实验方案的设计与评价

1、专题突破 实验方案的设计和评价通过实验活动，探讨研究并解决科学研究、生产、生活、环境保护中面临的一些问题是化学学科永恒的主题。在学习中，要求同学们能根据实际情况提出问题、设计实验研究问题、解决问题，在实践活动中巩固知识、提高认识、增强能力。考点1 实验方案的设计基础知识1实验设计的原则原理正确、操作简便、现象明显、药品经济、结论可信。2实验设计题的考查实验仪器的设计和改进、实验装置的设计和改进、制备方案的设计、实验装置组装设计，化学与生产、生活的连接等。解题策略实验设计题，就是由题目提出目标，答案开放，由自己设计实验步骤，选择实验药品，设计实验装置，记录实验现象，分析实验结果，得出正确结论，解

2、决题目提出的问题。实验报告是实验过程的一个重要资料，实验报告就是要将每一步实验的操作、实验的现象、实验结论记录下来，以备实验后进行分析。实验报告的填写必须对现象的描述准确简捷，对结论和解释必须正确完善，观点鲜明，实验内容和装置必须目的明确，识别准确。典型例题例1 某校进行化学实验考查时，教师给了同学们1小包黑色粉末，这种黑色粉末可能是氧化铜、炭粉或者是这两种的混合物，让他们通过实验探究来确定。某同学探究过程如下：(1)【提出假设】假设1：黑色粉末是炭粉；假设2：_；假设3：_。(2)【设计实验方案】他对实验做了如下设想和分析：取少量黑色粉末于烧杯中，并加入过量的稀硫酸。则实验中可能出现的现象与

3、对应结论如下表，请你完成下表。实验中可能出现的现象结论假设1成立假设3成立(3)【进行实验】通过实验及分析，确定该黑色物质为炭粉和氧化铜的混合物。(4)【拓展】为了进一步探究炭粉和氧化铜的性质，他又利用这种混合物补充做了如下实验：将此黑色粉末隔绝空气加热(若碳完全反应)，待冷却到室温后，取剩余固体于烧杯中，再加入过量稀硫酸，反应完全后，静置。请你回答：烧杯中_(填“有”或“无”)不溶物；若静置后溶液呈无色，则该溶液中溶质是_(写化学式)；若静置后溶液呈蓝色，该反应的化学方程式为：_。解析：这是一道联系常见化学物质因某些性质相似，人们在使用中不易区分而设计的实验探究题。旨在利用一些常见现象、问题

4、培养学生发现问题、研究问题的意识和能力。解答（1）一定要联系题中给出的黑色物质的可能性，由此提出你的猜想或假设：两种物质的三种组合。解答（2）（4），即设计实验方案验证你的三个假设，必须要了解木炭、氧化铜、稀硫酸的性质及相互反应的规律和能否反应呈现出不同现象。木炭H2SO4不反应，黑色的木炭在H2SO4中不会溶解消失。CuO+H2SO4CuSO4+H2O，反应发生，溶液会由无色变为蓝色；由上述知识，不难对（2）作出解答。解答（4）时，一定要理解它的意义和探究实验的基本方法。还应注意到题中关键处的说明，如“隔绝空气加热（碳完全反应）”，应该认识此处有2CuO+C 2Cu+CO2反应发生，此反应中

5、，木炭反应消耗完了，一定没有，生成的Cu一定有，CuO则不能确定，可能有也可能无。答案：（1）黑色粉末是氧化铜 黑色粉末是碳粉和氧化铜的混合物 （2）无变化 溶液变蓝色，黑色粉末溶解；假设2成立 溶液变蓝色，仍有部分黑色不溶物 （4）有 H2SO4 CuO+H2SO4CuSO4+H2O新题展示1化学真是太奇妙了，它几乎无处不在，在你的周围时刻不停地发生着变化。同学们让我们踏上探究之旅。（1）提出问题聪聪在用水煮虾过程中发现，青色的生虾煮熟以后颜色变成红色，特别是虾汤的颜色更是鲜红。聪聪想，虾汤中这种红色的物质究竟是什么呢？（2）猜想与假设聪聪猜想，这种红色物质可能像酸碱指示剂一样，遇到酸或碱时

6、，颜色会发生改变。（3）收集证据现在请你设计一个简单的探究活动方案，验证聪聪的猜想。使用试剂实验操作方案可能的实验现象（4）交流与反思以上探究之旅，对你有什么启示？_。解析：该题从日常生活现象或问题入手，引导并培养了学生注意观察现象、研究问题的意识和能力。同时也让学生了解到科学新发现是如何获得的。解答此题首先要围绕猜想与假设的问题进行思考，其次是理解酸碱指示剂的含义，在此基础上设计探究实验方案，具体内容在题中表格框架下完成并注意探究实验的比较过程。答案：（3）使用试剂实验操作方案可能的实验现象稀盐酸、氢氧化钠溶液(其他酸性或碱性物质均可)把红色的虾汤分成三份：向一份中加入稀盐酸，向另一份中加入

