第五部分專題突破第第4545講實驗設(shè)計與方案評價專題講實驗設(shè)計與方案評價專題一、實驗設(shè)計1化學實驗方案設(shè)計的思路(1)根據(jù)某一主題，“發(fā)現(xiàn)問題”“提出猜想”“確定假設(shè)”；(2)根據(jù)假設(shè)設(shè)計實驗方案；(3)通過實驗收集證據(jù)或?qū)嶒灛F(xiàn)象；(4)作出假設(shè)是否成立的結(jié)論；(5)對結(jié)論進行反思與評價。2化學實驗設(shè)計時遵循的原則(1)科學性，實驗原理準確，實驗流程合理。(2)安全性，保護人身、保護環(huán)境、保護儀器。(3)簡便性，做到步驟少、時間短、效果好等。(4)環(huán)保性，藥品用量少，對環(huán)境沒有或較少污染。(5)經(jīng)濟性，藥品成本低，易得經(jīng)濟。3實驗設(shè)計的步驟(1)明確目的、原理首先必須認真審題，明確實驗的目的要求，弄清題目有哪些新的信息，綜合已學過的知識，通過類比、遷移、分析，從而明確實驗原理。(2)選擇儀器、藥品根據(jù)實驗的目的和原理，以及反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件，如反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、能否腐蝕儀器和橡膠、反應(yīng)是否加熱及溫度是否控制在一定的范圍等，從而選擇合理的化學儀器和藥品。(3)設(shè)計裝置、步驟根據(jù)上述實驗?zāi)康暮驮恚约八x用的儀器和藥品，設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟。學生應(yīng)具備識別和繪制典型的實驗儀器裝置圖的能力，實驗步驟應(yīng)完整而又簡明。(4)記錄現(xiàn)象、數(shù)據(jù)：根據(jù)觀察，全面而準確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。(5)分析得出結(jié)論根據(jù)實驗觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計算、圖表、推理等處理，得出正確的結(jié)論。注意：在進行實驗方案設(shè)計時要特別注意水的處理。(1)水作為雜質(zhì)要除去：要先除去其他雜質(zhì)，后干燥。(2)水作為產(chǎn)物的檢驗：先檢驗水，再檢驗其他產(chǎn)物。(3)水的定量測量：前后都要排除外來水的干擾。二、實驗評價1評價內(nèi)容實驗的評價包括實驗原理的評價、方案的評價、實驗裝置的評價、實驗操作的評價、實驗現(xiàn)象的描述與結(jié)論分析的評價等。2評價方法(1)化學反應(yīng)原理是否正確，是否與實驗?zāi)康南喾?2)實驗裝置是否科學、優(yōu)化、安全；(3)操作方法是否可行、簡捷；(4)綠色化學的理念是否符合，對環(huán)境是否會造成污染；(5)推理過程是否嚴密。探究物質(zhì)成分的實驗設(shè)計1(2010達州)已知碳酸易分解，草酸與碳酸有相似的化學性質(zhì)，在受熱的條件下草酸也會分解，僅生成三種氧化物。我校研究性學習小組對此展開探究：【提出問題】生成的三種氧化物是什么？【查閱資料】無水硫酸銅是一種白色粉末，遇水變成藍色硫酸銅晶體?