实验方案的设计与评价教师版

实验方案的设计与评价1.(2022宁波,11,3分)下列实验方案不能达到实验目的的是(B)选项实验目的实验方案A鉴别酱油和食醋闻气味B检验氢氧化钠是否变质溶于水,滴加酚酞试液C探究水的组成检验水电解后产生的气体D粗盐提纯溶解、过滤、蒸发解析酱油和食醋可以通过闻气味来鉴别,A正确;氢氧化钠变质生成碳酸钠,碳酸钠水溶液呈碱性,氢氧化钠水溶液也呈碱性,无法用酚酞试液检验,B错误;水电解生成氢气和氧气,通过检验氢气和氧气来判断水的组成,C正确;粗盐中含有不溶性杂质(如泥沙),可以通过溶解、过滤、蒸发的方式提纯,D正确。2.(2022丽水,14,3分)某兴趣小组为探究“猪肝中的铁元素”,进行了以下实验:选用新鲜猪肝,如图操作,将猪肝中的铁转化为铁离子,再用硫氰化钾溶液检验(硫氰化钾溶液遇铁离子变红色)。有关该实验的说法正确的是(D)A.实验研究的问题是新鲜猪肝中是否含有铁离子B新鲜猪肝中的铁是以游离态形式存在的C.实验中获得的土黄色混合液属于溶液D.新鲜猪肝中含铁元素的证据是滴加硫氰化钾溶液后溶液变红解析本实验探究的是猪肝中是否含有铁元素,而不是铁离子,A错误;猪肝中的铁以化合态的形式存在,B错误;土黄色的混合液经过滤后有滤渣产生,故不是溶液,C错误;铁离子遇硫氰化钾溶液,溶液变红,说明猪肝中含有铁元素,D正确。3.(2022台州,25,9分)在研究酸和碱之间发生的反应时,把稀盐酸滴入氢氧化钡溶液中,得到无色溶液A。无色溶液A中除了氯化钡还有什么?某同学进行了如下实验:实验一实验二猜想可能还有盐酸可能还有氢氧化钡实验过程在试管中加入2~3颗锌粒,再滴加少量无色溶液A在试管中加入少量无色溶液A,再滴加2~3滴氯化铁溶液实验现象无气泡产生有②色沉淀产生

实验结论无色溶液A不含①

无色溶液A含有氯化钡和氢氧化钡(1)请把表格内容填写完整:①盐酸(HCl);

②红褐。

(2)该同学为了从无色溶液A中得到纯净的氯化钡晶体,请你帮他写出合理的方法:加入适量(或足量)的稀盐酸,充分反应后蒸发结晶。

解析(1)在放有锌粒的试管中加入少量无色溶液A无气泡产生,说明没有盐酸。②结论中表明无色溶液A中有氢氧化钡,则加入氯化铁后产生氢氧化铁红褐色沉淀。(2)无色溶液A中含有氯化钡和氢氧化钡,先加入稀盐酸把氢氧化钡转化为氯化钡,后蒸发结晶得到氯化钡。4.(2021温州,29,6分)工业上常用碳酸镁矿石(主要成分是难溶于水的碳酸镁,杂质不溶于水也不与酸反应)与稀硫酸反应来制备硫酸镁。硫酸镁在不同温度时的溶解度如下表所示。温度/℃608090100硫酸镁溶解度/克54.655.852.950.4制备流程如图。(1)用150千克溶质质量分数为98%的浓硫酸配制9.8%的稀硫酸,需要水1350千克。

(2)小明模拟工业制备硫酸镁晶体,将碳酸镁矿石和稀硫酸充分反应后过滤,发现滤液中含有硫酸。为了测定所得滤液中硫酸镁和硫酸的质量比,他取少量滤液倒入烧杯,将溶质质量分数为10%的氢氧化钠溶液逐渐加入。除要知道实验前氢氧化钠溶液质量外,实验中还要通过测量获取哪两个数据,才可计算硫酸镁与硫酸的质量比?刚出现沉淀时剩余氢氧化钠溶液的质量;不再出现沉淀时剩余氢氧化钠溶液的质量(其他合理答案也可)。

[硫酸镁与氢氧化钠反应的化学方程式:MgSO4+2NaOHMg(OH)2↓+Na2SO4](3)小明将除去杂质后的滤液加热至90℃,得到硫酸镁浓溶液,继续加热,观察到晶体快速析出。其原因可能是继续加热温度升高,硫酸镁溶解度减小,且溶剂快速蒸发。

