1、高考化学全国卷人教一轮复习听课手册第10单元化学实验第35讲化学实验方案的设计与评价第35讲化学实验方案的设计与评价考纲要求 1.能根据试题要求设计、评价或改进实验方案。2了解控制实验条件的方法。3能分析或处理实验数据，得出合理结论。4能绘制和识别典型的实验仪器装置图。5实验知识和技能的综合应用。考点一化学实验方案的设计知识归纳1基本原则(1)科学性：实验的原理、操作顺序、操作方法等科学合理。(2)可行性：原理可行，选用的药品、仪器、设备及实验方法能够满足现行的条件的要求。(3)简约性：装置或方法简单，步骤少、节约药品，短时间能完成，符合绿色化学的要求。(4)安全性：避免使用有毒药品或危险性的
2、实验操作，有毒气体的尾气处理。2基本思路3实验设计的步骤(1)明确实验目的、实验原理；(2)选择药品和仪器；(3)设计装置步骤，实施实验操作；(4)记录实验现象、实验数据；(5)分析得出结论。4实验方案的设计(1)实验方案设计的流程设计实验方案实验，收集资料分析，得出结论【判断思考】 1试设计方案检验乙醇中少量水的存在。2试设计方案检验Fe3。典型例题1 2015全国卷 草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K15.4102，K25.4105。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O42H2O)无色，熔点为101 ，易溶于水，受热脱水、升华，170 以上分解。回答下列问
3、题：(1)甲组同学按照如图10351所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是_，由此可知草酸晶体分解的产物中有_。装置B的主要作用是_。图10351(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和如图10352所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。图10352乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、_。装置H反应管中盛有的物质是_。能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_。(3)设计实验证明：草酸的酸性比碳酸的强：_。草酸为二元酸：_。2 2015安徽卷 某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1 molL1的Ba(NO
4、3)2溶液中，得到了BaSO4沉淀。为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：假设一：溶液中的NO假设二：溶液中溶解的O2(1)验证假设一该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象。实验步骤实验现象结论实验1：在盛有不含O2的25 mL 0.1 molL1BaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体_假设一成立实验2：在盛有不含O2的25 mL 0.1 molL1Ba(NO3)2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体_(2)为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如图10353所示。图10353实验1中溶液pH变
5、小的原因是_；V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是(用离子方程式表示)_。(3) 验证假设二请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。(4)若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液(溶液体积变化忽略不计)，充分反应后两溶液的pH前者_(填“大于”或“小于”)后者，理由是_。 变式训练某小组以醋酸为例探究弱酸的性质。(1)实验一：探究酸的强弱对酸与镁条反应速率的影响。设计实验方案如下表，表中c_molL1。编号酸的种类酸的浓度/(molL1)酸的体积/mL镁条质量/g1醋酸1.0102.02盐酸c102.0实验步骤：a)检查装置(图1
6、0356甲)的气密性后，添加药品；b)反应开始后，_；c)将所记录的数据转化为曲线图(图乙)。甲乙图10356写出05 min醋酸、盐酸与镁条反应的反应速率变化规律：_。(2)实验二：现有一瓶醋酸溶液，常温下测定其中醋酸的电离程度(已电离的电解质分子数占原来总分子数的百分比)。设计实验方案，将待测物理量和对应的测定方法填写在下表中。待测物理量测定方法_量取25.00 mL醋酸溶液于锥形瓶中，滴加指示剂，将0.100 0 molL1NaOH标准溶液装入_，滴定至终点，记录数据，重复滴定2次_考点二化学实验方案的评价知识归纳对几个实验方案进行评价，主要是看是否正确、严密、准确、可行。另外有无干扰、
