模块五专题三

模块五科学探究

专题三

实验方案的设计和评价考点1考点2知识网络考点3考点1考点2知识网络考点3考点1

科学探究

安徽省中考化学试题中有关实验方案的设计和评价主要以科学探究题的形式出现，试题往往以化学实验为基础，联系生产、生活等领域，引导学生利用所学知识去发现问题和解决问题。科学探究的一般步骤：(1)发现问题→(2)提出猜想(假设)→(3)制定计划→(4)进行实验→(5)搜集证据→(6)解释与结论→(7)反思与评价→(8)表达与交流(迁移与知识的拓展)。作为探究题，一般并不需要完全具备以上八个步骤，常因题目的需要而选择其中重要的步骤呈现。考点1考点2知识网络考点3

解答科学探究题的注意事项(1)不要答非所问：一般而言，最终的结论与开始的猜想与假设有一致性，至少也应有一定的关系。(2)注意猜想或假设的合理性：虽然猜想和假设有很多可能，但是所给的猜想与假设不能脱离题目给出的条件，否则就是无源之水。(3)正确选择实验用品：首先弄清实验原理；设计实验方案需紧扣假设，正确选择仪器和药品。(4)答题的发散性：探究性试题往往在假设的提出、方案的设计等方面的答案并非唯一，所以，学生可从最熟悉、最符合题意的答案入手，从而有效防止错误的发生。考点1考点2知识网络考点3典例1化学实验考试后，某化学兴趣小组发现实验室的抹布非常脏，通过上网查询发现有一种商品对清洗污渍具有特效，那就是“污渍爆炸盐”(如图所示)，把它放入40~60℃的热水中完全溶解后会有大量气泡产生，同时会使污渍像引爆废旧建筑物一样，在瞬间被瓦解，可去除洗衣粉难以去除的多种顽固污渍，省时省力。同时清除细菌和异味，使衣物白净如新，且不含氮、磷，保护环境。【查阅资料】“污渍爆炸盐”的主要成分是过碳酸钠，过碳酸钠俗称固体双氧水，白色结晶颗粒。过碳酸钠溶于水时，分解生成碳酸钠和过氧化氢，过氧化氢具有漂白性。【提出问题】“污渍爆炸盐”在40~60℃的热水中完全溶解后会有大量气泡产生，产生的气体是什么?【猜想与假设】猜想1：可能是CO；猜想2：可能是H2；猜想3：可能是

。

同学们一致认为猜想1错误，理由是

。

【设计实验】同学们设计的主要实验装置如图所示。分液漏斗a中加入新配制的“污渍爆炸盐”的饱和水溶液。考点1考点2知识网络考点3(1)在集气瓶中加入少量

(黑色固体)，打开分液漏斗a的活塞，放出适量溶液后，关闭活塞，观察到瓶中有大量气泡产生，然后

，则可证明猜想3正确。

(2)待(1)反应停止后，打开分液漏斗b的活塞，放出适量溶液后，关闭活塞，观察到瓶中有无色气体产生，将无色气体通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，你认为分液漏斗b中的液体是

(写一种即可)，澄清石灰水变浑浊的原因是

(用化学方程式表示)。

[注意：若答对以下小题奖励4分，化学试卷总分不超过60分。]【拓展延伸】在新配制的“污渍爆炸盐”的饱和水溶液中加入几滴无色酚酞溶液，观察到溶液先变红后变为无色。是什么原因导致滴有酚酞的“污渍爆炸盐”的饱和水溶液由红色褪为无色?请你针对这一问题进行探究。猜想与假设：