；瘜W方程式為：CuSO4(白色粉末)5H2O=CuSO45H2O(藍色晶體)【提出猜想】生成的氧化物中有H2O、CO2和CO。【實驗探究】張亮將生成的氣體，依次通過如圖所示裝置，驗證猜想。(1)觀察到A中_白色粉末變?yōu)樗{色_，證明生成物中有水。(2)B中澄清石灰水變渾濁，證明_生成了CO2_。(3)D中紅色粉末是_Fe2O3_(填化學式)，實驗現(xiàn)象_紅色粉末變黑，E中澄清石灰水變渾濁_?！窘涣饔懻摗筷愜娬J為：張亮不需要E裝置也能夠推斷出生成物中有一氧化碳。你是否支持陳軍的觀點：_支持_(填“支持”或“不支持”)，請說出你的理由：_因為在這三種氣體中，僅有一氧化碳有還原性，能將氧化鐵還原為鐵_。陳軍還認為：從環(huán)保的角度來看，此裝置有一個缺陷，請你指出該缺陷：_沒有進行尾氣處理_，處理的方法是_點燃尾氣或收集尾氣或尾氣再利用_?！窘馕觥克c白色CuSO4粉末會發(fā)生化學反應(yīng)生成藍色晶體，若看到A中白色粉末變藍色，則證明產(chǎn)物中有水生成；可利用CO的還原性來確定CO的存在，這樣D中的紅色粉末為Fe2O3，與CO反應(yīng)后變黑色且E中澄清石灰水變渾濁；因為這三種氣體中只有CO能將紅色的氧化鐵變黑色，故陳軍的觀點也是正確的，但此裝置中未反應(yīng)的CO隨尾氣排入了大氣造成污染，可將尾氣回收利用。2某課外小組的同學們收集了含一氧化碳和二氧化碳的廢氣，為了確認這種廢氣的組成，他們在實驗室按如下裝置進行了實驗?！窘馕觥?1)為了確定廢氣的組成，我們利用澄清的石灰水來檢驗二氧化碳氣體，然后再利用氫氧化鈉溶液來吸收二氧化碳，然后再利用一氧化碳的還原性來還原氧化鐵，用澄清石灰水來檢驗生成的氣體是二氧化碳。(2)一氧化碳具有還原性，所以能使紅色固體逐漸變?yōu)楹谏?3)A裝置用來檢驗原氣體中含有二氧化碳，而D裝置用來檢驗一氧化碳反應(yīng)的產(chǎn)物二氧化碳。(4)我們利用洗氣瓶來除去二氧化碳并收集一氧化碳氣體時，應(yīng)長管進氣，同時需要收集CO，所以兩個管都應(yīng)該通到底部。1已知濃硫酸與焦炭在加熱的條件下能發(fā)生反應(yīng)，生成三種氧化物。某校研究性學習小組對此進行以下一系列的探究活動。【提出猜想】濃硫酸與焦炭在加熱條件下反應(yīng)，生成H2O、SO2和CO2。【查閱資料】經(jīng)查閱資料得知：CO2、SO2均可使澄清石灰水變渾濁；SO2可使品紅溶液的紅色褪去，而CO2不能；SO2可與酸性的KMnO4溶液反應(yīng)使其褪色，而CO2不能；無水CuSO4為白色粉末，遇水可生成藍色膽礬?！緦嶒炋骄俊坑靡韵翧D四個裝置組裝成一套完整的實驗裝置，然后進行實驗，驗證猜想。(1)本實驗的發(fā)生裝置應(yīng)選用如下圖所示三種裝置中的_裝置(填序號)。(3)實驗過程中，同學們觀察到裝置D中的無水CuSO4變?yōu)樗{色，由此得出產(chǎn)物中有_H2O(水)_的結(jié)論；同時還觀察到以下實驗現(xiàn)象：裝置C中品紅溶液()和酸性高錳酸鉀溶液都褪色，品紅溶液()不褪色；裝置B中澄清石灰水變渾濁。裝置C中品紅溶液()褪色，說明產(chǎn)物中有_SO2(二氧化硫)_，酸性KMnO4溶液的作用是_除去SO2_，品紅溶液()不褪色，說明_SO2已除盡_；裝置B中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是_CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O_。