2016届高考化学第一轮考点总复习课件化学实验设计与评价

1化学实验化学实验设计与评价1.实验方案的设计(1)实验方案设计的一般原则科学性原则：实验原理、实验操作程序和方法都必须正确。安全性原则：在化学实验的各个环节都要考虑安全问题。一般来说，要防爆炸、防暴沸、防失火、防中毒、防倒吸、防堵塞、防污染等。可行性原则：实验所需药品、仪器、设备和方法等在中学现有条件下能够满足要求。简约性原则：方案简单易行，尽可能用简单的实验装置，较少的步骤和药品完成实验。(2)实验设计的基本类型定性实验：制备、鉴别、鉴定性质的比较、分离、提纯物质制备实验方案设计物质性质实验方案设计物质分离、提纯和检验实验方案设计从实验目的分从量的要求分的量浓度、中和滴定等定量测定实验定量实验：化学式或结构式的推断；结晶水数目测定；纯度、浓度、溶解度、物质(3)实验设计的内容①实验名称②实验目的(依据题目信息确定)③实验原理(依据实验目的、综合所学化学知识、分析、确定反应原理)④实验用品(依据实验目的和原理，结合反应物的性质、反应条件选择仪器和药品)⑤实验步骤(包括实验仪器装配和操作，要严密而简单)⑥实验现象记录及结果处理(现象记录要真实而准确，结果处理要科学合理)⑦问题和讨论(4)实验设计注意事项①检查气体的纯度。点燃或加热通有可燃性气体(H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等)的装置前，必须检查气体的纯度。例如用H2、CO等气体还原金属氧化物时，需要加热金属氧化物，在操作中不能先加热，后通气，应先通入气体，将装置内的空气排干净后，检验气体是否纯净，待气体纯净后，再点燃酒精灯，加热金属氧化物。②加热操作先后顺序的选择。若气体发生需加热，应先用酒精灯加热发生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热，目的是一则防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；二则保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中其他物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO，再用CO还原Fe2O3，实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯，生成的CO赶走空气后，再点燃用来加热Fe2O3的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是在还原性气体中冷却Fe可防止灼热的Fe再被空气中的O2氧化，并防止石灰水倒吸。③冷却问题。有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失，需用冷凝管或用冷水或冰水冷凝气体(物质蒸气)，使物质蒸气冷凝为液态便于收集。④防止倒吸问题(前已述)。⑤具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管等。⑥拆卸时的安全性和科学性。实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑停止加热或停止通气的先后顺序问题，如对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后才停止通氢，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化，或形成易爆气体。拆卸用排水法收集气体实验装置时，需先把导管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸。⑦环保问题：凡是产生对环境有危害的气体的实验，必须加尾气吸收装置。⑧绿色化学思想：实验设计与评价都要从反应物的选择、反应过程，产物三个方面考虑是否对环境友好，如实验室以H2O2分解制取氧气代替氯酸钾分解法，实现原料和反应过程绿色化；氯气制备与性质实验尽可能用微型实验；防止实验过程中尾气、废物等对环境的污染，实验中有危害性气体产生时要加强尾气吸收，对实验产物尽可能再利用；在保证实验效果的前提下，尽量减少试剂用量，使实验小型化、微型化；对于危险或反应条件苛刻，污染严重或仪器、试剂昂贵的实验，可采用计算机模拟或观看录像等办法；妥善处置实验产生的废物、防止污染环境。2.化学实验设计中的先后顺序(1)连接仪器顺序：按气体发生装置→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理顺序连接好实验仪器。导气管接口：洗气时“长进，短出”；量气时“短进，长出”；干燥管除杂质时“大进小出”等。(2)仪器安装顺序：自下而上，从左到右的原则；气体净化装置中不应先干燥，后又经过水溶液洗气。(3)实验顺序：气密性检验→装固体药品→装液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理。3.实验方案的评价对给出的实验方案作出选择、评价或找出最佳方案、包含的知识点很多，能全面考查学生分析问题和解决问题的能力。(1)选择：包括仪器的选择、药品的选择、仪器连接方式的选择。仪器的选择，包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、收集装置、尾气处理装置；药品的选择，包括物质种类、浓度、物质状态等；连接方式的选择，包括仪器连接的先后顺序、导管接口的连接等。(2)评价：对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。(3)最佳方案选择：几个实验方案都能够达到目的，选择其中最佳的一个并分析各方案的优劣。所谓最佳，无非是装置简单、药品容易取得且价格低廉、现象明显、无干扰物质及无污染等。4.实验设计与评价试题答题策略实验设计与评价试题的命题一般都是从中学阶段学生最熟悉的基础实验入手，由简单到复杂，从单一到综合，从教材内容到实际应用。尝试开放，开放性试题是高考命题新的探索方向。这类高考试题的特点有：一是重视以课本实验为突破口，考查学生基本的实验能力，即体现基础。二是以实验为中心，将化学实验与其他化学知识有机地结合于一体，着重考查学生的能力和素质，特别是思维能力的考查。试题所考查的知识从简单到复杂、从单一到综合。三是原理均源于课本，但装置基于课本又不同于课本，即强调创新。不简单重复，考查学生对实验的深层次的掌握情况。在解答这类题目时，要注意以下几点：(1)明确目的原理：首先必须认真审题，明确实验的目的要求，弄清题目有哪些信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。(2)选择仪器药品：根据实验的目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态，能否腐蚀仪器和橡胶，反应是否加热及温度是否控制在一定范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。(3)设计装置步骤：根据上述实验目的和原理，以及所选用的实验仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器的装置图的能力，实验步骤应完整而又简明。(4)记录现象数据：根据观察，全面准确地记录实验过程中的现象和数据。(5)分析得出结论：根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。（考查关于分析物质成分的实验设计问题）已知某混合金属粉末，除铝外还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在5%以上。请设计合理实验探究该混合物金属粉末中铁、铜元素的存在。仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；1mol/L硫酸、2mol/L硝酸、2mol/LNaOH溶液、20%KSCN溶液。完成以下实验探究过程：16（1）提出假设：假设1：该混合金属粉末中除铝外还含

