2017届高三化学总复习第11章第4节实验方案设计与评价课件

第四节实验方案的设计与评价2013高考导航考纲要求1.根据实验试题要求设计、评价或改进实验方案。2.了解控制实验条件的方法。3.分析或处理实验数据,得出合理结论.4.识别典型的实验仪器装置图。命题热点1.在物质的制备与性质联合实验中，考查实验装置、实验原理和典型装置的设计。2.以科技、生产、生活中的新材料为载体，考查实验评价、误差分析和定量计算等方面的能力。考点串讲深度剖析考点一化学实验方案的设计1．实验方案设计的基本要求(1)科学性：实验原理、实验操作程序和方法必须科学合理。(2)安全性：尽量避免使用有毒药品和进行有一定危险性的实验操作，保护人身安全，保护仪器。(3)可行性：实验所选用的药品、仪器、设备和方法等在中学现有条件下能满足要求。(4)简约性：方案简单易行，尽可能采用简单的实验装置，较少的实验步骤和药品。还应遵循完成实验所用时间较短,副反应少,效果好等基本要求。(5)经济性：综合考虑原料的用量和价格。

2．化学实验设计的基本内容一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：(1)实验名称；(2)实验目的；(3)实验原理；(4)实验用品(药品、仪器、装置、设备)及规格；(5)实验装置图、实验步骤和操作方法;(6)实验注意事项；(7)实验现象的记录及结果处理；(8)问题与讨论。3．化学实验方案设计的基本思路4．化学实验方案设计的分类(1)物质制备实验方案的设计发生装置→净化装置→干燥装置→收集装置→尾气处理装置。(2)物质性质实验方案的设计①性质探索性实验方案设计从物质的结构特点和所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，然后据此设计出合理的实验方案，去探索它可能具有的性质。我们推测的物质的性质不一定准确，所以进行实验时要注意分析实验现象，从而得出正确结论。②性质验证性实验方案设计结合已知的物质具有的性质，选择合适的试剂，设计具体实验方案验证物质是否具有该性质。5．化学实验方案设计的注意事项(1)药品和仪器是部分给出还是有剩余若药品和仪器只部分给出，则应作必要的补充；若有剩余，则应进行筛选和淘汰。(2)条件有无特殊要求如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理、选择药品和装置、确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。(3)实验过程中的隐蔽性操作如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽略。(4)药品的描述有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最难答准确，如有些药品的准确描述为：硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也应注意某些仪器的规格。(5)会画简单的实验装置图考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图,可用“示意装置图”表示.(6)其他注意事项①冷凝回流的问题。②冷却问题。③防止倒吸问题。④具有特殊作用的实验改进装置。如为使分液漏斗中的液体能顺利流出，用橡胶管连接成连通装置；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一支小试管等。特别提醒实验方案设计的一般步骤：(1)根据试题要求，分析所给信息，选择并确定实验原理。(2)根据实验原理，确定药品、选择仪器，提出实验方案。(3)分析实验成败关键，修改完善实验程序。即时应用1．(2012·皖南八校高三联考)某研究性学习小组在网上收集到如下信息:钾、钙、钠、镁等活泼金属都能在CO2气体中燃烧。他们对钠在CO2气体中燃烧后的产物中的白色物质进行了如下探究：【实验】将燃烧的钠迅速伸入到盛满CO2的集气瓶中,钠在其中继续燃烧,反应后冷却，瓶底附着黑色颗粒，瓶壁上粘附着白色物质。【提出假设】假设1：白色物质是Na2O。假设2：白色物质是Na2CO3。假设3：白色物质是Na2O和Na2CO3的混合物。【设计实验方案验证假设】该小组对燃烧后的白色产物进行如下探究：实验方案实验操作实验现象结论方案1取少量白色物质于试管中，加入适量水，振荡，样品全部溶于水，向其中加入无色酚酞试液溶液变成红色白色物质为Na2O实验方案实验操作实验现象结论方案2①取少量白色物质于试管中，加入适量水，振荡，样品全部溶于水，向其中加入过量的CaCl2溶液出现白色沉淀②静置片刻，取上层清液于试管中，滴加无色酚酞试液无明显现象【思考与交流】(1)甲同学认为方案1得到的结论不正确，其理由是__________________。(2)乙同学认为方案2得到的结论正确,白色物质为____________________。(3)通过方案1和方案2的实验，你认为上述三个假设中，________成立。你的理由是______________________。(4)钠在二氧化碳中燃烧的化学方程式为___________________________。(5)丙同学认为白色物质有可能是氢氧化钠。你是否同意丙同学的观点，并简述理由：_____________________________。解析：选项分析结论(1)Na2CO3溶液显碱性，也会使酚酞试液变红方案1得到的结论不正确选项分析结论(2)(3)方案2：①中出现的白色沉淀是CaCO3，所以白色产物中有Na2CO3存在；②中滴加无色酚酞试液无明显现象，说明白色产物中没有Na2O存在白色物质为Na2CO3