7、氢氧化钠溶液，与第三份进行颜色对比加入酸或碱的两份虾汤的颜色可能发生改变（4）要像聪聪那样，善于观察、善于发现、善于思考、大胆猜想；或猜想要有一定的依据，不能凭空想象；或要通过查阅资料、实验探究认真求证自己的猜想；进行对比实验是一种重要的科学方法（此题为答案开放性试题，有多种答案。同学们若有其它答案，只要从三维目标来回答，言之成理均可）。考点2 实验方案的评价基础知识1实验方案评价的原则理论上是否科学合理、具有严密性；在满足安全性的前提下，是否简便易行；从经济角度考虑，是否节约试剂及降低成本和提高产品质量；从环保角度考虑，是否会给环境造成污染。2实验评价题的考查实验评价要求同学对不同的实验方案

8、进行对比分析，或对已完成的实验原理、装置、效果与实验目的要求进行对比，认识实验的成功与不足，以及可能存在的问题，甚至要求提出改进方案。这是对同学们综合素质的考查。解题策略实验评价题是指由题目提供多套方案，要求从某一角度或某几个方面评价方案的优劣，解题时用批判的思想排除不合理的或不最优的方案，选择、创造更好的方案。典型例题例2 用铁片、铜片、硝酸汞溶液和盐酸四种物质，验证Fe、Cu、Hg；的金属活动性顺序，有如下三种实验方案（选项中FeHCl表示铁片加入盐酸中，FeHg(NO3)2表示铁片加入硝酸汞溶液中，其他文字说明省略）AFeHCl CuHCI CuHg(NO3)2 BCuHCl CuHg(

9、NO3)2CFeHg(NO3)2 FeHCl CFeHCI CuHg(NO3)2 FeHg(NO3)2 试评价上述三种实验方案，其中最佳的方案是_（写序号）。解析：通过审题可知，解答本题需要两个层面的知识及能力。第一个层面是根据题目的选项，弄清哪个实验能用来验证Fe、Cu、Hg的金属活动性顺序。第二个层面是要判断在可行的方案中，哪个是最佳方案即评价实验方案的优劣。本题的原型是竞赛题。一般讲，评价实验方案的优劣比评价实验方案的正误难度更大，但由于本题只涉及置换反应的有关实验，且综合性又比较小，因而，本题属于较难题。本题把三个方案分别设计为：C错误、B正确但画蛇添足、A正确且简便三个层次，使同学们

10、在解题时不但要考虑“正误”，而且要考虑“最佳”。目前评价实验方案的题目已经开始从高考移植到中考中，应该引起重视。这类题目考查了学生对实验的设计和评价；要求较高复习时应将知识融会贯通，在不断提高学科能力的基础上强化。“创新”意识和“评价”意识，进一步提高分析问题和解决问题的能力。检验金属的活动性顺序通常有以下两种方法：（1）一种金属跟另一种金属的盐溶液发生反应，能将金属从其盐溶液中置换出来，可以说明被置换出来的金属的活动性弱。（2）一种金属能跟酸发生置换反应，另一种金属不能跟酸发生置换反应，说明前者的金属活动性强于后者。有金属A和B、C的盐溶液。若A不能将B、C从它们的盐溶液中置换出来，则不能比

11、较A、B、C的金属活动性。例如，Cu不能从ZnSO4溶液中置换出Zn的实验不足以说明Zn的金属活动性强于Cu。答案： A新题展示2实验室用铁、氧化铜、硫酸为原料制取铜，某同学设计了两个实验方案：AFe H2 CuBCuOCuSO4 Cu两个实验方案中最好的是_，理由是_解析：根据学过的化学知识，上述两个实验方案都能达到实验目的。然而，要评价两个实验方案哪个更好，应从操作的简便、原料的廉价、对环境的污染、产率等多方面进行分析。铁跟稀硫酸反应可以生成氢气，用氢气还原氧化铜可以得到单质铜。氧化铜跟稀硫酸反应可以得到硫酸铜溶液，铁跟硫酸铜溶液发生置换反应也可以得到单质铜。比较两个实验设计：从原料看，所

12、用原料完全相同；从对环境的污染看，两个实验均无污染环境的气体产生；从操作及产率看，A需要做氢气还原氧化铜的实验，该实验要对氢气和氧化铜进行加热，有一定的危险性。另外，该实验是气体和固体发生反应，氢气的浪费比较严重。而B实验则是在溶液中进行反应，操作简便，产率高，节约原料。对于物质制备的实验，一般应具备反应环节少、产率高、操作简便、对环境无污染等优点。反应环节少是指能通过两步反应完成的，一般不要选择三步反应来完成；操作简便是指为完成该实验所应进行的实验操作应简便易行，能用加热操作完成的就决不采用高温操作；对环境无污染是指要选择那些不产生对环境有污染的物质（如一氧化碳、二氧化硫）的反应等。答案：B

13、 节约原料，不需要热源，没有爆炸危险二、考点突破解答此类试题时，一是要遵循上述原则，二是要有创新意识，三是围绕目标理清思路，制定步骤。三、命题趋势1化学实验评价是培养学生进行实验设计，利用实验探究问题的重要过程，也就是说实验评价是学生学会利用实验进行科学研究的基础、实验方案设计的基础。它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等。考查热点多是课本上重要的化学实验方案，联系生产、生活实际、环境保护设计出的实验方案。2科学的发现、进步离不开人类对自然界的研究，科学研究无疑离不开对事物的观察、问题的提出、问题的思考，再通过实践活动或实验活动的研究，最终解决问题，得出科学的发现与结论。因此，