解析(1)由稀释前后溶质质量不变分析,设需要水的质量为x,则150千克×98%=(150千克+x)×9.8%,x=1350千克。(2)要计算硫酸镁与硫酸的质量比,需要知道分别与硫酸、硫酸镁反应的氢氧化钠的质量。(3)继续加热,温度升高,硫酸镁溶解度减小,且溶剂快速蒸发,能溶解的硫酸镁质量减少,晶体析出。5.(2022金华,35,8分)某项目学习小组用传感器开展“影响铁锈蚀因素”的探究,设计如图1所示实验装置并完成实验。实验过程中,传感器采集数据绘制得到如图2的甲、乙两幅曲线图。【资料1】一定条件下,碳和氯化钠溶液可加快铁的锈蚀,但它们本身不参加反应。【资料2】该实验步骤如下:①检查装置气密性;②装药品,将5克铁粉和2克碳粉加入锥形瓶,并加入2毫升饱和氯化钠溶液;③立即塞紧橡皮塞,橡皮塞上已插有一支装有5毫升稀盐酸的注射器及传感器;④观察现象,采集数据。图1图2用所学知识及以上资料信息完成下列问题:(1)实验进行一段时间后,注射器中的盐酸会自动注入瓶内,原因是当瓶内气压减小到一定程度,大气压将注射器的活塞下压(或瓶内气压减小,盐酸被吸入瓶内)。

(2)图2甲、乙曲线图中,0-t1s段温度升高,瓶内压强减小;t2-t3s段温度升高,瓶内压强增大。解释产生这两个不同现象的原因。。

答案(2)等级回答高水平回答(5~6分)能综合多个要素辩证地进行解释,原理正确,逻辑科学,要素齐全示例:铁生锈消耗氧气的同时放出热量,反应放出的热量使温度升高,压强增大,消耗氧气会使瓶内压强减小,但由于消耗氧气减小的压强大于温度升高增大的压强,所以0~t1s段温度升高,压强减小因瓶内压强减小,盐酸被压入瓶内,盐酸与铁反应产生氢气放出热量,反应放出的热量使温度升高,压强增大,反应产生的氢气会使瓶内压强增大,所以t2~t3s段温度升高,压强增大中上水平回答(3~4分)能从部分要素进行解释、原理部分正确,逻辑比较清晰,缺少部分要素示例:铁生锈消耗氧气的同时放出热量,反应放出的热量使温度升高,压强增大,消耗氧气会使瓶内压强减小盐酸与铁反应产生氢气、放出热量,反应放出的热量使温度升高,压强增大,反应产生的氢气会使瓶内压强增大中下水平回答(1~2分)只能对其中某1~2个要素作出单一解释示例1:铁生锈消耗氧气的同时放出热量,反应放出的热量使温度升高,压强增大示例2:铁生锈消耗氧气会使瓶内压强减小,盐酸与铁反应产生氢气,压强增大低水平回答(0分)不能运用相关科学原理作出解释或同义反复或不作答示例:铁生锈使瓶内气压增大;或盐酸与铁锈反应使气压增大等解析(1)反应过程中锥形瓶内气压逐渐减小,在外界大气压的作用下,注射器中的盐酸会自动注入瓶内。6.(2021丽水,35,6分)学校组织春游,小科准备了一份“自热火锅”(图甲),他撕开包装看到了内部结构(图乙),并了解到相关信息(图丙)。相关信息相关信息食盒材料:无污染,可再生;发热包主要成分:氧化钙、铝粉、碳酸钠;铝粉作用:在碱性热水中能发生反应产生氢气,缓慢放热。丙小科按食用方法进行如下操作:①加热盒中倒入适量冷水,将发热包放入冷水中;②放上食盒,加入食材并倒入适量的饮用水,扣紧盒盖。在等待食物煮熟过程中,小科发现加热盒逐渐变烫、盒内传出“嘶嘶”的声音、盒盖小孔的上方有水汽。请结合火锅“自热”过程解释盒盖上小孔的作用。答案(6分)等级回答水平Ⅰ原理正确、逻辑严密、表达完整示例:氧化钙和水反应生成氢氧化钙,并产生大量的热。铝粉在碱性热水中能反应产生氢气,缓慢放热。氢气和水汽化产生的水蒸气使盒内气压变大。盒内的空气、氢气、水蒸气在受热后,体积膨胀,也使盒内气压变大。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险水平Ⅱ原理正确、逻辑较严密、表达较完整示例1:氧化钙和水反应生成氢氧化钙,并产生大量的热。铝粉在碱性热水中能反应产生氢气,缓慢放热。盒内的空气、氢气在受热后,体积膨胀,使盒内气压变大。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险示例2:氧化钙和水反应生成氢氧化钙,并产生大量的热。铝粉在碱性热水中能反应产生氢气,缓慢放热。氢气和水汽化产生的水蒸气使盒内气压变大。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险水平Ⅲ原理单一、逻辑不严密、表达不完整示例1:氧化钙和水反应生成氢氧化钙,并产生大量的热。盒内的空气、氢气在受热后,体积膨胀,使盒内气压变大。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险示例2:铝粉在碱性热水中能反应产生氢气,缓慢放热。盒内的空气、氢气在受热后,体积膨胀,使盒内气压变大。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险水平Ⅳ原理缺少、逻辑混乱、表达不完整示例1:盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险示例2:氧化钙和水反应生成氢氧化钙,并产生大量的热示例3:铝粉在碱性热水中能发生反应产生氢气,缓慢放热。盒盖上的小孔便于气体排出,避免盒内气压过大,造成危险水平Ⅴ没有作答或答案与情境无关7.(2021湖州,34,9分)市场上常见的苏打水有苏打气泡水和无汽苏打水两种。它们的主要成分中都含有碳酸氢钠,俗称小苏打,具有以下性质。性质一:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑(NaHCO3在50℃以上开始逐渐分解)性质二:NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑(1)苏打气泡水中含有大量二氧化碳,瓶盖一打开就有大量气泡产生,所以叫气泡水。无汽苏打水则不含二氧化碳,但小明认为他喝入体内也会产生二氧化碳,主要是利用了碳酸氢钠的性质二(选填“一”或“二”),理由是人体内不能达到50℃的温度(或人体的胃内有盐酸)。