选项分析结论(4)反应物是Na、CO2，产物是Na2CO3和C4Na＋3CO22Na2CO3＋C(5)因为反应物中无氢元素(或违背质量守恒定律)白色物质不可能是氢氧化钠考点二化学实验方案的评价对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断。要考虑是否完全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。1．从可行性方面对实验方案做出评价科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求，在实际操作时能否做到可控易行。评价时，从以下4个方面分析：(1)实验原理是否正确、可行；(2)实验操作是否安全、合理；(3)实验步骤是否简单、方便；(4)实验效果是否明显等。2．从“绿色化学”视角对实验方案做出评价“绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。据此，对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价：(1)反应原料是否易得、安全、无毒；(2)反应速率是否较快；(3)原料利用率以及合成物质的产率是否较高；(4)合成过程中是否造成环境污染。3．从“安全性”方面对实验方案做出评价化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防止液体倒吸；(2)进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃先验纯等)；(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等)；(4)防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施,以保证达到实验目的)；(5)冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料,需在反应装置上加装冷凝回流装置,如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)

;(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；(7)仪器拆卸的科学性与安全性(可从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)；(8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。特别提醒对实验方案的合理与否、严密与否作出判断要从“合理选择、排除干扰、操作准确”等方面入手.①“合理选择”是指仪器、药品、连接方式的选择；②“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质的除去等；③“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能与使用方法和化学实验的操作方法等。即时应用2．某学习小组针对如何测定镀锌铁皮镀锌层厚度提出如下一些方案：方案1：将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中，使其完全溶解，通过测量氢气的体积，计算铁皮上的锌的质量。方案2：将一定质量的镀锌铁皮(W1)投入到足量的FeSO4溶液中，一段时间后，取出铁片，洗净、烘干、称量(W2)，计算铁皮上的锌的质量。方案3：将一定质量的镀锌铁皮投入到足量的盐酸中,使其完全溶解,再在所得溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤、洗涤、烘干、灼烧沉淀，最后称量。……(1)方案2的主要缺点是______________________________。方案3的主要缺点是_____________________________。