。

实验方案(写出实验步骤、现象和结论)：

。

考点1考点2知识网络考点3【解析】【猜想与假设】过碳酸钠溶于水时，分解生成碳酸钠和过氧化氢，过氧化氢在40~60℃的热水中会分解产生氧气，故产生的气体还可能是氧气；CO有毒性，作为生活日用品的“污渍爆炸盐”溶于水时，不可能产生CO，故猜想1错误。【设计实验】(1)为证明是H2O2分解产生了O2，则可向集气瓶中加入黑色固体MnO2(H2O2在MnO2的催化作用下分解生成H2O和O2)，再用带火星的木条检验O2的生成。(2)由题给信息知，加入b中溶液后，产生的是CO2气体，则b中应是酸溶液，可以是盐酸、硫酸等；CO2能与Ca(OH)2反应生成CaCO3白色沉淀。【拓展延伸】“污渍爆炸盐”的饱和水溶液中含有碳酸钠和过氧化氢，碳酸钠溶液显碱性，能使无色酚酞溶液变红，而过氧化氢具有漂白性，故变红的溶液可能在过氧化氢的漂白作用下又变为无色。【答案】【猜想与假设】O2(或氧气)

CO有毒【设计实验】(1)二氧化锰将带火星的木条放在导管口，若木条复燃(2)稀盐酸(或稀硫酸，合理即可)

CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O【拓展延伸】生成的过氧化氢使溶液褪色取少量新配制的碳酸钠溶液于试管中，并向其中滴加几滴无色酚酞溶液，溶液变成红色后，再滴加过氧化氢溶液，若溶液由红色变为无色，则猜想正确考点1考点2知识网络考点3【变式训练1】

(2016·福建漳州)下列实验方案不能达到实验目的的是

（C

）选项实验目的实验方案A除去硫酸锌溶液中混有的少量硫酸铜往溶液中加入足量的锌粉，过滤B检验氧气将带火星的木条伸入集气瓶中，看是否复燃C鉴别氢气和氮气闻气体气味，根据气体气味判断D鉴别二氧化碳和一氧化碳点燃，看是否能燃烧【解析】C项，氢气和氮气均为无色、无味的气体，故用闻气味的方法不能鉴别。考点1考点2知识网络考点3考点2

实验方案的设计

该考点是安徽省中考的必考内容，也是中考的难点，近五年中考中均有考查，主要考查实验方案设计的内容、原则和思路。预计2017年安徽省中考将会结合实验探究的一般步骤考查实验方案设计的原则和思路。考点1考点2知识网络考点31.实验方案的设计原则(1)科学性：实验原理、实验操作程序和方法正确。(2)可行性：切实可行，所选用的药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。(3)安全性：设计实验时，应尽量避免使用有毒的药品和进行有一定危险性的实验操作。(4)简约性：要尽可能简单易行，应选用简单的实验装置、用较少的实验步骤和实验用品，在短时间内完成实验。(5)创造性：有创新意识。考点1考点2知识网络考点32.实验方案的内容(1)一个比较完整的化学实验方案，一般包括以下几个内容：①实验目的；②实验原理；③实验用品(包括仪器和药品等)及规格；④实验装置、实验步骤、操作方法及注意事项；⑤实验现象及结论；⑥反思与交流。(2)对于给出实验目的，要求设计实验方案的试题一般可以按以下思维程序进行：①根据实验目的，确定实验原理(或假设)；②根据实验原理(或假设)，选择需要的仪器和药品(或实验装置图)；③写出实验操作步骤及注意事项；④记录实验现象，分析实验结果，得出正确结论。(3)实验设计要科学合理、安全可靠、操作简便、现象明显、结论可信、绿色环保。考点1考点2知识网络考点33.实验方案的设计思路

(1)设计实验方案时要有完整的步骤和清晰的思路。(2)设计实验时要考虑对照性原则和控制变量原则。考点1考点2知识网络考点3编号ABCD实验设计实验目的探究同种物质在不同溶剂中的溶解性探究物质燃烧的条件探究铁生锈的条件探究CO2与NaOH溶液能否发生反应典例2