7、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的。1可行性方面(1)分析实验方案是否科学可行；(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。2绿色化学方面(1)实验过程中是否造成环境污染；(2)原料是否无毒、安全、易得；(3)原料利用率及反应速率是否较高。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，当熄灭酒精灯及左边有挥发性液体加热，气压不恒定时(如乙酸乙酯的制备)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，气体点燃前先验纯等)；(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”
8、，白磷切割宜在水中进行等)；(4)污染性的气体要进行尾气处理；有粉末状物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞；(5)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)。4从规范性方面(1)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)；(2)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；(3)仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序；(4)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。5最佳方案的选择几个实验方案都能达到目的，选出一个最佳方案。所谓最佳
9、，就是装置最简单，药品容易取得、价格低廉，现象明显，干扰小，无污染。6从评价的主要针对点来看，实验综合题可分为装置评价型和原理评价型两类。(1)实验装置的评价对比各方案装置，从装置的合理性、操作的简便可行等方面进行全面分析，优选最佳装置。(2)实验原理的评价紧扣实验目的，对各方案的原理综合考虑，从原理是否科学正确、是否节省原料、涉及的操作是否简便易行、是否误差较小等方面进行全面分析，设计或优选出最佳方案。 判断思考1制取CuSO4有以下两个方案，试评价哪个为最佳方案？CuCuSO4CuCuOCuSO42下列从原料及有关试剂分别制取相应的最终产物的设计中，理论上正确、操作上可行、经济上合理的方案
10、是哪个？方案1CCOCO2Na2CO3方案2CuCu(NO3)2溶液Cu(OH)2方案3CaOCa(OH)2溶液NaOH溶液方案4FeFe2O3Fe2(SO4)3溶液典型例题3 2014年冬天某校化学课外学习小组在实验探究中发现将镁粉投入到盛氯化铵溶液的试管中，两者立即发生反应，产生了大量的气泡，经检验其中含有两种气体，一种气体有刺激性气味，请你根据所学的知识分析生成的气体可能为_和_(填化学式)。(1)请你设计简单的实验方法检验上述实验中有刺激性气味的气体：_。实验开始时用校准过后的pH传感器测定纯水的pH，发现纯水的pH总是约在7.30左右，请分析其原因可能是_。探究实验中0.2 molL
11、1的氯化铵溶液pH为5.90，请用离子方程式表明该数据的原因_。(2)活动小组的同学对实验能产生这两种气体的原因进行了假设，请你完成下面的假设。假设一：_；假设二：是氯化铵溶液中的铵根离子造成的。实验探究选用了三种溶液：氯化铵溶液、盐酸溶液、醋酸铵溶液，分别和镁粉进行反应，实验过程、现象和实验图像记录在下面的表格中。实验过程现象实验图像实验一：镁与0.2 molL1氯化铵溶液的反应反应明显，有气泡产生实验二：镁与一定浓度的盐酸反应反应不明显，几乎没有气泡产生实验三：镁与0.2 molL1醋酸铵溶液的反应反应明显，有气泡产生实验结果的分析：上述探究实验二选用的盐酸为_。a1 molL1 bpH1
12、.0c0.2 molL1 dpH5.90通过上述探究实验对比，你能从中得出什么合理性的结论？_。4 某研究小组同学为探究Fe3能否氧化SO2，设计了如下的实验装置(假设实验中所用装置的气密性良好)。图10357(1)甲同学利用实线框内的装置制取SO2，并进行探究实验。装置B的作用是_。反应一段时间后，甲同学取出装置C中的少量溶液，向其中加入盐酸酸化的BaCl2溶液，观察到有白色沉淀生成。由此得出结论：Fe3可以氧化SO2。(2)乙同学认为甲同学的实验不严谨，用虚线框内的装置代替装置A，先让装置E内的试剂反应一段时间后，关闭活塞1，打开活塞2，又反应片刻后，取装置C中的少量溶液，向其中加入酸性K