(2)方案1中用到测量气体体积的装置,如图装置中不能用于测量气体体积的装置是______________。学习小组拟选用C装置作量气装置，则气体收集完毕，准备读数时，应注意：_________________________。解析：理解每种方案的实验原理是关键。(1)方案2锌与铁的活动性差异不大，反应难以进行；方案3反应时间长，沉淀的获取和称量较为困难，精确度不高。(2)B装置不能排出液体；C装置要等到冷却到室温再进行读数,并且要上下移动右边管使左右两边的液面相平.答案：(1)锌与铁的活动性差异不大，反应几乎难以进行反应时间长，沉淀的获取和称量较为困难，精确度不高(2)B等到冷却到室温，上下移动右边管使左右两边的液面相平再进行读数命题视角把脉高考视角1教材高频考点实验方案的设计能够考查学生分析、解决问题的能力，是教材中的高频考点。(2012·张家口高三第一次模拟)(1)研究性学习小组甲对教材实验结论“乙醛与新制氢氧化铜反应生成的红色沉淀是Cu2O”提出质疑，他们认为红色沉淀不一定是氧化亚铜。为了确定红色沉淀的成分,开展了如下研究:例1【提出猜想】猜想1：红色沉淀可能是Cu2O；猜想2：红色沉淀可能是________；猜想3：红色沉淀可能是________；【查阅资料】①氧化亚铜属于碱性氧化物；②＋1价的铜离子在酸性条件下易发生自身氧化还原反应；③在空气中灼烧氧化亚铜生成氧化铜。【设计实验方案】方案1：取红色沉淀溶于足量的稀硝酸中，观察溶液颜色变化。方案2：取红色沉淀溶于足量的稀硫酸中，观察是否有残渣。方案3：称取红色沉淀ag，在空气中充分灼烧至完全变黑，并在干燥器里冷却，再称重，反复多次至固体恒重，称得质量为bg，比较a、b的关系。方案4：取红色沉淀装入试管里，加入酸化的硝酸银溶液，观察是否有银白色固体析出。你认为合理的方案是____________。(2)研究性学习小组乙对小组甲的方案提出质疑，设计了新的探究方案，装置如下图所示。你认为要定量测定上述红色沉淀成分必须测定下列哪些物理量__________。(填选项编号)①通入氢气体积；②反应前，红色沉淀＋硬质玻璃管的总质量；③完全反应后，红色固体＋硬质玻璃管的总质量;④实验前,干燥管质量；⑤硬质玻璃管质量；⑥锌粒质量；⑦稀硫酸中含溶质的量；⑧实验后，干燥管质量。(3)研究性学习小组丙上网查阅新闻得知“诺贝尔化学奖曾授予三位研究绿色化学的科学家”。“变废为宝”符合绿色化学要求。研究性学习小组丙将收集上述红色沉淀制备化学试剂——纯净干燥胆矾。其实验流程图如下：回答下列问题：操作Ⅰ是_______，试剂是_______，操作Ⅱ是________,操作Ⅲ是______。【解析】(1)Cu元素形成的物质中还有Cu单质为红色，则由此猜想为Cu，或两者都有；由于HNO3能将Cu、Cu2O氧化成Cu2＋，方案1错误;稀硫酸只具有酸性，Cu与H2SO4不反应,Cu2O在稀硫酸中生成Cu和Cu2＋,方案2不可行；(2)该方案采用H2置换Cu2O的方法，通过测定固体质量是否变化，且依据其变化的量计算n(Cu)∶n(O)的数值，确定红色沉淀的成分。(3)由于红色沉淀中为Cu、Cu2O，则先在空气中灼烧，生成CuO，CuO与H2SO4反应生成CuSO4、H2O，不引入新杂质，且反应过程中无污染产生，CuSO4晶体采用冷却热饱和溶液法制备。【答案】(1)铜铜与氧化亚铜的混合物方案3(2)②③⑤(3)在空气中充分灼烧硫酸蒸发浓缩过滤、洗涤视角2追踪命题热点实验综合题是近年高考的常考题型，主要考查学生对化学实验的设计和分析能力。例2(1)操作Ⅰ使用的试剂是________，所用主要仪器的名称是________。(2)加入溶液W的目的是__________。用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg2＋。由表中数据可知，理论上可选择的pH最大范围是___________。酸化溶液Z时，使用的试剂为_____。(3)实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体，下列

