2023年中考化学知识点突破与检测专题22　实验方案的设计和评价

专题22实验方案的设计和评价【知识网络】多种仪器连接方式的设计气体制备方案的设计实验设计金属活动性顺序探究的设计混合物分离方法的设计物质性质探究实验的设计明确目的原理选择仪器药品思路方法设计装置步骤记录现象数据分析得出结论评价理论上是否可行评价操作是否简便实验评价评价是否安全可靠评价原料是否经济评价是否给环境造成污染【考点梳理】考点一、实验设计1.实验设计基本要求：（1）科学性：实验原理、实验方法和操作过程必须科学、严谨、合理。（2）安全性：实验操作要尽量防止带有危险性的操作，尽量避免与有毒物质接触。若无法避免有毒物质，则应采取安全措施，以防造成环境污染和人体伤害。（3）可行性：设计的实验方案要真正切实可行，所选药品、仪器、装置经济可靠。（4）简约性：实验设计应简单易行。装置简单，实验操作简便，实验现象明显。2.实验方案设计的几种思路：（1）对比实验设计：对比实验是实验设计的一种基本思路，有利于实验现象观察对比，有利于推理论证结论。如某学生欲探究碳酸具有酸性而二氧化碳不具有酸性，按下图进行实验。（2）控制变量实验设计：一个问题常常受多方面的因素制约，为了研究每一个因素对问题的影响程度，常常采取控制变量法逐个检验，每一个现象只说明一个问题，换一个条件再检验。综合各个因素对问题的影响作出综合性的判断。如课本上燃烧条件实验设计和铁的生锈条件设计都是控制变量实验设计。（3）综合实验设计：设计一个实验探究多方面的问题，如设计一个组合实验探究某一混合气体的成分、某一气体的性质和组成等。3.实验设计题的类型：（1）单项实验设计题：设计实验求证某一单项问题，或求证某一规律。设计的特点是围绕某一问题设计一个指向很单一的实验，而且实验通常一步到位。如证明中和反应是放热反应（如下图所示）。（2）综合实验设计题：设计实验求证多个问题，其特点是多步操作、装置复杂、现象多样。常见的有对某气体从制取到组成、成分含量、性质、尾气处理等多项目标进行实验检验和求证。如下图所示的装置，将其组合起来制取气体，验证其性质等。（3）定量实验设计：通过实验，获取有关数据，然后分析数据推理出结论。定量实验设计要精密一些，要尽可能地回避一些误差的引入。常见的定量实验有：分子组成测定、混合物成分含量的测定、物质溶解度的测定、气体体积的测定等。（4）开放型实验设计：试题从提出问题、实验的方向、仪器的选择、装置的设计、现象的观察记录到结论的推理完全自主完成。解答此类试题，过程要合理完整，方法简便，现象叙述要准确，推理要符合逻辑。【要点诠释】1.解答实验设计题的方法技巧：（1）解答实验设计题首先应具备良好的实验操作基本知识，懂得操作的一般步骤和原理，熟悉相关物质的性质、制备原理和变化规律。同时要读懂题，明确实验目的，充分利用题中所给信息（如装置、药品、题干中描述的目的等），分析题意设计相关的猜想（假设），提出问题，设计实验的程序，再分析现象得出相关的结论和启示。（2）解答实验题还应具备整体、全局意识，即审题时要先统观全局，逐字逐句把整个题审读一遍再细致地读懂每一步要求，这样才能在答题时少丢分或不丢分。（3）实验方案设计题的解答思路与方法①明确目的原理——明确实验的目的要求，弄清题给的新信息。②选择仪器药品——选择合理的化学仪器和药品。③设计装置步骤——设计出合理的实验装置和实验操作步骤。④记录现象数据——全面、及时而准确地记录实验过程中的数据和现象。⑤分析得出结论——根据实验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。2.