(2016·安庆外国语中学模拟)设计对比实验，控制变量是学习化学的重要方法，下列对比实验不能达到目的的是

（）【解析】A项，NaCl难溶于汽油，而易溶于水，故实验呈现的不同现象能说明物质的溶解性与溶剂种类有关，正确；B项，燃烧的条件：物质具有可燃性、与氧气接触、温度达到可燃物的着火点，通过铜片上的白磷和红磷对比说明燃烧需达到可燃物的着火点，通过水中白磷和铜片上的白磷对比说明燃烧需要氧气，正确；C项，一段时间后可观察到左侧试管中的铁钉明显锈蚀，右侧试管中的铁钉不生锈，无法得出铁生锈需要与氧气和水同时接触的结论，错误；D项，CO2与水、NaOH溶液均反应，通过对比塑料瓶变瘪的程度说明CO2能够和NaOH溶液反应，正确。【答案】C考点1考点2知识网络考点3【变式训练2】

(2016·广州)根据下列实验方案进行实验，能达到相应实验目的的是

（B

）A.图1比较Zn和Fe的金属活动性强弱B.图2探究铁钉生锈时O2是否参与反应C.图3比较红磷和白磷的着火点D.图4测定空气中O2的含量考点1考点2知识网络考点3【解析】A项，图1没有控制变量，所加溶液中盐酸的质量分数应相同，错误；C项，如果要比较红磷和白磷的着火点，白磷和红磷应该都放在薄铜片上，错误；D项，木炭燃烧消耗氧气的同时又生成二氧化碳气体，且消耗的氧气与生成的二氧化碳体积比约为1∶1，则烧杯中的水几乎不会进入集气瓶，故该装置不能测定空气中O2的含量，错误。考点1考点2知识网络考点3考点3

实验方案的评价

该考点是安徽省中考的重点，通常结合实验方案及实验现象和结论，要求考生从实验的合理性、可行性和安全性等角度评价实验方案并改进实验方案。预计2017年安徽省中考会要求考生从原料的来源、实验操作、实验条件和环保等方面对实验的合理性、可行性和安全性等进行评价。考点1考点2知识网络考点31.实验方案的评价原则(1)可行性：原理是否正确、可行；操作是否安全、合理；步骤是否简单、方便；现象是否明显等。(2)绿色化：原料是否易得、安全、无毒；反应速率是否较快；原料利用率、产物产率是否较高；反应过程中是否有环境污染物产生。(3)安全性：防倒吸；防爆炸；防氧化；防吸水；防挥发等。考点1考点2知识网络考点32.实验方案的设计和评价思路(1)根据实验目的，阐明实验原理，选择合适的仪器和药品。(2)根据实验特点，设计实验装置。(3)根据实验要求，设计可行的操作步骤，分析实验中的注意事项。(4)通过对比和归纳，选出最佳方案。(5)实验结束后写出完整的实验报告。考点1考点2知识网络考点33.复习时可依据以下思路，在理解的前提下加以掌握。

(1)实验方案的评价不是简单的“对、错”，而是分析实验方案是否合理、是否符合化学原理等。(2)绿色化学是化学学科发展的目标之一，一些实验的可行性不是只要能够出现实验现象即可，还要注意环保方面的问题。考点1考点2知识网络考点3典例3碳在空气中燃烧可生成CO或CO2。那么，氢气在空气中燃烧除生成水以外，能不能生成其他产物?某研究小组进行了如下探究：【提出猜想】氢气在空气中燃烧可能生成过氧化氢。【查阅资料】①过氧化氢能使紫色酸性KMnO4溶液褪色；②由锌粒与稀H2SO4反应制取的氢气中可能混有能使酸性高锰酸钾溶液褪色的物质。【设计并完成实验】小明设计了下图所示三套实验装置，点燃氢气并收集液态燃烧产物。考点1考点2知识网络考点3小亮取4支试管，分别加入5滴酸性KMnO4溶液，再加入小明收集的液态产物和蒸馏水，测定恰好使KMnO4溶液紫色褪去所需要的液体体积。实验序号加入的液体实验现象①实验A的收集液4.0mL褪色②实验B的收集液5.5mL褪色③实验C的收集液10.0mL不褪色④蒸馏水10.0mL不褪色【得出结论】(1)用锌与稀H2SO4反应制取氢气的化学方程式是