(4)能確認反應(yīng)產(chǎn)物中有CO2的實驗現(xiàn)象是_裝置C中品紅溶液()不褪色，裝置B中澄清石灰水變渾濁_?！緦嶒灲Y(jié)論】本實驗提出的猜想_成立_(填“成立”或“不成立”)；濃硫酸與木炭反應(yīng)的化學方程式是_C2H2SO4(濃)2SO2CO22H2O_?！窘涣饔懻摗繉嶒灲Y(jié)束后，同學們針對本實驗進行討論，其中張輝同學提出了“反應(yīng)產(chǎn)物中可能還有一氧化碳”這樣的一個觀點。你是否支持張輝同學的觀點？_支持_(填“支持”或“不支持”)，請你說出兩點理由：_根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后元素種類不變_；_碳的氧化物有CO和CO2_。儀器組合裝置的實驗設(shè)計 3化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，化學所取得的豐碩成果，與實驗的重要作用是分不開的。結(jié)合下圖所示的實驗裝置回答問題：(1)寫出圖中帶標號儀器的名稱：_酒精燈_，_長頸漏斗_。(2)若實驗室對你開放，請從上圖中選擇合適的裝置，制取一種你熟悉的氣體。你想制取的氣體是_O2_，選擇的發(fā)生裝置是_A_(填序號，下同)，選擇的收集裝置是_C或D_，選擇此收集裝置的理由是_氧氣的密度比空氣的大(或氧氣不溶于水)_。(3)裝置B雖然操作簡便，但無法控制反應(yīng)速率。請從上圖中選取_H_(填序號)取代B中的單孔塞，以達到控制反應(yīng)速率的目的。【解析】(2)氣體的發(fā)生裝置是由反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件決定的；若反應(yīng)物為固體，且需加熱，應(yīng)選A裝置；若反應(yīng)物為固體和液體，而且反應(yīng)不需加熱，應(yīng)選裝置B。氣體的收集裝置是由氣體的密度及在水中的溶解性決定的；若氣體不易溶于水，可用排水法收集；若氣體的密度比空氣的大，且不與空氣的成分發(fā)生反應(yīng)，可用向上排空氣法收集；若氣體密度比空氣的小，且不與空氣的成分反應(yīng)，可用向下排空氣法收集。(3)若用圖中的H裝置代替B中的單孔塞，可通過控制滴加液體的量來控制反應(yīng)速率。(2)評價與改進：小聰認為上述實驗方案有缺陷，通過討論，增加了乙圖中的3個裝置(固定裝置未畫出)，對方案作了改進并進行實驗：將混合氣體先通過乙圖中連接的裝置后，再通入甲圖裝置。實驗中部分現(xiàn)象如下：A裝置質(zhì)量增加，B裝置中溶液不變渾濁，甲圖裝置中實驗現(xiàn)象與(1)相同。請你寫出改進方案的裝置連接順序(裝置不重復(fù)使用)：混合氣體_CAB_甲圖裝置(填裝置編號)。(3)交流與討論：通過對改進實驗的現(xiàn)象分析，同學們得出了正確的結(jié)論。