信息综合实验设计题：（1）信息实验设计综合题是中考中难度较大的试题，又是中考的热点题。此类题有如下特点：①材料陌生，试题以信息的方式给出大家没有学习过的物质，介绍此种物质的部分性质；②反应复杂，此类物质反应常常不符合四个基本反应类型，可能是很复杂的氧化还原反应；③装置复杂，实验设计多种仪器组合，实验多步完成；④试题较长，用实验探究组成性质定性定量结合。（2）解题思路：①逐字逐句审读完整个试题，了解实验的目的，每一步的要求；②迅速理解题给知识条件、规律、方法以及与原来学习过的知识之间的相关性或相似性；③运用临场学习的知识、方法、技能解答试题中提出的问题；④分析实验装置，理解实验步骤是关键，要认识实验设计中每个装置作用，每步实验的意图，要能描述每步实验的现象，并能理解产生现象的原因；⑤试题中给出的实验数据都是为推理结论服务的，要分析数据规律，应用数据准确计算作出结论。考点二、实验方案评价1.实验方案评价：以批判的思维方法对所设计的实验方案、实验方法、装置设计从某角度否定，排除不合理或可行但不是最优的方法，选择、创新更好的方法。2.实验评价的原则：（1）理论正确，设计方案一定要符合化学变化规律和实验原理；（2）操作可行；（3）经济合理；（4）推理严密；（5）保护环境。3.评价实验方案的方法：实验方案的评价包括实验原理及方案的评价，实验装置的评价，实验操作的评价，实验现象的描述与结论分析的评价等。进行评价时一般从以下几个方面入手：（1）方案在理论上是否科学合理，具有严密性。（2）在满足安全性的前提下，操作上是否简单易行。（3）从经济角度评价，是否节约试剂、降低成本和提高产品质量。（4）从环境角度考虑，是否会给环境造成污染。【要点诠释】1.实验方案的评价是一个深刻、复杂的思维活动，要根据严密性、安全性、节约性、环保性四个方面，通过分析和结合，比较和论证，才能评选出最佳方案。2.装置设计题：主要评价装置设计原理是否科学，实验操作步骤是否合适，仪器排列顺序是否合理。3.实验方案评价题：关键看实验途径是否合理。【典型例题】类型一、考查实验方案的设计和评价例1.你认为下列的实验方案中可行的是（）A．把Mg、Zn、Cu、Ag分别插入同体积、同质量分数的稀盐酸中，比较四种金属的活泼性 B．加热水的方法测定水的组成 C．按溶解、过滤、蒸发的操作顺序分离Na2CO3和BaCO3 D．按方案：NaOHNaClNaNO3，制取NaNO3【思路点拨】A、根据金属与酸反应的现象判断；B、根据水分解的条件判断；C、根据物质的溶解性判断；D、根据复分解反应发生的条件判断。【答案】C【解析】A、把Mg、Zn、Cu、Ag分别插入同体积、同质量分数的稀盐酸中，Cu和Ag都不反应，不能比较金属活动性，故此选项错误；B、加热水的方法只能得到水蒸气，不能测定水的组成，故此选项错误；C、碳酸钠溶于水，碳酸钡不溶于水，按溶解、过滤、蒸发的操作顺序可以分离Na2CO3和BaCO3，故此选项正确；D、根据复分解反应发生的条件，氯化钠和硝酸钾不发生反应，不能制备硝酸钠，故此选项错误。故选C。【总结升华】本题主要考查化学实验方案的设计与评价方法。了解物质的鉴别、除杂、制备的方法和技巧；根据能否达到实验目的来判断实验方案的可行性。例2.下列依据实验目的进行的实验设计，合理的是（）选项实验目的实验设计A从空气中获取纯净的氮气用硫燃烧除去空气中的氧气B鉴别硬水和软水观察颜色或闻气味C除去混在二氧化碳中的氯化氢气体把混合气体通过足量的氢氧化钠溶液D鉴别硝酸铵和氯化钠固体加适量的水溶解，测量前后温度变化【思路点拨】A.根据硫燃烧生成二氧化硫气体进行解答；B.根据硬水和软水都是无色无味的进行解答；C.