装置中合理的是________。开始沉淀时的pH沉淀完全时的pHMg2＋9.611.0Ca2＋12.2c(OH－)＝1.8mol·L－1(4)常温下，H2SO3的电离常数Ka1＝1.2×10－2，Ka2＝6.3×10－8，H2CO3的电离常数Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11。某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3：将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H2SO3酸性强于H2CO3。该实验设计不正确，错误在于________________________。设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现象和结论)：_______________________。仪器自选。供选择的试剂:CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH试纸。【解析】(1)操作Ⅰ为萃取、分液，有机层在下层，则选择的试剂为四氯化碳，所用主要仪器为分液漏斗。导管应“长进短出”,因此选择b、d.(4)该实验设计的错误在于二者的饱和溶液的物质的量浓度不同，可以利用反应：SO2＋NaHCO3===CO2＋NaHSO3，或比较同浓度的NaHCO3溶液和NaHSO3溶液的碱性等验证H2SO3的酸性强于H2CO3。用酸度计(或pH试纸)测两溶液的Ph,前者的pH小于后者，证明H2SO3酸性强于H2CO3；方案二：将SO2气体依次通过NaHCO3(或Na2CO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品红溶液、澄清石灰水，品红溶液不褪色且澄清石灰水变浑浊,证明H2SO3酸性强于H2CO3；方案三：将CO2气体依次通过NaHSO3(或Na2SO3)溶液、品红溶液，品红溶液不褪色，证明H2SO3酸性强于H2CO3【名师指津】近几年高考中，有些省份对实验评价的考查涉及到定量评价，即通过对所给化学实验数据的分析处理，对实验进行评价。评价的关键是准确破译数据的含义，进行合理取舍，提炼出有效数据。一些数据隐含着化学规律及化学原理，要找出数据的具体含义，分析比较数据之间的内在联系，建立题中的隐含数据与题目解答之间的联系，继而得出正确结论。视角3易错易误剖析例3

某实验小组欲制取氧化铜并证明氧化铜能加快氯酸钾的分解，进行了如下实验：(一)制取氧化铜①称取2gCuSO4·5H2O研细后倒入烧杯，加10mL蒸馏水溶解；②向上述CuSO4溶液中逐滴加入NaOH溶液，直到不再产生沉淀，然后将所得混合物转移到蒸发皿，加热至沉淀全部变为黑色；③将步骤②所得混合物过滤、洗涤，晾干后研细备用。回答下列问题：上述实验步骤中需要使用玻璃棒的是________(填实验序号)，步骤①、③中研磨固体所用仪器的名称是________；(二)证明氧化铜能加快氯酸钾的分解并与二氧化锰的催化效果进行比较用如图装置进行实验，实验时均以生成25mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略，相关数据如下：实验序号KClO3质量其他物质质量待测数据④1.2g无其他物质⑤1.2gCuO

0.5g⑥1.2gMnO2

0.5g回答下列问题：(1)上述实验中的“待测数据”指______________________________；(2)为探究CuO在实验⑤中是否起催化作用，需补做如下实验(无需写出具体操作)：a．_________________________；b．CuO的化学性质有没有改变。【常见错误】

问题常见错误(1)第一空漏选选项②，第二个空错写成“研砵”或“研钹”或“研杵”(二)(1)错误认为是“气体体积”或“剩余固体的质量”(2)错答为“看CuO的颜色和状态不变”【错因分析】

(一)错误认为②只发生反应，用不到玻璃棒。在固体溶解过程、蒸发过程及过滤中都要用到玻璃棒，故为①②③；研磨固体要用的仪器是研钵，化学仪器名称需熟记。(二)(1)对实验目的不清楚造成错答。该实验的目的是证明氧化铜能加快氯酸钾的分解及与二氧化锰的催化效果比较,要进行反应速率大小的比较,故通过反应时间的长短进行比较，即待测数据为生成25mL气体所用时间。(2)对催化剂催化原理认识模糊造成错答。特别注意：催化剂在反应过程中不改变质量和化学性质，但物理性质可能改变，例如，疏松变得结实等。【答案】(一)①②③研钵(二)(1)生成25mL气体所用时间(2)CuO的质量有没有改变实验探究专项突破实验方案的设计与改进实验设计着眼能力立意，综合考查学生的观察能力、思维能力、实验能力和评价能力。新课标下的高考实验的呈现形式发生了巨大变化，源于教材的实验重组题，装置和原理都来自于课本又高于课本，将基础实验与创新运用结合，将装置创新与原理创新结合，在2012年高考命题中得到了充分体现，以后的高考更重视学生对实验的设计与改进，选择优化的实验方案等。[典例探究]硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料。铜不能与稀硫酸直接反应，本实验中将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体(装置如图1、2所示)。(1)图1烧瓶中发生的离子反应方程式为____________________________。(2)图2是图1的改进装置，其优点有：①____________________________；②____________________________。(3)为符合绿色