對不同實驗方案的評價對不同實驗方案的評價4(2013河南)為了探究溶質(zhì)在水中溶解速率的影響因素，某學習小組設(shè)計了如下實驗：下列說法中正確的是 ( A )A對比實驗和，可探究水的溫度對溶質(zhì)在水中溶解速率的影響B(tài)對比實驗和，可探究水的溫度對溶質(zhì)在水中溶解速率的影響C對比實驗和，可探究固體溶質(zhì)的形態(tài)對溶質(zhì)在水中溶解速率的影響D對比實驗和，可探究固體溶質(zhì)的形態(tài)對溶質(zhì)在水中溶解速率的影響【解析】實驗和中都是將0.5 g塊狀的硫酸銅放入100 mL水中，變量是溫度，一個是冷水，一個是熱水，所以符合對照實驗，探究了水的溫度對溶質(zhì)在水中溶解速率的影響，故A正確；對比實驗和有兩個變量：實驗是塊狀硫酸銅，實驗是粉末狀硫酸銅；實驗是100 mL熱水，實驗是50 mL熱水，所以不符合對照實驗的設(shè)計方法，并且溫度都是相同的熱水，故B錯；由于實驗是塊狀硫酸銅，實驗是粉末狀硫酸銅；實驗是100 mL熱水，實驗是50 mL熱水，有兩個變量，所以不符合對照實驗的設(shè)計方法，無法探究固體溶質(zhì)的形態(tài)對溶質(zhì)在水中溶解速率的影響，故C錯；實驗和有三個變量：硫酸銅的形態(tài)不同、水的體積不同、水的溫度不同，所以不符合對照實驗的設(shè)計方法，無法探究固體溶質(zhì)的形態(tài)對溶質(zhì)在水中溶解速率的影響，故D錯。5(2013青島)某同學家中有一袋化肥，可能混入了其他化肥，且化肥包裝袋上字跡模糊。該同學進行了如下探究，請你參與探究并填空：【提出問題】該化肥中含有什么物質(zhì)？【收集信息】經(jīng)詢問得知，該化肥可能為銨態(tài)氮肥?！咎岢霾孪搿吭摶仕年庪x子可能是Cl 、CO32、SO42中的一種或幾種?！緦嶒灐⒂涗浥c分析】實驗操作步驟實驗現(xiàn)象實驗分析(1)取少量該化肥樣品和少量熟石灰放在研缽中混合研磨_有刺激性氣味_含有銨根離子(2)另取少量該化肥樣品于試管中，加入適量的水完全溶解，滴加足量的硝酸鋇溶液，再滴加少量稀硝酸，過濾。產(chǎn)生白色沉淀，沉淀不溶解沒有_CO32_存在(3)取(2)所得濾液少量于試管中，滴加_硝酸銀溶液_產(chǎn)生白色沉淀_有Cl【實驗結(jié)論】若該化肥中只含有一種陽離子，則其中一定含有的物質(zhì)是(寫化學式)：_(NH4)2SO4、NH4Cl_?！緦嶒灧此肌咳舨襟E(2)中用氯化鋇溶液代替硝酸鋇溶液_否_(填“是”或“否”)可行，請簡要說明原因：_因為若用氯化鋇溶液代替硝酸鋇溶液，會對判斷該化肥是否所含Cl造成干擾_?！窘馕觥俊緦嶒?、記錄與分析】(1)根據(jù)銨根離子能夠和熟石灰中的氫氧根離子反應(yīng)產(chǎn)生刺激性氣味的氨氣；(2)根據(jù)硫酸根離子的鑒別方法和碳酸根離子的特點分析：加硝酸鋇溶液，再滴加少量稀硝酸，沉淀不溶解；(3)根據(jù)氯離子的鑒別方法分析；【實驗結(jié)論】根據(jù)實驗得出的陽離子和陰離子的結(jié)論寫出反應(yīng)的方程式；【實驗反思】根據(jù)檢驗物質(zhì)時引入的離子不能對后面的離子檢驗產(chǎn)生干擾分析。3(2013衢州)實驗室有一瓶標簽殘缺的溶液，它可能是硫酸鈉、碳酸鈉和氯化鈉溶液中一種。龍龍、開開兩位同學分別設(shè)計了下表方案進行鑒別。實驗步驟實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論龍龍取少量待測溶液于試管中，向其中滴入幾滴_溶液向步驟的試管中滴入適量稀硝酸產(chǎn)生白色沉淀白色沉淀不消失待測溶液是硫酸鈉溶液開開取少量待測溶液于試管中，向其中加入適量稀硫酸向步驟的試管中滴入適量氯化鋇溶液無明顯現(xiàn)象產(chǎn)生白色沉淀待測溶液是硫酸鈉溶液根據(jù)上表回答問題：(1)龍龍同學滴加的試劑可能是_BaCl2或Ba(NO3)2或Ba(OH)2_溶液(寫出一種即可)。