根据氢氧化钠溶液不但和氯化氢气体反应还和二氧化碳反应进行解答；D.根据硝酸铵溶于水吸热进行解答。【答案】D【解析】A、硫燃烧生成二氧化硫气体，用硫燃烧除去空气中的氧气但同时又生成二氧化硫气体，所以不能获取纯净的氮气，故A错误；B.硬水和软水都是无色无味的，所以不能用观察颜色或闻气味鉴别硬水和软水，故B错误；C.氢氧化钠溶液不但和氯化氢气体反应还和二氧化碳反应，所以不能用通过足量的氢氧化钠溶液的方法除去混在二氧化碳中的氯化氢气体，故C错误；D.硝酸铵溶于水吸热，温度降低，所以可用加适量的水溶解，测量前后温度变化鉴别硝酸铵和氯化钠固体，故D正确。【总结升华】本题主要考查化学实验方案的设计与评价，学会用实验探究物质的性质或变化规律的方法和技巧。例3.下列做法正确的是（）A．把实验剩余的药品放回原瓶B．用排水法收集气体时，水槽内装满水C．用完试剂后，把试剂瓶标签向外放回原处D．用药匙取用食盐后，再用同一药匙直接取用碳酸钠粉末【思路点拨】主要考查同学们对化学药品的使用掌握情况，要求同学们在化学实验中要注意实验安全，应学会处理实验中的突发事件，以加强学生的实验安全意识。【答案】C【解析】A.用剩药品要做到“三不一要”-剩不回，不丢弃，不出室，放定器。故A错。B.用排水法收集气体时，水槽内装满水，收集气体时，集气瓶中的水排到水槽内会溢出。故B错。C.倒完液体后，要立即盖紧瓶塞，把试剂瓶标签向外放回原处。故C正确。D.用药匙取用完一种药品后，必须用纸擦拭干净，再去取另一种药品。故D错。【总结升华】此类题考查的是有关化学实验基本操作方面的知识，要求同学们知道酒精的使用、药品的取用、保存、托盘天平的使用、物质的加热等。例4.下列实验方案中，设计不合理的是（）A．用二氧化锰区别水和过氧化氢溶液 B．用过滤的方法将浑浊的水变为澄清的水 C．用燃烧木炭的方法制备纯净的二氧化碳气体 D．用熟石灰鉴别氯化铵和氯化钾【思路点拨】A、根据过氧化氢在二氧化锰作催化剂的条件下分解生成氧气，而水无变化；B、根据过滤的原理和适用范围判断；C、根据木炭在氧气的量不同时，燃烧产物也不同，且生成的气体不易收集等因素判断；D、根据碱与铵盐反应生成氨气的性质判断。【答案】C【解析】A、过氧化氢溶液中加入催化剂二氧化锰会迅速放出氧气，而水不能反应放出氧气，所以此选项正确；B、过滤是把不溶于水的固体与液体分开的操作方法，浑浊的水中含有不溶的固体，所以此选项正确；C、木炭不充分燃烧可能生成一氧化碳，且收集二氧化碳气体不方便，所以此选项错误；D、熟石灰与氯化铵混合加热能放出刺激性气味的氨气，与氯化钾不反应，可以鉴别，所以此选项正确。故选C。【总结升华】化学实验方案的设计是素质教育的基本要求，是考查学生能力的主要题型，同时也是实验教学的难点。在具体实验设计时，要充分利用教材资源，对其原理透彻理解，学会信息迁移，既要会模仿，又要注重创新。例5.为了得到较纯净的氮气，某同学采用燃烧法除去一瓶空气中的氧气，下列物质中最适宜选用的是（）A．红磷 B．硫粉 C．蜡烛 D．铁丝【思路点拨】将空气中氧气除去，在除去氧气的同时要通过体积的变化体现氧气的消耗量。本实验中选择物质的依据：（1）本身能够在空气中燃烧；（2）本身的状态为非气体；（3）生成的物质为非气态。红磷具备了以上三点特征。【答案】A【解析】A、红磷能在空气中燃烧，且生成五氧化二磷固体，故此选项正确；B、硫粉能在空气中燃烧，但是生成物二氧化硫为气体，故此选项错误；C、蜡烛在空气中能够燃烧，但生成产物为二氧化碳和水，当氧气浓度较低时生成物为一氧化碳，故此选项错误；D、铁丝在空气中不能燃烧，故此选项错误。故选A。