。

(2)实验④的目的是

。

(3)由

的现象可知，氢气燃烧

(填“有”或“无”)过氧化氢生成。

(4)对比实验①和②可知，用锌粒与稀H2SO4反应制得的氢气

(填“纯”或“不纯”)。

(5)实验

比实验②更接近事实，因为它可排除

的干扰。

[注意：若答对以下小题奖励4分，化学试卷总分不超过60分。]【反思与评价】“用锌和稀H2SO4反应制氢气”与“电解水制氢气、氧气”，分别进行实验①和实验③，各自的优、缺点是

。

考点1考点2知识网络考点3【解析】(1)锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，化学方程式为Zn+H2SO4

=ZnSO4+H2↑。(2)实验④是对照实验。(3)由实验①②的现象可知，氢气燃烧有过氧化氢生成，由实验①③的现象可知，氢气燃烧没有过氧化氢生成。(4)对比实验①和②可知，用锌粒与稀硫酸反应制得的氢气不纯。(5)实验③用的是电解水生成的氢气和氧气，气体更纯净，比实验②更接近事实，因为可排除空气中其他成分的干扰。【反思与评价】用锌和稀硫酸反应制氢气易操作，但是燃烧时需要消耗空气中的氧气，电解水制得的氢气和氧气都是纯净物，进行实验可以提高原子的利用率。【答案】(1)Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑(2)作对照(合理即可)(3)实验①②(或实验①③，合理即可)有(或无)(与前一空对应即可)(4)不纯(5)③空气中其他成分【反思与评价】前者易于操作(制取和点燃氢气)；后者反应物、生成物更纯净(氢气、氧气和水)。后者原子利用率远高于前者(后者电解水产生的氢气和氧气能恰好完全反应，而前者制氢气时产物还有硫酸锌，点燃时消耗空气中的氧气)(或其他合理答案)考点1考点2知识网络考点3【变式训练3】

(2016·西宁)某化学兴趣小组在探究稀盐酸的化学性质时，做了如图一所示的三个实验。(1)A试管中的反应现象是铁片表面有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色。

(2)C试管中反应的化学方程式是

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

。

(3)实验结束后，小组同学将B、C两支试管中的废液同时倒入一个洁净的烧杯中(如图二所示)，观察到先有气泡产生，后有白色沉淀生成。同学们将烧杯内的物质进行过滤，对所得滤液的溶质成分进行探究。考点1考点2知识网络考点3实验步骤实验现象实验结论取少量滤液于试管中，向其中滴加

稀盐酸(或酚酞试液，合理即可)

有气泡产生(或溶液变红，实验现象应与所加物质对应，合理即可)

我的猜想成立【提出猜想】甲同学猜想：有NaCl；乙同学猜想：有NaCl、CaCl2；丙同学猜想：有NaCl、CaCl2、

HCl；你的猜想：有

NaCl、Na2CO3

。

【交流讨论】你认为丙同学的猜想一定不正确，理由是白色沉淀是CaCO3，能与盐酸反应，二者不能共存(合理即可)

。

【设计实验】请设计实验证明你的猜想正确。1.(2015·安徽第14题)为比较相同浓度的FeCl3溶液和CuSO4溶液对H2O2分解的催化效果，某研究小组进行了如下探究：实验操作实验现象及结论取两支试管，各加入2mL5%的H2O2溶液，再分别加入同浓度、同体积的FeCl3和HCl溶液，观察现象若加FeCl3溶液的试管中产生气泡更快，则猜想1成立；否则，不能证明猜想1成立(需进一步探究)(1)请写出H2O2分解的化学方程式：

2H2O22H2O+O2↑

。

【定性探究】(2)如图甲，可通过观察两试管中产生气泡的快慢来定性比较两者的催化效果。

【定量探究】(3)如图乙，实验前检查该装置气密性的方法是关闭分液漏斗的活塞，将注射器活塞向外拉出一段，一会后看其是否回到原位。若回到原位，则气密性良好(其他合理答案均可)

