121根據(jù)實驗試題要求，運用化學知識設(shè)計一些基本實驗。2能繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖。3化學實驗的各部分知識與技能的綜合應(yīng)用。3一、實驗設(shè)計的基本要求1科學性，所謂科學性是指實驗原理，實驗操作程序和方法必須正確。例如，鑒別Na2SO3和NaI，在試劑的選擇上就不宜選用HNO3等具有氧化性的酸，在操作程序的設(shè)計上，應(yīng)取少量固體先溶解，然后再取少量配成的溶液并再加入試劑，而不能將樣品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入試劑。2安全性：實驗設(shè)計時應(yīng)盡量避免使用有毒藥品和進行具有一定危險性的實驗操作。43可行性：實驗設(shè)計應(yīng)切實可行，所選用的化學藥品、儀器、設(shè)備和方法等在中學現(xiàn)有的實驗條件下能夠得到滿足。4簡約性：實驗設(shè)計應(yīng)盡可能簡單易行，應(yīng)采用簡單的實驗裝置，用較少的實驗步驟和實驗藥品，并能在較短的時間內(nèi)完成實驗。5二、化學實驗方案設(shè)計的基本思路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)、能否腐蝕儀器和橡皮、反應(yīng)是否加熱及溫度是否控制在一定范圍等，從而選擇合理的化學儀器和藥品。 63設(shè)計裝置步驟：根據(jù)上述實驗?zāi)康暮驮?，以及所選用的實驗儀器和藥品，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，得出正確的結(jié)論。7三、化學探究性實驗方案的設(shè)計其基本模式為：實驗課題實驗假設(shè)實驗方案實驗結(jié)論 探究 在設(shè)計時，首先要對題目中給出的信息進行處理，弄清是對實驗的哪一方面進行探究，然后深入分析實驗，依據(jù)題目中提出的實驗假設(shè)或自行提出的實驗假設(shè)，合理運用化學知識，巧妙設(shè)計實驗方案，通過實驗現(xiàn)象的客觀事實對實驗進行探究性驗證。81化學實驗設(shè)計的要求(1)原理正確；(2)方法簡單；(3)操作方便；(4)現(xiàn)象明顯；(5)產(chǎn)率高；(6)誤差??；(7)安全防污。2化學實驗設(shè)計程序(1) 根據(jù)實驗的目的，闡明實驗原理，選擇合適的儀器和藥品；(2) 根據(jù)實驗的特點，設(shè)計實驗裝置，畫出實驗裝置圖；(3) 根據(jù)實驗的要求，設(shè)計可行的操作步驟和觀察重點，分析實驗中應(yīng)注意的事項；(4) 實驗結(jié)束后應(yīng)寫出完整的實驗報告。91完成性質(zhì)實驗方案設(shè)計的基礎(chǔ)：四、物質(zhì)性質(zhì)實驗方案的設(shè)計(1)無機物質(zhì)的性質(zhì)：與原子結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的分類有關(guān)(2)有機物質(zhì)的性質(zhì)：與官能團的種類和基團之間的相互影響有關(guān)10分析結(jié)構(gòu)對比回顧相關(guān)知識預測性質(zhì)擬訂方案分子結(jié)構(gòu) 同系物 穩(wěn)定性原子結(jié)構(gòu) 元素周期表 酸、堿性 氧化性、還原性 官能團反應(yīng)2性質(zhì)實驗方案設(shè)計的一般思路：11五、實驗方案的評價 對給出的實驗方案作出選擇、評價或找出最佳方案，包含的知識點很多，能考查學生的分析問題和解決問題的能力。