1、- 1 -课时 4 化学实验方案的设计与评价题型诠释近年的新课标高考中常考的有两类实验：一是探究类实验，主要探究物质分解的产物和物质的性质；设计并完成实验报告，包括补充实验步骤或实验步骤的排序、选择试剂和现象的描述等。二是评价类实验，根据题目提供的实验方案，评价是否合理，并要求设计合理的方案。(1)综合实验方案设计的一般思路：了解实验目的明确实验原理掌握实验条件选择仪器药品设计装置步骤记录现象数据分析得出结论。(2)综合实验评价要求考生根据题目的要求和实验目的，从化学原理，元素及其化合物的性质、化学实验的基本操作技能等方面，对实验方案进行科学分析、评价优劣。附：考纲要求1.设计、评价或改进实验
2、方案。2.掌握控制实验条件的方法。3.分析或处理实验数据，得出合理的结论。4.以上各部分知识与技能的综合应用。微点聚焦一 “假设判断”型实验方案设计典题示例【示例 1】 漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在 CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。(1)提出合理假设。假设 1：该漂白粉未变质，只含有_；假设 2：该漂白粉全部变质，只含有_；假设 3：该漂白粉部分变质，既含有 Ca(ClO)2，又含有 CaCO3。(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水
3、、自来水、1 molL-1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验 Ca2 和 Cl-)实验步骤 预期现象和结论 取少量上述漂白粉于试管中，_ _ _ _【思维提示】第一步 明确目的原理设计实验探究漂白粉变质后物质的成分，涉及反应：2Ca(OH) 22Cl 2=CaCl2Ca(ClO) 22H 2O。Ca(ClO) 2H 2OCO 2=CaCO32HClO。第二步 提出合理假设- 2 -根据假设 3 提供的物质及反应原理判断样品中可能含有 Ca(ClO)2或 CaCO3或二者的混合物。第三步 寻求验证方法用 CaCO3与盐酸反应产生澄清石灰水变浑浊的 CO2来验证 CaCO3的存在。用
4、 Ca(ClO)2与盐酸反应生成能使品红溶液褪色的 HClO 来验证 Ca(ClO)2的存在。第四步 设计操作步骤固体样品中加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中(用于检验 CO2)。向步骤反应后的溶液中滴入 12 滴品红溶液，振荡(用于检验 HClO)。第五步 分析得出结论若步骤中石灰水未变浑浊，则说明样品中无 CaCO3，即假设 1 成立。若步骤中石灰水变浑浊，且步骤中品红溶液不褪色，说明 CaCO3存在，不存在Ca(ClO)2，即假设 2 成立。若步骤中石灰水变浑浊，且步骤中品红溶液褪色，说明有 CaCO3和 Ca(ClO)2存在，即假设 3 成立。答案 (1)假设 1：只含有 Ca(
5、ClO)2；假设 2：只含有 CaCO3(2)实验步骤 预期现象和结论加入适量 1 molL-1盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中若澄清石灰水未见浑浊，则假设 1 成立；若澄清石灰水变浑浊，则假设 2 或假设 3 成立向步骤反应后的试管中滴入 12 滴品红溶液，振荡(或另外取样操作)若品红溶液褪色，则假设 3 成立；若品红溶液不褪色，则假设 2 成立【实验设计方法指导】1基本原则2基本内容- 3 -体验感悟将含有水蒸气的氯气通入到干燥疏松的碳酸钠中可以得到一种固体物质 X，利用下图实验装置可以探究固体物质 X 的成分。(1)试剂甲的名称为_，试剂乙的名称为_。(2)经测定可知固体 X
6、中至少含有 NaHCO3和一种含氯的盐类物质，装置 D 中的物质为含氯氧化物。下面对固体 X 的成分进行猜想和探究。提出合理猜想。猜想 1 固体 X 含有两种成分：NaHCO 3和_；猜想 2 固体 X 含有三种成分：NaHCO 3和_。下面是针对固体 X 中的成分猜想进行的实验探究。请填写下表中的空格(可不填满)。实验步骤 预期现象和结论步骤 1：取少量固体 X 样品，加入适量蒸馏水，使固体完全溶解，将溶液分装到两支试管中步骤 2：_ _- 4 -步骤 3：_ _限选试剂：酸性 KMnO4溶液、BaCl 2溶液、稀 HNO3、蒸馏水、AgNO 3溶液、澄清石灰水(3)上述装置 C 中，如果标