。要定量比较两者的催化效果，可测量生成等体积气体所需的时间。

【深入探究】(4)在FeCl3溶液中，究竟是哪种粒子起催化作用呢?猜想1：铁离子(Fe3+)起催化作用；猜想2：氯离子(Cl-)

起催化作用；

猜想3：水分子(H2O)

起催化作用；

……请设计实验，验证猜想1：实验操作实验现象及结论

取两支试管，各加入2mL5%的H2O2溶液，再分别加入同浓度、同体积的FeCl3和HCl溶液，观察现象

若加FeCl3溶液的试管中产生气泡更快，则猜想1成立；否则，不能证明猜想1成立(需进一步探究)

【解析】(1)过氧化氢在催化剂的作用下分解为氧气和水。(2)可通过观察题图甲的两支试管中产生气泡的快慢来定性比较FeCl3溶液和CuSO4溶液对H2O2分解的催化效果。(3)注意检查装置气密性时应先形成一个密封的环境。定量比较两者的催化效果，可测量生成等体积气体所需的时间。(4)氯化铁溶液中存在铁离子、氯离子和水分子，故可能是铁离子或氯离子或水分子对H2O2的分解起催化作用；检验是否是铁离子所起的催化作用，可以选择FeCl3和HCl溶液来进行验证，通过观察产生气体速率的快慢来确定是Fe3+还是Cl-起催化作用，若滴加FeCl3溶液的试管中产生气泡的速度快，而滴加HCl溶液的试管中产生气泡的速度慢，则说明是Fe3+起催化作用，反之说明是Cl-起催化作用。2.(2014·安徽第14题)常温下没有氧气存在时，铁与水几乎不反应，但高温下，铁与水蒸气能反应生成一种常见铁的氧化物和一种气体。小明很好奇，设计如下实验探究铁粉与水蒸气反应后的产物。(1)试管尾部放一团湿棉花的目的是提供水蒸气。

(3)探究试管中剩余固体成分是什么?【查阅资料】常见铁的氧化物FeOFe2O3Fe3O4颜色、状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体能否被磁铁吸引否否能【初步验证】试管中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引。【猜想与假设】猜想一：剩余固体是Fe与Fe3O4；猜想二：剩余固体是

Fe3O4

。

【实验探究】

【实验结论】铁和水蒸气反应的化学方程式为

3Fe+4H2OFe3O4+4H2

。

【反思与交流】该黑色固体不可能是Fe2O3，理由是

Fe2O3为红棕色(或Fe2O3不能被磁铁吸引)

。

实验操作实验现象及结论取一定量剩余固体加入试管中，滴加CuSO4溶液，振荡(合理即可)若有红色物质生成，则猜想一成立；若无红色物质生成，则猜想二成立(合理即可)【解析】(1)此实验是铁和水蒸气在高温的条件下发生反应，由实验装置可以看出，湿棉花的作用是为反应提供水蒸气。(3)试管中的剩余固体为黑色且能全部被磁铁吸引，由【查阅资料】可知，只有Fe3O4能被磁铁吸引，且为黑色固体，故生成的铁的氧化物为Fe3O4；根据Fe+CuSO4FeSO4+Cu可验证猜想一、二：取一定量剩余固体加入试管中，滴加CuSO4溶液，振荡；若有红色物质生成，则猜想一成立；若无红色物质生成，则猜想二成立。3.(2012·安徽第15题)实验室常用加热氯酸钾与二氧化锰混合物的方法制取氧，写出反应的化学方程式：

2KClO32KCl+3O2↑

。

小芳发现，氯酸钾与氧化铜混合加热，也能较快产生氧气，于是进行如下探究：【提出猜想】除MnO2、CuO外，Fe2O3也可以作KClO3分解的催化剂。【完成实验】按下表进行实验，并测定分解温度(分解温度越低，催化效果