(2)龍龍同學認為開開同學方案存在缺陷，理由是_加入的稀硫酸中的硫酸根離子對實驗產(chǎn)生干擾_。4(2014紹興)實驗小組同學向盛有2 mL稀硫酸的試管中加入2 mL氫氧化鈉溶液，未觀察到明顯現(xiàn)象?！咎岢鰡栴}】兩者是否發(fā)生了化學反應(yīng)？【實驗探究】將盛有上述實驗混合液的試管標為，如圖甲。小華：測得實驗所用稀硫酸的pH7，試管中溶液pH7。于是得出結(jié)論：_兩者發(fā)生了反應(yīng)_。小敏：取兩支試管，編號為和，分別加入稀硫酸和試管中溶液各2 mL，逐滴滴加Na2CO3溶液至過量，實驗過程與現(xiàn)象如圖乙，由此他得出了與小華一樣的實驗結(jié)論?！痉此荚u價】小軍認為小敏在實驗設(shè)計中存在不夠嚴密的地方，請幫他指出：_應(yīng)取用試管中的全部溶液與2_mL稀硫酸做對比實驗_?！窘涣饔懻摗吭嚬苤械娜芤褐杏心男┤苜|(zhì)？同學們分析了兩位同學的實驗過程，一致認為沒有H2SO4，其理由是_試管溶液pH大于7(H2SO4已經(jīng)反應(yīng)完或試管中滴入Na2CO3無氣泡)_。在此基礎(chǔ)上，同學們提出了二種推理： 推理1：含有Na2SO4、Na2CO3和NaOH推理2：含有Na2SO4、Na2CO3正確的是推理_1_(填“1”或“2”)。1(2013麗水)為區(qū)別稀鹽酸和稀硫酸，小強同學設(shè)計如圖所示的實驗方案：在每組的兩支試管中分別盛放稀鹽酸和稀硫酸；向同組的兩支試管各滴加同種試劑。其中能達到實驗?zāi)康牡氖? D )2(2013杭州)為了探究硝酸鉀溶液能否導(dǎo)電，實驗步驟如下：(1)將硝酸鉀晶體溶解在盛有自來水的燒杯中；(2)連接如圖電路；(3)閉合開關(guān)，觀察小燈泡能否發(fā)光。針對該實驗?zāi)康模铝性u價或改進正確的是( C )A實驗步驟正確、完整B應(yīng)補做硝酸鉀晶體能否導(dǎo)電的實驗C應(yīng)將自來水改為蒸餾水D應(yīng)分別補做硝酸鉀晶體、蒸餾水能否導(dǎo)電的實驗3(2013紹興)用如圖所示裝置(圖中夾持儀器已略去)測定某牙膏樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)。實驗中，通過測定丙裝置質(zhì)量的改變值，就能達到目的(樣品中其他成分遇鹽酸不產(chǎn)生氣體)。下列措施能提高測定準確度的是( D )A省去裝置甲和丁B將丙中的NaOH溶液換成Ca(OH)2溶液C裝置乙不再產(chǎn)生氣泡時，立即停止抽氣D滴加稀鹽酸之前，先抽氣一段時間，除去裝置內(nèi)原有的CO25(2013嘉興)氫氣還原氧化銅生成紅色固體，這些紅色固體是什么物質(zhì)？某科學興趣小組查閱資料得知，反應(yīng)溫度不同，氫氣還原氧化銅的產(chǎn)物可能是Cu或Cu2O，Cu和Cu2O均為不溶于水的紅色固體；但氧化亞銅能與稀硫酸反應(yīng)，化學方程式為：Cu2OH2SO4=CuSO4CuH2O。為探究反應(yīng)后的紅色固體中含有什么物質(zhì)？他們提出了以下假設(shè)：假設(shè)一：紅色固體只有Cu假設(shè)二：紅色固體只有Cu2O假設(shè)三：紅色固體中有Cu和Cu2O請回答有關(guān)問題。