的细微部分，并以此进行分析才能求解。依据阿氏定律，同温同压下，不同气体的质 量比等于相对分子质量之比。使瓶内空气完全排出，减小测定误差。每一次称量前，用 胶塞塞紧锥形瓶，在瓶口处的胶塞上作一记号，以后每次测量，胶塞塞入瓶口位置都以此为 准。D。Xq空。叫叫+ m空。29.0 X。性点评：近几年对实验基本操作的考查特别看重垣插在大实验题中，并且要暇字准确 表达出来，这就要求学生平时

11、学习不但要注意积累实际操作能力，还要明确原理，准确叙述。 至于定量计算，学生必须掌握化学计算的基本方法和技巧。五、学科综合型例5在1.01X105Pa、25C时，如图I的右边盛1L含有20g血红蛋白（Hb）的溶液， 左边盛水，中间用半透膜隔开，平衡后液面的高度如图。此血红蛋白的摩尔质量是多少？ p = 1.00g/cm3，ApV = nRT （渗透压 p），R = 8.314J/K mol.若知Hb中（Fe）=0.33%，则每个Hb分子中铁原子的个数为.为研究co的毒性，用血红蛋白做了如下实验：向新鲜鸭血中加入k2c2o4溶液作抗 凝剂，用水将其稀释3倍后等分成三份，加入如图II所示的三支试管

12、中。K（I）新鲜鸭血Hb）通入一通入2鲜红色（HbO2）暗红色（HbCO2）通入CS脂红色（II） 新鲜鸭血（H通入一-鲜红色（Hbcf 入（鲜红色（HbCO2）胭脂红色通入CO通入CO两等份通入CQ（I I 1）新鲜鸭IIII.HD ）胭脂红色L* 胭囚脂红色L通入O,匕一2胭脂红色用符号表示呈胭脂红色的物质：。在O2、CO2、CO中与Hb结合能力最强的是：。用化学方程式表示（a）内呼吸过程： ； （b ）外呼吸过 程：。用平衡移动的观点说明呼吸过程与 CO中毒。解题思路：本题一道跨学科实验题，涉及化学、物理、生物三科的一些基础知识。（p=pgh=1X9.8X（22.32- 14.88）X10=729.129Pa20.729.12X 10-3=.314X29820X8.314X298M = 72。12X1。=67961g / mol56k设含铁原子为X个，则有X100%=0.33%，X=4。HbCO；CO；(a) HbO +CO - HbCO +O (b) HbCO +O - HbO +CO ；2222