专题13-化学实验设计与评价(教案)-高三期末化学大串讲(原卷版)

专题13化学实验设计与评价一.基本要求1.科学性：实验原理、实验方法和操作程序必须科学合理。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，若无法避免则应采取安全措施。3.环保性：有毒物质必须处理，以防污染环境。4.可行性：设计的实验方案要切实可行，所选用的药品、仪器、设备和方法在现有的条件下能得到满足。5.简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤，能在较短的时间内完成实验，且效果明显。6.经济性：综合考虑原料的用量、价格。7.创新性：创新性是设计的灵魂。近几年的高考化学实验题，最显著的特点就是由基础知识、基本实验或常见题型创新而成的。通常化学实验设计方案的创新性可从以下两个方面考虑；一是反应原理的创新设计,凡是物质间满足“反应容易发生”、“速度快慢适当”、“产物较纯且易分离”的反应均可用于制备所需产物；二是实验装置的创新设计，根据现有仪器，考虑题给药品的状态，是否需要加热等反应条件，所给仪器还有哪些灵活的用途等，可大胆改进制备装置、净化装置、收集装置、除杂装置，体现创新精神。在设计实验时，应在各种所设计的方案中，通过对比和归纳选择出具有安全性好、药品易得、操作简便、装置简单而且现象明显的最佳方案。例1氧化铅(PbO)是黄色固体。实验室用草酸在浓硫酸作用下分解制备CO，其原理为：H2C2O4CO↑+CO2↑+H2O。某课题组同学设计实验探究CO还原氧化铅并检验氧化产物(已知CO能使银氨溶液产生黑色沉锭)的装置如图所示。下列说法正确的是A．装置②④⑤中的试剂依次为碱石灰、银氨溶液、澄清石灰水B．实验时，先点燃装置①处酒精灯，当装置⑤中产生连续气泡且有明显现象后再点燃装置③处酒精灯C．实验完毕时，先熄灭装置①处酒精灯，再熄灭装置③处酒精灯D．尾气处理可选用点燃、气袋收集、NaOH溶液吸收等方法例2某化学兴趣小组为探究草酸分解的产物，设计的实验装置如图所示，下列说法正确的是A．实验开始时，先点燃A装置处的酒精灯，后点燃F装置处的酒精灯B．B装置中的现象为蓝色粉末变白，说明分解产物中有水生成C．G装置中澄清石灰水变浑浊，说明分解产物中有CO生成D．C、D、E装置中分别盛放澄清石灰水、浓硫酸、氢氧化钠溶液例3实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如下图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)，下列说法错误的是A．反应开始时，先加热管式炉，再打开活塞KB．往盐酸中加入少量CuCl2，可加快产生H2的速率C．①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、焦性没食子酸溶液、浓H2SO4D．装置Q(启普发生器)也可用于石灰石与盐酸反应制二氧化碳二.实验设计思路1.设计思路：实验目的→实验原理→反应的仪器装置→操作步骤→数据处理方法→形成方案2.实验操作的顺序（1）连接仪器。按气体发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理顺序连接好实验仪器。（2）检查气密性。（3）装药品，进行实验操作。【拓展提升】实验方案设计应注意的几个问题1.药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余。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.题目条件有无特殊要求。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.药品的规格。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.其他应注意的问题（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。三.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。要考虑是否安全合理、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（也从防污染、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）。例4由下列实验和现象能推出相应结论的是实验操作实验现象结论A加热盛有少置NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸石蕊试纸变蓝NH4HCO3显碱性B向某无色溶液中滴加稀盐酸，将产生的无色气体通入品红溶液品红溶液褪色原溶液中一定含有SO32-C向2支各盛有2mL相同浓度银氨溶液的试管中分别加入2滴相同浓度的NaCl和NaI溶液一只试管中产生黄色沉淀，另一支中无明显变化相同温度下，AgCl

在水中的溶解度大于AgI的溶解度D在以镁、铝为电极，氢氧化钠溶液为电解质溶液的原电池装置中镁表面有气泡产生金属活动性:Al

>Mg例5用图所示装置进行下列实验：将①中溶液滴入②中，预测的现象与实际相符的是（）选项①中物质②中物质预测②中的现象A稀盐酸碳酸钠与氢氧化钠的混合溶液立即产生气泡B浓硝酸用砂纸打磨过的铝条产生红棕色气体C氯化铝溶液浓氢氧化钠溶液产生大量白色沉淀D草酸溶液高锰酸钾酸性溶液溶液逐渐褪色例6下列实验能达到相应目的是（）选项ABCD实验过程实验目的将乙二醇(HOCH2CH2OH)转化为乙二酸(H2C2O4)比较氯化铁和二氧化锰对H2O2分解反应的催化效果证明稀硝酸与铜反应时表现出氧化性用SO2与Ba(NO3)2反应获得BaSO3沉淀例7下列装置或操作能达到实验目的的是①②③④A．用图①所示装置分离Na2CO3溶液和CH3COOC2H5的混合物B．装置②可用于除去Cl2中的HClC．装置③可用于氯化氢气体溶于水D．装置④：酸性KMnO4溶液中有气泡出现，且溶液颜色会逐渐变浅直至褪去例8由下列实验及现象不能得出相应结论的是选项实验现象结论A向2mL0.01mol/L的FeCl3溶液中加入1滴KSCN溶液，再加入足量铁粉，充分振荡溶液变为红色，加入铁粉后红色褪去，变为浅绿色Fe3+比Fe2+的氧化性强B加热盛有少量NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红色石蕊试