.元素；假设2：该混合金属粉末中除铝外还含

.有元素；假设3：该混合金属粉末中除铝外还含有Fe、Cu元素；（2）设计实验方案基于假设3，设计出实验方案［不要作答，完成(3)题］。（3）实验过程根据（2）的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。CuFe编号实验操作预期现象和结论①用药匙取少许样品，加入试管A中，再用滴管取过量NaOH溶液并滴加到试管A中，充分反应后，静置，弃去上层清液，剩余固体备用样品部分溶解，并有气体放出②往试管A的剩余固体中加过量稀硫酸，充分反应后，静置。取上层清液于试管B中，剩余固体备用固体部分溶解，并有气体放出，溶液呈浅绿色，可能含铁18编号实验操作预期现象和结论③往试管B中加入少许稀硝酸，再滴加KSCN溶液溶液先变黄色，加KSCN后显血红色，结合②可知，一定含铁④往②剩余固体中加入稀硝酸，再滴加NaOH溶液固体溶解，有无色刺激性气体产生并很快变成红棕色，溶液显蓝色，加NaOH溶液后有蓝色沉淀产生，一定含铜19根据金属铝、铁、铜的性质上的差异进行实验设计，金属铝能与强碱反应，可先加过量NaOH溶液溶解铝，过滤后可除去金属铝，铁能与非氧化性酸反应，而铜不能与非氧化性酸反应，利用稀硫酸溶解铁。分别加硝酸氧化硫酸亚铁和固体铜，再利用检验三价铁离子和二价铜离子的方法来检验。方法指导：以铁和铜检验为背景考查学生综合实验设计能力。考查学生对元素化合物性质的掌握，考查学生对物质进行检验的实验技能和对实验室常用仪器的主要用途和使用方法的了解，考查学生设计实验方案的能力和对常见物质进行分离、提纯和检验的能力，考查学生运用相关知识进行分析综合的方法以及运用正确的化学术语与文字等表达分析解决问题的过程，并作出合理解释的能力。（探究实验方案的设计）学习了元素周期表后，同学们对第四周期过渡元素产生了浓厚的兴趣。是否只有二氧化锰能催化氯酸钾受热分解？氧化铁、氧化铜、氧化铬等对氯酸钾的受热分解有没有催化作用？若有催化作用效率怎么样？请你与他们一起进行实验探究。Ⅰ.课题名称：探究氧化铁、氧化铜、氧化铬对氯酸钾受热分解反应的催化作用。Ⅱ.实验仪器及试剂：实验仪器：带铁夹的铁架台、带橡皮塞的导管、量气装置、过滤装置、电子天平、药匙、大试管、

、

等。酒精灯计时器实验试剂：二氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化铬和氯酸钾Ⅲ.实验步骤：略Ⅳ.实验数据：实验编号KClO3(g)氧化物产生气体（mL)耗时（s）化学式质量(g)回收(已折算到标准状况)10.60———1048020.60MnO20.2090%67.236.530.60CuO0.2090%67.279.540.60Fe2O30.2090%67.234.750.60Cr2O30.20异常67.2188.323(1)实验编号3的实验中KClO3的分解率为