(1)取少量紅色固體，加入足量的稀硫酸。若無明顯現(xiàn)象，則假設(shè)_一_成立；若看到溶液變成藍色，且仍有紅色固體，則能否支持假設(shè)三？_不能_(填“能”或“不能”)。(2)現(xiàn)將3 g紅色固體加入足量的稀硫酸中，反應(yīng)后的溶液過濾，稱得烘干后的濾渣質(zhì)量為1.4 g。則原紅色固體中含有什么物質(zhì)？_Cu和Cu2O_。6(2013紹興)某興趣小組用NaCl溶液、NaOH溶液和稀H2SO4三種試劑，將含有Cu2、Ba2、Ag和NO3的混合液中的三種陽離子逐一除去。步驟如下(所加試劑均過量)步驟一：混合物中加入試劑A，過濾得到沉淀1和濾液1；步驟二：濾液1中加入試劑B，過濾得到沉淀2和濾液2；步驟三：濾液2中加入試劑C，過濾得到沉淀3和濾液3。(1)同學們確認試劑A是NaCl溶液，寫出步驟一中反應(yīng)的化學方程式_NaClAgNO3=NaNO3AgCl_。(2)三種沉淀中，能溶于稀鹽酸的是_氫氧化銅或Cu(OH)2_(填物質(zhì)名稱或化學式)。(3)濾液3中，除NaNO3外還含有的鹽是_NaCl、Na2SO4_。7(2013杭州)碘是人體必需的微量元素，海帶因富含碘元素而成為補碘的常用食物之一。小李想設(shè)計實驗驗證海帶中含有碘元素。他查閱了資料，得到以下信息：碘化鈉(NaI)與氯化鈉性質(zhì)相似，兩者的溶液都是鹽溶液，碘化銀為黃色難溶于水的固體。工業(yè)上將適量氯氣通入無色碘化鈉溶液就能置換出單質(zhì)碘，溶液變?yōu)樽攸S色。少量碘(I2)溶于水的溶液，能使淀粉溶液變藍，碘的化合物不能使淀粉溶液變藍。灼燒海帶后殘留的灰燼中含有可溶性碘化鈉、氯化鈉等化合物。小李的實驗步驟如下：將海帶灰用蒸餾水充分浸泡后過濾，得濾液；然后用以下3種方法，去檢驗海帶灰中是否含有碘元素。方法一：取濾液，通入適量氯氣后與淀粉糊混合，觀察是否變藍。方法二：取濾液，通入適量的氯氣，觀察溶液有無顏色變化。方法三：取濾液，和淀粉糊混合，觀察是否變藍。請回答下列問題(1)氯氣和碘化鈉反應(yīng)的化學方程式：_Cl22NaI=2NaClI2_。(2)上述3種方法中，方法_三_是一定不可行的，說出不可行的理由：_只有單質(zhì)碘才能使淀粉變藍，濾液中并不存在單質(zhì)碘_。(3)取濾液，滴入硝酸銀溶液，若觀察到_產(chǎn)生黃色沉淀_，則證明濾液中含碘離子。8(2013揭陽)某興趣小組的同學在老師的指導(dǎo)下，對一瓶沒有塞橡皮塞的氫氧化鈣溶液進行探究，請你一起參與?！咎岢鰡栴}】該氫氧化鈣溶液是否全部變質(zhì)？【猜想與假設(shè)】猜想：氫氧化鈣溶液可能全部變質(zhì)，變成碳酸鈣。猜想：氫氧化鈣溶液可能部分變質(zhì)，其成分是_碳酸鈣和氫氧化鈣_。實驗步驟實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論(1)取樣于試管中，滴加稀鹽酸有_氣泡_生成原溶液里一定有碳酸鈣(2)另取樣于試管中，滴加酚酞試液溶液成紅色原溶液一定有_氫氧化鈣_【反思拓展】( 1 ) 氫 氧 化 鈣 露 置 于 空 氣 中 容 易 變 質(zhì) ， 原 因 是 _ _ C O2Ca(OH)2=CaCO3H2O_(用化學方程式表示)。(2)在分析化學反應(yīng)的物質(zhì)成分時，除了考慮生成物外，還需考慮的是_反應(yīng)物是否有剩余_。