13、MnO4溶液，观察到KMnO4溶液紫红色褪去。由此得出结论：Fe3可氧化SO2，且可被SO2还原成Fe2。该实验制取H2时需用浓硫酸配制450 mL 3 molL1的稀硫酸，所需的玻璃仪器除烧杯、量筒、玻璃棒、胶头滴管外，还需用到_。配制过程中若其他操作无误，但没有洗涤烧杯与玻璃棒，则所配制溶液的浓度会_(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。在该实验过程中，H2所起的作用是_。(3)丙同学认为甲、乙两位同学的实验均不严谨，为此利用乙同学的实验装置及操作重新进行实验。待装置F内的试剂反应一段时间后，取装置C中的少量溶液，向其中加入盐酸酸化的BaCl2溶液，得出与甲同学相同的结论。甲同学实验不严谨的
14、原因是_(填序号)。ASO2的溶解度太小BSO2与Fe3不发生反应CH2SO3与BaCl2溶液不反应D装置中的空气与SO2进入水中可生成H2SO4乙同学的实验结论不严谨的原因是_。 变式训练12014四川卷 下列实验方案中，不能达到实验目的的是()选项实验目的实验方案A检验CH3CH2Br在NaOH溶液中是否发生水解将CH3CH2Br与NaOH溶液共热。冷却后，取出上层水溶液，用稀HNO3酸化，加入AgNO3溶液，观察是否产生淡黄色沉淀(续表)选项实验目的实验方案B检验Fe(NO3)2晶体是否已氧化变质将Fe(NO3)2样品溶于稀H2SO4后，滴加KSCN溶液，观察溶液是否变红C验证Br2的氧
15、化性强于I2将少量溴水加入KI溶液中，再加入CCl4，振荡，静置，可观察到下层液体呈紫色D验证Fe(OH)3的溶解度小于Mg(OH)2将FeCl3溶液加入Mg(OH)2悬浊液中，振荡，可观察到沉淀由白色变为红褐色2.碱式碳酸钴Cox(OH)y(CO3)z常用作电子材料、磁性材料的添加剂，受热时可分解生成三种氧化物。为了确定其组成，某化学兴趣小组同学设计了如图10358所示的装置进行实验。图10358(1)请完成下列实验步骤：称取3.65 g样品置于硬质玻璃管内，称量乙、丙装置的质量；按如图所示装置组装好仪器，并_；加热甲中玻璃管，当乙装置中_(填实验现象)，停止加热；打开活塞a，缓缓通入空气数
16、分钟后，称量乙、丙装置的质量；计算。(2)某同学认为上述实验装置中存在一个明显缺陷，为解决这一问题，可选用下列装置中的_(填字母)连接在_(填装置连接位置)。图10359(3)若按正确装置进行实验，测得如下数据。乙装置的质量/g丙装置的质量/g加热前80.0062.00加热后80.3662.88则该碱式碳酸钴的化学式为_。(4)含有Co(AlO2)2的玻璃常用作实验室观察钾元素的焰色反应，该玻璃的颜色为_。1下列对应的试剂(或条件)不能完成实验目的的是() 图103510实验目的试剂(或条件)A温度对Na2S2O3与H2SO4反应速率的影响热水浴冷水浴B用Na块检验乙醇分子存在不同于烃分子里的
17、氢原子乙醇煤油C用酸化的AgNO3溶液检验自来水中的Cl能否蒸馏除去自来水蒸馏水D用新制氢氧化铜悬浊液在加热条件下反应，判断蔗糖水解是否产生了葡萄糖蔗糖溶液蔗糖水解液2.下列根据实验操作和现象所得出的结论正确的是()选项实验操作实验现象结论A向某溶液中先滴加氯水，再滴加少量KSCN溶液溶液变成血红色溶液中含有Fe2B向10 mL 0.2 mol/L NaOH溶液中滴入2滴0.1 mol/L MgCl2溶液，产生白色沉淀后，再滴加2滴0.1 mol/L FeCl3溶液白色沉淀转化为红褐色沉淀证明在相同温度下的Ksp：Mg(OH)2Fe(OH)3C常温下，向浓硫酸中投入铁片铁片不溶解常温下，铁不与
18、浓硫酸反应D向盛有碘水的试管中加入CCl4后充分振荡、静置液体分层，上层基本无色，下层紫红色碘在CCl4中的溶解度较大3. 下列实验设计能够成功的是()实验目的实验步骤及现象A检验亚硫酸钠试样是否变质试样白色沉淀沉淀不溶B检验某盐是否为铵盐试样是否产生使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体C证明酸性条件H2O2氧化性比I2强NaI溶液溶液变蓝色D除去氯化钠晶体中少量硝酸钾试样再重结晶4.已知：乙二酸(HOOCCOOH，可简写为H2C2O4)，俗称草酸，157 时开始分解。(1)探究草酸的酸性25 ：H2C2O4K15.4102，K25.4105；H2CO3K14.5107，K24.71011。下列化学方
19、程式可能正确的是_。AH2C2O4CO=HCOHC2OBHC2OCO=HCOC2OC2C2OCO2H2O=2HC2OCODH2C2O4CO=C2OH2OCO2(2)探究草酸分解产物图103511实验中观察到B中CuSO4粉末变蓝，C中澄清石灰水变浑浊，D的作用是_，证明有CO气体生成的现象是_。(3)探究催化剂对化学反应速率的影响在甲、乙两支试管中各加入4 mL 0.01 mol/L酸性KMnO4溶液和2 mL 0.1 mol/L H2C2O4溶液，再向乙试管中加入一粒黄豆大的MnSO4固体，摇匀。填写下表：反应现象实验结论试管中发生反应的离子方程式(4)用酸性KMnO4溶液滴定Na2C2O4，求算Na2C2O4的纯度实验步骤：准确称取2.0 g Na2C2O4固体，配成100 mL溶液；取出20.00 mL于锥形瓶中，再向瓶中加入足量稀H2SO4；用0.016 0 mol/L酸性高锰酸钾溶液滴定，滴定至终点时消耗高锰酸钾溶液25.00 mL。高锰酸钾溶液应装在_滴定管中(填“酸式”或“碱式”)。Na2C2O4的纯度是_。