【总结升华】进行物质除杂时，可以根据物质的性质，采用物理或化学的方法除去；要求所选的除杂试剂只与杂质反应，不能与原有物质反应，且反应后不能引入（生成）新的杂质。举一反三：【变式1】某同学想用pH试纸测定一些物质的pH，下列做法能达到实验目的的是（）A．用湿润的pH试纸测定稀硫酸的pHB．用干燥的pH试纸测定二氧化碳气体的pHC．用干燥的pH试纸测定氢氧化钠固体的pHD．用干燥的pH试纸测定氢氧化钠溶液的pH【答案】D【变式2】利用如图所示装置能达到相应实验目的的是（）【答案】C【解析】KNO3和NaCl都溶于水，不能用过滤法分离；H2还原CuO时，应除掉橡皮塞，导管接近试管底部；D装置收集CO2气体应从长导管通入CO2。只有C正确。【变式3】下列解决问题的方法可行的是（）组别要解决的问题所用方法A除去暖水瓶中水垢加入纯碱溶液B鉴别：氯酸钾固体和氯化钾固体加热，检验是否有氧气产生C分离铜屑和铁屑的混合物用磁铁吸引D炸油条时，锅里的油着火了用水浇灭【答案】C【解析】A、水垢的主要成分是不溶的碳酸钙，纯碱是碳酸钠，二者不能反应生成可溶物，所以A错误；B、氯酸钾受热分解放出氧气，而氯化钾不能，但氯酸钾中不加催化剂需较高温度才放出少量氧气，不能用直接加热是否产生氧气的方法鉴别，所以B错误；C、铁能被磁铁吸引，铜不能，可以用磁铁吸引的方法分离二者，所以C正确；D、水的沸点比油低，把水倒入燃烧的油中，水与油不混溶，水会迅速沸腾，造成危险，所以D错误。【巩固练习】一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)1.为了区别O2和CO2两瓶无色气体，下列方法不可行的是（）A.分别通入紫色石蕊试液中B.分别倒入适量NaOH溶液，振荡C．用燃着的木条分别伸入瓶中D．用塑料可乐瓶分别盛满上述两种气体后各倒入约1/5容积的水，盖紧瓶塞振荡【答案】B【解析】A、二氧化碳能使紫色石蕊试液变红，氧气无此性质。B、二氧化碳能与NaOH反应，但无现象可判断是否反应。所以无法区别氧气和二氧化碳。C、燃烧更旺的是氧气，熄灭的是二氧化碳。D、因二氧化碳能溶于水，瓶内压强减小，使塑料可乐瓶变瘪；盛氧气的可乐瓶不变瘪。2.下图是某同学设计的一个可燃气体安全点燃装置，对此装置的评价和使用错误的是（）A．未经检验纯度的气体通过此装置后可安全点燃，不会发生爆炸B．要达到安全点燃效果，烧杯内的水可低于倒置漏斗的边缘C．此装置防止点燃不纯气体爆炸的原理是使不纯的气体不与燃着的气体直接接触D．此装置适用于难溶于水的可燃性气体【答案】B【解析】漏斗与水接触可降温，点燃的气体与输入的混合气体因水隔离不能直接接触，所以避免了混合气体爆炸，所以A、C、D三项都正确。如果瓶内水面低于漏斗边缘，混合气体会从小孔逸出，所以B项错误。3.为探究Zn和Cu的金属活动性强弱，提供的试剂有：Zn、Cu、H2SO4溶液、ZnSO4溶液、CuSO4溶液。下列说法正确的是（）A.选用两种试剂可实现实验目的B.ZnSO4溶液中加人Cu不能探究金属活动性强弱C.最多只能设计一种实验方案D.根据Zn和Cu的硬度能判断金属活动性强弱【答案】A【解析】从提供的试剂可知，能设计多种方案判断Zn和Cu的金属活动性强弱，如方案①Zn、Cu、H2SO4溶液；方案②Zn、CuSO4溶液等。B、铜不能置换出Zn说明金属活动性Zn>Cu。D、根据两金属的硬度(物理性质)，无法判断Zn和Cu的金属活动性强弱。4.下列实验方案中，设计合理的是（）A．用过滤的方法将硬水转化为软水B．用MnO2来区别水和双氧水C．用燃烧木炭的方法制备纯净的二氧化碳气体D．