(1)選擇：包括儀器的選擇、藥品的選擇、連接方式的選擇等。儀器的選擇包括發(fā)生裝置(幾種基本類型)、凈化裝置(除雜質(zhì)的試劑和順序)、反應(yīng)裝置、收集裝置、尾氣處理裝置等；藥品的選擇，包括種類、濃度、物質(zhì)聚集狀態(tài)等；連接方式的選擇，包括儀器的先后順序、導管接口的連接等。12(2)評價：對幾個實驗方案的正確與錯誤、嚴密與不嚴密、準確與不準確作出判斷。要考慮是否合理、有無干擾現(xiàn)象、經(jīng)濟上是否合算和對環(huán)境有無污染等。(3)最佳方案的選擇：所謂最佳，無非是裝置最簡單、藥品容易取得并價格低廉、現(xiàn)象明顯、無干擾物質(zhì)以及無污染等。 13注意：注意： 實驗評價問題是高考題經(jīng)?？疾榈囊活惥C合性實驗試題，可以很好的考查學生分析問題和解決問題的能力。 在比較幾個實驗方案及選擇合理裝置時，首先要明確實驗原理和實驗?zāi)康模w會各方案設(shè)計是否合理，確定不合理方案的原因。認真對比各方案、各裝置的異同，重點分析其中的不同之處，體會在不同之處哪個方案、裝置更合理有效。經(jīng)過對不同之處逐一分析，選擇各方案中的優(yōu)點，重新組合可以得到最佳方案。14【例1】含有酚酞的氫氧化鈉的溶液中，滴加新制氯水，邊滴邊振蕩，直到紅色褪去。對于紅色消失的原因，甲同學認為是氯氣與水反應(yīng)生成的HCl和HClO中和了NaOH所致；乙同學認為是氯氣與水反應(yīng)生成的HClO具有強氧化性使紅色酚酞變成了無色的物質(zhì)。設(shè)計實驗證明甲或乙的正確性。 一、無機性質(zhì)實驗的設(shè)計與評價15【解析】如果紅色消失的原因是因為酸堿中和，如果紅色消失的原因是因為酸堿中和，則紅色可能重現(xiàn)，如果紅色消失的原因是因為被則紅色可能重現(xiàn)，如果紅色消失的原因是因為被氧化，則紅色不可能重現(xiàn)。氧化，則紅色不可能重現(xiàn)。答案答案：向上述剛好褪色的溶液中再滴入一些NaOH溶液，若紅色重現(xiàn)，則是因為HCl和HClO的酸性所致；若紅色不再重現(xiàn)，則是因為HClO的強氧化性所致。16【例2】某同學做同周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律實驗時，自己設(shè)計了一套實驗方案，并記錄了有關(guān)實驗現(xiàn)象如下表。二、實驗報告的書寫及元素性質(zhì)遞變規(guī)律實驗方案的設(shè)計實驗方案實驗現(xiàn)象用砂紙擦后的鎂帶與沸水反應(yīng)，再向反應(yīng)液中滴加酚酞A.浮于水面，熔成小球，在水面上無定向移動，隨之消失，溶液變成紅色向新制的H2S飽和溶液中滴加新制的氯水B.產(chǎn)生大量氣體，可在空氣中燃燒，溶液變成淺紅色17實驗方案實驗現(xiàn)象鈉與滴有酚酞試液的冷水反應(yīng)C.反應(yīng)不十分強烈，產(chǎn)生的氣體可以在空氣中燃燒鎂帶與2 molL-1的鹽酸反應(yīng)D.劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體可以在空氣中燃燒鋁條與2 molL-1的鹽酸反應(yīng)E.生成白色膠狀沉淀，繼而沉淀消失向氯化鋁溶液中滴加氫氧化鈉溶液F.生成淡黃色沉淀18請你幫助該同學整理并完成實驗報告。(1)實驗?zāi)康模篲。(2)實驗用品：儀器_；藥品_。19(3)實驗內(nèi)容：(*填寫題給信息表中的序號)實驗方案*實驗現(xiàn)象*有關(guān)化學方程式(4)實驗結(jié)論：_。