%(保留一位小数)。(2)在用Cr2O3做研究实验时，发现有刺激性气味的气体产生，同时绿色的混合物变成了橘黄色。该刺激性气体是

.(填分子式)，可用

试纸检验。Ⅵ.实验结论：40.8Cl2湿润的淀粉碘化钾氧化铁、氧化铜、二氧化锰等都可作为KClO3受热分解的催化剂(或氧化铁的催化能力和二氧化锰的催化能力较好)通过实验数据表格可知，KClO3受热分解时，通过测量产生相同体积的O2（67.2mL）所用时间的长短来判断MnO2、CuO、Fe2O3、Cr2O3对KClO3分解催化能力的理解。因此实验中还需要使用酒精灯和计时器。（1）实验编号3的实验中产生O2的物质的量为:67.2×10-3L/22.4L·mol-1=3×10-3mol。由反应的化学方程式：2KClO3

2KCl+3O2↑,可知该实验中KClO3的分解率为g·mol-1×100%=408%。0.60g催化剂△×××(2)KClO3分解后的产物为KCl，而Cr2O3具有强氧化性，能将Cl-氧化成Cl2，故所得的O2中有刺激性气味，可用湿润的淀粉碘化钾试纸进行检验。通过实验数据分析可知：氧化铁、氧化铜、二氧化锰对KClO3的分解均起催化作用，但氧化铁和二氧化锰的催化能力较好。方法指导：新课程改革的一个重要理念便是鼓励学生积极参与到教师的教学之中，探究性实验方案的设计便是一种学生参与、自己动手的重要形式。估计此种新题型会成为今后实验考试命题的重要题型，应给予高度重视。（考查实验计算综合能力）已知某纯碱试样中含有NaCl杂质，为测定试样中纯碱的质量分数，可用下图中的装置进行实验。主要实验步骤如下：①按图组装仪器，并检查装置的气密性②将ag试样放入锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解，得到试样溶液③称量盛有碱石灰的U形管的质量，得到bg④从分液漏斗滴入6mol·L-1的硫酸，直到不再产生气体时为止⑤从导管A处缓缓鼓入一定量的空气⑥再次称量盛有碱石灰的U形管的质量，得到cg⑦重复步骤⑤和⑥的操作，直到U形管的质量基本不变，为dg请填空和回答问题(1)在用托盘天平称量样品时，如果天平的指针向左偏转，说明

。(2)装置中干燥管B的作用是

.

5

。(3)如果将分液漏斗中的硫酸换成浓度相同的盐酸，测试的结果

(填偏高、偏低或不变)。(4)步骤⑤的目的是

.

4

。(5)步骤⑦的目的是

.

4

。样品重，砝码轻的CO2和水蒸气进入U形管防止空气中偏高全部导入U形管中把反应产生的CO2判断反应产生的CO2是否全部被排出，并被U形管中的碱石灰吸收(7)还可以用其他实验方法测定试样中纯碱的质量分数。请简述一种不同的实验方法。(6)该试样中纯碱的质量分数的计算式为将ag样品溶解后加入硝酸酸化的AgNO3溶液，充分反应后过滤，将沉淀干燥后称量得bg沉淀。由NaCl~AgCl得NaCl的质量为

，.则Na2CO3的质量为,所以Na2CO3的质量分数为。（1）天平称量物品时指针应该指在中间，如果天平指针向左偏说明样品重，砝码轻。（2）该实验的原理为通过测量CO2的量来确定Na2CO3的量，从而确定纯碱的质量分数，如果无干燥管B，空气中的CO2和水蒸气就会进入U形管导致结果偏高。（3）如果将硫酸换成同浓度的盐酸，由于盐酸易挥发随CO2通过浓H2SO4（HCl不被吸收）后进入U形管被碱石灰吸收导致结果偏高。（4）步骤⑤鼓入空气的目的是将反应产生的CO2全部导入U形管中防止出现误差。（5）重复步骤⑤和⑥的操作直到U形管的质量基本不变，目的是判断反应产生的CO2是否全部导入U形管被碱石灰吸收，减小误差。(7)可以通过实验求出NaCl的质量从而求出Na2CO3的质量分数。（6）由关系式CO2~Na2CO3推得44106(d-b)gxx=,则纯碱的质量分数为方法指导：本题考查了常用仪器天平的基本操作，考查考生实验设计与评价能力。做定量实验题的一般步骤为：先看实验目的，再明确实验的反应原理和计算原理，本题（7）问属实验设计题也是开放性题目，估计应为今后高考命题的方向。（物质制备的实验设计问题）某研究性小组借助A~D的仪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，正确的操作是

（填序号）。a.从①口进气，用排水法集气b.从①口进气，用排气法集气c.从②口进气，用排水法集气d.从②口进气，用排气法集气c【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，查询得知锌易溶于强碱：Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2↑。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m1g。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。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）测得充分反应后生成氢气的体积为VL（标准状况），w(Zn)=