(2)小明查阅了相关资料想自制苏打水,于是购买了一袋小苏打,包装袋上标注的碳酸氢钠含量是99%。真的有这么高吗?小明取了10g小苏打样品放入装置,逐次加入稀硫酸进行实验,得到相关数据。请通过计算帮助小明判断包装袋上的标注是否准确。(2NaHCO3+H2SO4Na2SO4+2H2O+2CO2↑)序号反应前第1次第2次第3次第4次第5次加入稀硫酸质量/g01010101010C装置中溶液总质量/g100.0101.1102.2103.3104.4105.0(3)如果去掉B装置,测量结果将会偏大(选填“偏大”或“偏小”)。

答案(2)mCO2=105.0g-100.0g=52NaHCO3+H2SO4Na2SO4+2H2O+2CO2↑16888x5.0g16888=x5gx≈9.碳酸氢钠的质量分数为9.55g10g×100%=95.5%<99答:包装袋上的标注不准确。解析(3)如果没有B装置,水蒸气会进入C装置中,使测量值偏大。8.(2022宁波,24,12分)久置的镁带表面会有一层灰黑色固体。为了测量久置镁带中金属镁的质量分数,同学们提出了两种实验方法:物理方法:取一定质量的镁带,用砂纸打磨,除尽表面的灰黑色固体,根据剩余固体质量计算金属镁的质量分数。化学方法:取一定质量的镁带,与足量的稀硫酸反应,根据测得生成气体的体积计算金属镁的质量分数。(1)经讨论,同学们否定了物理方法。理由是打磨过程中镁会被磨掉。

(2)常温、常压下氢气密度已知,因此大家认为化学方法可行。{老师提示:镁与稀硫酸反应放热;灰黑色固体除了氧化镁之外,还存在少量碱式碳酸镁[MgCO3·Mg(OH)2],它与酸反应会产生CO2气体;碱石灰是CaO和NaOH的混合物}同学们从下列装置中选择合适的装置,组装并进行实验。ABCD①上图虚线框内有一种测量体积的仪器(未画出),该仪器是量筒(或量杯)。

②完成该实验应选择的装置为ABC(填字母)。

③结合实验方法和选择的装置分析,会造成实验结果不准确的是ABC。

A.加入稀硫酸不足,镁带有剩余B.装置气密性不好C.反应结束,立即读数解析(2)①C、D装置是用来测量产生气体体积的,用排出去的水的体积表示产生气体的体积,故选择的仪器是量筒或量杯。②灰黑色固体中的碱式碳酸镁与稀硫酸反应产生CO2气体,为避免CO2对实验造成干扰,用碱石灰吸收CO2,故选用B装置净化气体,气体从瓶中短管进入,水从长管排出,所以选用的装置是ABC。③加入稀硫酸不足,造成镁带有剩余,产生的气体体积偏小,使得镁的质量分数偏小;装置气密性不好,使得产生的气体逸出,测得的气体体积偏小,使得镁的质量分数偏小;镁和稀硫酸反应放热,气体受热膨胀,结束后立即读数,造成测得的气体体积偏大,使得镁的质量分数偏大。9.(2022杭州,29,8分)同学们用4%的NaOH溶液和8%的CuSO4溶液制备Cu(OH)2,有同学并未得到预期的蓝色沉淀,而是得到浅绿色沉淀(经测定为碱式硫酸铜);还有同学观察到一段时间后蓝色沉淀中出现黑色物质(经测定为氧化铜)。针对这些异常现象,小金在室温下进行了以下探究:探究1:生成沉淀颜色与反应物的质量比的关系两种溶液取用的质量及实验现象如表所示(两种溶液混合后充分振荡试管):编号4%的NaOH溶液的质量/g8%的CuSO4溶液的质量/g沉淀颜色出现黑色物质所等待的时间/min①22浅绿色不出现②4待填蓝色中混有浅绿色5③62蓝色3(1)根据探究目的及相关实验现象,②中8%的CuSO4溶液的质量应为2g(选填“2”“4”或“6”)。

(2)③中生成蓝色沉淀的化学方程式为2NaOH+CuSO4Cu(OH)2↓+Na2SO4。

探究2:Cu(OH)2分解难易与溶液碱性强弱的关系按探究1中③的方法制备5份含蓝色沉淀的混合物,处理方式和实验结果如表所示:编号①②③④⑤处理方式不做处理直接向试管中加8mL水直接向试管中加16mL水滤出蓝色沉淀,洗涤至中性后放入洁净试管,加8mL水滤出蓝色沉淀,洗涤至中性后放入洁净试管,加8mL4%的N