(5)請從結(jié)構(gòu)理論上簡單說明具有上述結(jié)論的原因。(6)請你補充一組實驗方案(簡單易行)，證明此周期中另外兩種元素的性質(zhì)遞變規(guī)律。20【解析】(1)先分析每個實驗可得出的結(jié)論：通過實驗可得出鎂跟水反應(yīng)的難易、氫氧化鎂的堿性強弱；通過實驗可得出Cl2能從H2S中置換出S；實驗鈉跟水反應(yīng)的難易、氫氧化鈉的堿性強弱；實驗、分別可得出鎂、鋁跟鹽酸置換反應(yīng)的難易；實驗可得出氫氧化鋁是一種兩性氫氧化物。把上述分析結(jié)果連成一個整體來看，可發(fā)現(xiàn)這6個實驗都是研究第三周期元素的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，從中可定性地比較出鈉、鎂、鋁三種元素的金屬性強弱，氯、硫兩種元素的非金屬性強弱。所以，這一套實驗的目的是“驗證第三周期元素從左至右金屬性遞減、非金屬性遞增的規(guī)律?！?1(2) 聯(lián)想每個實驗的過程可知，這些實驗中要用的儀器有：試管，酒精燈，砂紙，鑷子，小刀，膠頭滴管等。要用到的藥品有：鎂條，鈉，鋁條，新制氯水，新制飽和硫化氫溶液，2 molL-1的鹽酸，2 molL-1的NaOH溶液，蒸餾水，酚酞，2 molL-1的AlCl3溶液。22(3) 根據(jù)元素周期表第三周期元素的排列順序，作了有序地研究，可確定實驗操作順序和相關(guān)的實驗現(xiàn)象等(如下表)。實驗方案實驗現(xiàn)象有關(guān)化學方程式A2Na+2H2O 2NaOH+H2BMg+2H2O Mg(OH)2+H2DMg+2HCl MgCl2+H2C2Al+6HCl 2AlCl3+3H2EAlCl3+3NaOH Al(OH)3+3NaClAl(OH)3+NaOH NaAlO2+2H2OFNa2S+Cl2 2NaCl+S23(4) 金屬性：NaMgAl；非金屬性：SCl。(5) Na、Mg、Al、S、Cl，原子核外都有三個電子層，但最外層電子數(shù)依次為1、2、3、6、7，原子半徑隨電子數(shù)增多而減小，所以核對最外層電子的吸引力依次增強，原子失電子能力減弱，得電子能力增強。24(6) 第三周期還有磷、硅兩種元素，要完整的比較出這些元素的金屬性和非金屬性，必須要補充實驗。聯(lián)系到元素最高價含氧酸的酸性與元素非金屬性的關(guān)系，可以比較硅酸、磷酸、硫酸的酸性強弱來比較Si、P、S元素的非金屬性強弱。在中學化學知識范圍內(nèi)可設(shè)計出下列三種方案：25方案一：方案一：測定0.1 molL-1的Na2SiO3、Na3PO4、Na2SO4的pH，由此判斷三種鹽溶液的水解能力，得出硅酸、磷酸、硫酸三種最高價含氧酸的酸性強弱順序，進而得出硅、磷、硫三元素非金屬強弱順序。方案二：方案二：測定相同濃度的硅酸、硫酸、磷酸溶液的pH。方案三：方案三：在硅酸鈉溶液中滴加磷酸溶液，可發(fā)生反應(yīng)：SiO32-+H3PO4 H2SiO3+HPO42-。在磷酸鎂沉淀中滴加稀硫酸溶液，沉淀可溶解：Mg3(PO4)2+4H+ 3Mg2+2H2PO4-。答案：答案：見解析見解析26【例3】 (2011福建)化學興趣小組對某品牌牙膏中摩擦劑成分及其含量進行以下探究：查得資料：該牙膏摩擦劑由碳酸鈣、氫氧化鋁組成；牙膏中其他成分遇到鹽酸時無氣體產(chǎn)生。.摩擦劑中氫氧化鋁的定性檢驗取適量牙膏樣品，加水充分攪拌、過濾。(1) 往濾渣中加入過量NaOH溶液，過濾。氫氧化鋁與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式是_。(2) 往(1)所得濾液中先通入過量二氧化碳，再加入過量稀鹽酸。