用燃着的木条检验二氧化碳气体【答案】B【解析】A、用过滤的方法无法降低水的硬度。B、用MnO2来区别水和双氧水可行，MnO2能作双氧水分解氧气的催化剂，而水无此性质。C、用燃烧木炭的方法制取二氧化碳，因二氧化碳难以收集，该方法不可取。D、能使燃着的木条熄灭的不仅仅只有二氧化碳，氮气也有此性质。5.在“人吸入的空气和呼出的气体有什么不同”的探究中，下列说法不正确的是（）A．证明呼出气体含二氧化碳多的证据是：呼出的气体使澄清石灰水更浑浊B．证明呼出气体含氧气少的证据是：呼出的气体使木条燃烧更旺C．证明呼出气体含水蒸气多的证据是：呼出的气体在玻璃上结下水珠D．判断呼出气体含有氮气的依据是：空气中含有氮气，而氮气不为人体吸收【答案】B【解析】A.二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，呼出的气体使石灰水出现浑浊，证明呼出的气体比空气中的二氧化碳含量高，故选项说法正确。B.氧气能支持燃烧，氧气含量越多，燃烧越旺，呼出的气体中氧气含量较少，不能使木条燃烧更旺，故选项说法错误。C.呼出的气体中含有较多的水蒸气，能在玻璃片上结下水珠，故选项说法正确。D.判断呼出的气体含氮气的依据是：空气中含有氮气，而氮气不为人体吸收，故选项说法正确。6.下列对科学知识的应用错误的是（）A．铁由于导热性能好，用来做暖气片B．铅锑合金由于熔点低，用来做保险丝C．甲醛由于有防腐作用，用来保鲜食品D．洗洁精由于乳化作用，用来除去餐具污垢【答案】C【解析】A.铁由于导热性能好，因此可用来做暖气片。正确。B.铅锑合金由于熔点低，用来做保险丝。正确。C.甲醛能够破坏人体中的蛋白质，食用甲醛浸泡的食物对人体有害。错误。D.油脂遇到洗洁精会发生乳化现象，用洗洁精去除油污，利用的是洗洁精的乳化作用。正确。二、填空题7．甲、乙两同学想通过实验鉴别炭粉和氧化铜两种黑色粉末，各设计如下方案：甲：将两种黑色粉末分别在空气中灼烧，有火星出现且黑色粉末逐渐减少的是炭粉。乙：将两种黑色粉末分别放在试管里，通入一氧化碳后加热，有亮红色物质出现的原物质是氧化铜。你认为最佳方案是（填“甲”或“乙”），理由是。【答案】甲操作简便、安全【解析】碳和氧气反应生成二氧化碳，固体质量减少，现象明显；更重要的是甲所需仪器简单，操作方便、安全。8.室验室开放日，我与小丽等同学来到实验室，看到实验桌上摆放着四瓶无标签的试剂，分别是两瓶固体和两瓶液体，我们决定对“固体与液体”之间的反应进行一些探究。（1）小娜同学从一瓶固体和一瓶液体中各取少量试剂于试管中进行混合，立即产生了一种无色气体，对气体是何物质，同学们进行了大胆的猜想，小佳同学的猜想可能是①；②。（2）我想设计一个实验证明小佳同学猜想①是正确的，实验设计如下：实验步骤现象及结论【答案与解析】（1）①CO2②H2（或O2）（2）如①是CO2（或H2；或O2）实验步骤现象及结论将气体通入澄清石灰水中（或将试管口堵一会儿，点燃此气体；或将带火星的木条插入试管中）石灰水变浑浊，则证明是二氧化碳（或气体能燃烧，产生淡蓝色火焰；或听到爆鸣声，则证明是氢气；或木条复燃，证明是氧气）9.农业上常用石灰乳和硫酸铜溶液配制波尔多液用于农作物杀菌。利用废铜屑制硫酸铜，有两种方案：A．Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+X↑+2H2OB.2Cu+O22CuO，CuO+H2SO4CuSO4+H2O回答下列问题：（1）X是（写化学式）。（2）你认为较好的方案是（填“A”或“B”），它除了原料利用更加充分外，还具有的优点是。（3）波尔