1、专题三 实验方案的设计和评价,知识网络,考点扫描,知识网络,考点扫描,考点1 科学探究安徽省中考化学试题中有关实验方案的设计和评价主要以科学探究题的形式出现,试题往往以化学实验为基础,联系生产、生活等领域,引导学生利用所学知识去发现问题和解决问题。 科学探究的一般步骤: ( 1 )发现问题( 2 )提出猜想( 假设 )( 3 )制订计划( 4 )进行实验( 5 )搜集证据( 6 )解释与结论( 7 )反思与评价( 8 )表达与交流( 迁移与知识的拓展 )。作为探究题,一般并不需要完全具备以上八个步骤,常因题目的需要而选择其中重要的步骤呈现。,知识网络,考点扫描,解答科学探究题的注意事项 ( 1
2、 )不要答非所问:一般而言,最终的结论与开始的猜想与假设有一致性,至少也应有一 定的关系。( 2 )注意猜想或假设的合理性:虽然猜想和假设有很多可能,但是所给的猜想与假设不能脱离题目给出的条件,否则就是无源之水。( 3 )正确选择实验用品:首先弄清实验原理;设计实验方案需紧扣假设,正确选择仪器和药品。( 4 )答题的发散性:探究性试题往往在假设的提出、方案的设计等方面的答案并非唯一,所以,学生可从最熟悉、最符合题意的答案入手,从而有效防止错误的发生。,知识网络,考点扫描,典例1 ( 2017安徽 )某兴趣小组用图1装置进行实验时发现:烧杯中饱和石灰水先变浑浊,后逐渐澄清。( 1 )写出甲装置中
3、发生反应的化学方程式: ;石灰水“变浑浊”是因为生成了 ( 填化学式 )。 ( 2 )为探究“饱和石灰水浑浊后变澄清的原因”,该小组同学开展了如下活动:,知识网络,考点扫描,【查阅文献】碳酸钙( 碳酸钠等 )与二氧化碳、水反应生成可溶于水的碳酸氢钙( 碳酸氢钠等 )。 【提出假设】假设1:挥发出的HCl使浑浊变澄清; 假设2: 。 【设计实验】为除去CO2中的HCl,小华在图1中甲、乙装置之间增加图2装置,装置的连接顺序是甲 乙( 填字母序号 );其中盛放的试剂合理的是 ( 填选项序号 )。 A.浓硫酸 B.NaOH溶液 C.饱和Na2CO3溶液 D.饱和NaHCO3溶液,知识网络,考点扫描,
4、【实验现象】饱和石灰水浑浊后,继续通入足量CO2,沉淀部分溶解但最终并未完全澄清。 【得出结论】由以上探究可得出的结论是 。 注意:若答对第( 3 )小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。 ( 3 )该兴趣小组在老师指导下,用pH传感器测得图1烧杯中溶液的pH随通入气体时间的变化曲线如图3。AB段pH几乎不变的原因可能是 ; D点所得澄清溶液的成分除H2O外还有 。 BC段发生反应的化学方程式主要有 。,知识网络,考点扫描,【解析】( 1 )甲装置中石灰石的主要成分碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳,反应的化学方程式为CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2。二氧化碳能与石灰水
5、中的氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水,故石灰水“变浑浊”是因为生成了碳酸钙( CaCO3 )。( 2 )【提出假设】由题给信息可知,饱和石灰水浑浊后变澄清的原因也可能是产生的CO2使浑浊变澄清。【设计实验】题图2装置用于洗气时,应“长进短出”,故装置的连接顺序是甲ba乙;浓硫酸与HCl不反应;NaOH和Na2CO3不仅与HCl反应,还会与CO2反应;饱和NaHCO3溶液与CO2不反应,与HCl反应生成NaCl、H2O和CO2。故盛放的试剂合理的是饱和NaHCO3溶液。【得出结论】由于饱和石灰水浑浊后,继续通入足量CO2,沉淀部分溶解但最终并未完全澄清,故CO2只能使饱和石灰水生成的沉淀部分溶解,