7、准状况下的氯气 2.24 L 与 0.1 mol 碳酸钠正好完全反应，则湿润的氯气与碳酸钠反应的化学方程式为_。解析 (1)实验室制备氯气一般用浓盐酸与 MnO2反应，制得的氯气中含有 HCl 杂质，一般用饱和食盐水除去。(2)反应物为 Cl2、H 2O、Na 2CO3，而 D 中物质为含氯氧化物，其中 Cl元素显正价，则 C 中含氯的盐中 Cl 元素必显负价，该盐为 NaCl。固体 X 的成分可能为NaHCO3、NaCl 或 NaHCO3、NaCl、Na 2CO3。(2)由于可以确定固体 X 中含有 NaHCO3，因此对固体X 的成分的探究，实质是检验 NaCl、Na 2CO3的存在，即可以
8、通过检验 Cl-、CO 来探究固体23X 的组成，检验 CO 选择 BaCl2溶液，需要注意的是不能选择澄清石灰水，否则 NaHCO3会23有干扰，检验 Cl-选择稀 HNO3和 AgNO3溶液。(3)设含氯氧化物的化学式为 Cl2Ox，则该反应可表示为 Cl2Na 2CO3 H2O=NaHCO3NaCl Cl2Ox，根据氧元素守恒，得 x1，故该反应12 12的化学方程式为 2Cl22Na 2CO3H 2O=2NaHCO32NaClCl 2O。答案 (1)浓盐酸 饱和食盐水(2)NaCl NaCl、Na 2CO3实验步骤 预期现象和结论步骤 2：向一支试管中滴加足量 BaCl2溶液若无明显现
9、象，则固体 X 中不含 Na2CO3；若溶液变浑浊，则固体 X 中含 Na2CO3步骤 3：向另一支试管中滴加足量稀硝酸，再加适量 AgNO3溶液若溶液未变浑浊，则固体 X 中不含 NaCl；若溶液变浑浊，则固体 X 中含 NaCl(3)2Cl22Na 2CO3H 2O=2NaHCO32NaClCl 2O假设判断型方案设计解题模板- 5 -微点聚焦二 “定量分析”型方案设计 (对应学生用书 P251)典题示例【示例 2】 某学习小组按如下实验流程探究海带中碘含量的测定和碘的制取。实验(一) 碘含量的测定取 0.010 0 molL-1的 AgNO3标准溶液装入滴定管，取 100.00 mL 海
10、带浸取原液至滴定池，用电势滴定法测定碘含量。测得的电动势( E)反映溶液中 c(I-)的变化，部分数据如下表：V(AgNO3)/mL 15.00 19.00 19.80 19.98E/mV -225 -200 -150 -100V(AgNO3)/mL 20.00 20.02 21.00 23.00 25.00E/mV 50.0 175 275 300 325实验(二) 碘的制取另制海带浸取原液，甲、乙两种实验方案如下：- 6 -已知：3I 26NaOH= =5NaINaIO 33H 2O。请回答：(1)实验(一)中的仪器名称：仪器 A_，仪器 B_。(2)根据表中数据绘制滴定曲线：该次测定终点
11、时用去 AgNO3溶液的体积为_mL，计算得海带中碘的百分含量为_%。(3)分液漏斗使用前须检漏，检漏方法为_。步骤 X 中，萃取后分液漏斗内观察到的现象是_。下列有关步骤 Y 的说法，正确的是_。A应控制 NaOH 溶液的浓度和体积B将碘转化成离子进入水层C主要是除去海带浸取原液中的有机杂质DNaOH 溶液可以由乙醇代替实验(二)中操作 Z 的名称是_。(4)方案甲中采用蒸馏不合理，理由是_。【思维提示】实验数据统计与整理的一般方法- 7 -(1)数据的表格化项目实验编号 项目 1 项目 2 项目 3 项目 4 123根据实验原理确定应记录的项目：所测的物理量。注意数据的有效数字及单位和必要
12、的注解。设计好的表格要便于数据的查找、比较，便于数据的计算和进一步处理，便于反映数据间的关系。(2)数据的图像化图像化是用直线图或曲线图对化学实验结果进行处理的一种简明化形式，适用于一个量的变化引起另一个量的变化的情况。图像化的最大特点是直观、明了。本题表格及图像应用：根据表格中的数据，先找出对应的点，然后连接成平滑的曲线即可(见答案)；根据表中数据，滴定终点时用去 AgNO3溶液的体积约为 20.00 mL；由关系式：Ag I -得， n(I-) n(Ag )0.02 L0.010 0 molL -1 110 -3 mol，故 m(I-)500 mL100.00 mL110 -3 mol12
13、7 g mol-10.127 g，海带中碘的百分含量为 0.127 g/20.00 g0.635%。答案 (1)坩埚 500 mL 容量瓶(2)20.00 0.635(3)检查漏斗颈旋塞处是否漏水时，先关闭分液漏斗的旋塞，加入适量的水，看是否漏水，若不漏，再将活塞旋转 180 度后观察是否漏水；检查漏斗口玻璃塞处是否漏水时，先关闭分液漏斗的旋塞，加入适量的水，把漏斗倒过来观察是否漏水，若不漏，将玻璃塞旋转- 8 -180 度后再倒置观察，若还是不漏水，则玻璃塞处不漏水液体分上下两层，下层呈紫红色AB 过滤(4)主要由于碘易升华，会导致碘的损失【方法指导】固体物质组成的定量测定数据测定的常用方法