觀察到的現(xiàn)象是_。三、定量實驗方案的分析與評價27【解析解析】.(1)Al(OH)3為兩性氫氧化物，能溶于強堿NaOH溶液：Al(OH)3OHAlO22H2O。(2) 通入過量CO2時發(fā)生反應(yīng)：AlO2CO22H2OAl(OH)3HCO3，產(chǎn)生白色沉淀，再加過量鹽酸時發(fā)生反應(yīng)：Al(OH)33HAl33H2O，HCO3HH2OCO2，白色沉淀溶解，同時產(chǎn)生氣體。答案：答案：.(1)Al(OH)3OHAl(OH)4或Al(OH)3OHAlO22H2O(2)通入CO2氣體有白色沉淀生成；加入鹽酸有氣體產(chǎn)生、沉淀溶解28.牙膏樣品中碳酸鈣的定量測定利用下圖所示裝置(圖中夾持儀器略去)進行實驗，充分反應(yīng)后，測定C中生成的BaCO3沉淀質(zhì)量，以確定碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)。29依據(jù)實驗過程回答下列問題：(3) 實驗過程中需持續(xù)緩緩通入空氣。其作用除了可攪拌B、C中的反應(yīng)物外，還有：_。(4) C中反應(yīng)生成BaCO3的化學方程式是_。(5)下列各項措施中，不能提高測定準確度的是_(填標號)。a在加入鹽酸之前，應(yīng)排凈裝置內(nèi)的CO2氣體b滴加鹽酸不宜過快c在AB之間增添盛有濃硫酸的洗氣裝置d在BC之間增添盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置30(6) 實驗中準確稱取8.00 g樣品三份，進行三次測定，測得BaCO3平均質(zhì)量為3.94 g。則樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)為_。(7) 有人認為不必測定C中生成的BaCO3質(zhì)量，只要測定裝置C在吸收CO2前后的質(zhì)量差，一樣可以確定碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)。實驗證明按此方法測定的結(jié)果明顯偏高，原因是_。31【解析解析】.(3)從裝置圖分析可知為保證實驗的準確性，應(yīng)將裝置內(nèi)的空氣排盡，防止空氣中CO2的干擾；同時要將反應(yīng)產(chǎn)生的CO2盡可能的全部被Ba(OH)2溶液吸收，因此需要持續(xù)通空氣。(4) Ba(OH)2溶液過量，因此反應(yīng)方程式為CO2Ba(OH)2BaCO3H2O。(5) 由前面分析知a可提高測定準確度；B裝置中有酸堿指示劑，說明反應(yīng)中鹽酸的加入量是有限制的，為保證準確，滴加過程要慢，b不選；B中裝有溶液，因此氣體通入前沒必要干燥，c選；在BC間連接盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶會造成Ba(OH)2溶液還可能吸收由揮發(fā)出的氯化氫與NaHCO3反應(yīng)生成的CO2氣體，干擾實驗，d選。32【解析解析】(6)根據(jù)碳元素守恒得BaCO3CO2CaCO3，m(CaCO3)（3.94 g100）1972.00 g，CaCO3的質(zhì)量分數(shù)（2.00 g8.00 g）100%25%。(7)B中的水蒸氣、氯化氫等氣體進入裝置C中，質(zhì)量差要大于實際產(chǎn)生CO2氣體的質(zhì)量。答案：答案：.(3)把生成的CO2全部排入C中，使之完全被Ba(OH)2溶液吸收(4)Ba(OH)2CO2BaCO3H2O(5)cd(6)25%(7)B中的水蒸氣、氯化氫氣體等進入裝置C中(或其他合理答案)