14、1沉淀法先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。 2测气体体积法对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。量气装置的设计：下列装置中，A 是常规的量气装置，B、C、D 是改进后的量气装置。3测气体质量法将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。4滴定法即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。5热重法只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们
15、可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。体验感悟碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。(1)采用装置 A，在高温下将 x 克钢样中碳、硫转化为 CO2、SO 2。- 9 -气体 a 的成分是_。若钢样中硫以 FeS 的形式存在，A 中反应：3FeS5O 2 1_3_。= = = = =高 温 (2)将气体 a 通入测硫装置中(如下图)，采用滴定法测定硫的含量。H 2O2氧化 SO2的化学方程式：_。用 NaOH 溶液滴定生成的 H2SO4，消耗 z mL NaOH 溶液，若
16、消耗 1 mL NaOH 溶液相当于硫的质量为 y 克，则该钢样中硫的质量分数：_。(3)将气体 a 通入测碳装置中(如下图)，采用重量法测定碳的含量。气体 a 通过 B 和 C 的目的是_。计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是_。解析 (1)钢样中的碳、硫在装置 A 中高温加热条件下生成 CO2和 SO2，还有未反应的O2，故气体 a 的成分为 O2、SO 2、CO 2。根据得失电子守恒和质量守恒定律配平化学方程式：3FeS5O 2 Fe3O43SO 2。(2)H 2O2和 SO2发生氧化还原反应：= = = = =高 温 H2O2SO 2=H2SO4。根据题意，消耗 1 mL NaOH
17、溶液相当于硫的质量为 y 克，则消耗 z mL NaOH 溶液，相当于硫的质量为 yz g，所以钢样中硫的质量分数为 或 100%。(3)气体yzx yzxa 中含有 O2、SO 2和 CO2，在吸收 CO2测定碳的含量时，也可能吸收 SO2，故气体 a 通过装置 B和 C 的目的排除 SO2对 CO2测定的干扰。计算钢样中碳的质量分数，应测量吸收 CO2前、后- 10 -吸收瓶的质量，其质量差为 CO2的质量。答案 (1)O 2、SO 2、CO 2 Fe 3O4 SO 2(2)H 2O2SO 2=H2SO4 yzx(3)排除 SO2对 CO2测定的干扰吸收 CO2前、后吸收瓶的质量【解题建模
18、】定量型实验题的解题模板一、巧审题，明确实验目的、原理实验原理可从题给的化学情境(或题目所给的实验目的)并结合元素化合物的有关知识获取。在此基础上，依据可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的实验方案二、想过程，理清操作先后顺序根据由实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方法和步骤，把握各实验步骤的要点，理清实验操作的先后顺序三、看准图，分析装置或流程作用若题目中给出装置图，在分析解答过程中，要认真细致地分析图中的各部分装置，并结合实验目的和原理，确定它们在实验中的作用四、细分析，得出正确的实验结论在定性实验的基础上研究量的关系，根据实验现象和记录的数据，对实验数据
19、进行筛选，通过分析、计算、推理等确定有关样品含量及化学式微点聚焦三 实验方案的评价 (对应学生用书 P253)典题示例【示例 3】 铝镁合金是飞机制造、化工生产等行业的重要材料。研究性学习小组的同学，为测定某含镁 3%5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数，设计了下列两种不同实验方案进行探究。填写下列空白：方案一实验方案 将铝镁合金与足量 NaOH 溶液反应，测定剩余固体质量。实验中发生反应的化学方程式是_。实验步骤(1)称取 10.8 g 铝镁合金粉末样品，溶于体积为 V、物质的量浓度为 4.0 molL-1的NaOH 溶液中，充分反应。则 NaOH 溶液的体积 V_mL。(2)过滤、洗涤、干燥、称量固体。该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将_(填“偏高” 、 “偏低”或“无影响”)。方案二实验方案 将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应，测定生成气体的体积。