6、不能最终使其变澄清,由此可知,挥发出的HCl能使饱和石灰水产生的浑浊最终变澄清。,知识网络,考点扫描,( 3 )刚开始排出的气体是空气,对饱和石灰水的pH无影响,故AB段pH几乎不变。D点溶液显酸性,所得澄清溶液的成分除H2O外,还有氯化氢气体溶于水生成的盐酸以及盐酸与Ca( OH )2、CaCO3反应生成的CaCl2。BC段发生化学反应使溶液接近中性,反应的化学方程式主要有CO2+Ca( OH )2 CaCO3+H2O、Ca( OH )2+2HCl CaCl2+2H2O。,【答案】 ( 1 )CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2 CaCO3 ( 2 )【提出假设】产生的CO2使浑
7、浊变澄清( 或HCl和CO2共同作用使浑浊变澄清 ) 【设计实验】b a D 【得出结论】挥发出的HCl使饱和石灰水产生的浑浊最终变澄清;CO2只能使饱和石灰水生成的沉淀部分溶解,不能最终使其变澄清( 合理即可 ) ( 3 )先排出的是装置内的空气,不会使溶液的pH明显变化( 合理即可 ) CaCl2和HCl( 或Ca2+、H+和Cl- ) CO2+Ca( OH )2 CaCO3+H2O、Ca( OH )2+2HCl CaCl2+2H2O,知识网络,考点扫描,针对训练 1.( 2017合肥庐阳区二模 )镁与NH4Cl溶液反应时不仅生成一种盐,还有气泡产生。为确定气体的成分,某化学兴趣小组的同学
8、进行下列实验探究。 【提出问题】镁能与NH4Cl溶液反应生成何种气体? 【猜想与假设】小华说:生成的气体可能是HCl、NH3、H2中的一种或几种。 ( 1 )小华提出上述猜想的理论依据是 化学反应前后元素的种类不变( 或质量守恒定律 ) 。 【进行实验】修正后该小组同学认为该气体中可能含有NH3和H2或NH3,他们设计如下装置进行实验:,知识网络,考点扫描,【现象与结论】( 2 )A中观察到 酚酞的水溶液变红 ,证明生成的气体中含有NH3。B装置中浓硫酸的作用:干燥气体; 吸收NH3 。C中有肥皂泡飘到空中,用燃着的木条靠近肥皂泡,有爆鸣声,说明生成的气体中还含有 氢气 。 【实验反思】( 3
9、 )写出Mg与NH4Cl溶液反应的化学方程式: Mg+2NH4Cl MgCl2+2NH3+ H2 。 ( 4 )氨气极易溶于水,上述实验中有氨气逸出的原因可能是 反应放热,温度升高,使氨气在水中的溶解度减小( 或反应生成气体的速率太快,无法完全溶解,合理即可 ) 。,知识网络,考点扫描,考点2 实验方案的设计该考点是安徽省中考的高频考点,也是中考的难点,主要考查实验方案设计的内容、原则和思路。 1.实验方案的设计原则 ( 1 )科学性:实验原理、实验操作程序和方法正确。 ( 2 )可行性:切实可行,所选用的药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。 ( 3 )安全性:设计实验
10、时,应尽量避免使用有毒的药品和进行有一定危险性的实验操作。 ( 4 )简约性:要尽可能简单易行,应选用简单的实验装置、用较少的实验步骤和实验用品,在短时间内完成实验。 ( 5 )创造性:有创新意识。,知识网络,考点扫描,2.实验方案的内容 ( 1 )一个比较完整的化学实验方案,一般包括以下几个内容:实验目的;实验原理;实验用品( 包括仪器和药品等 )及规格;实验装置、实验步骤、操作方法及注意事项;实验现象及结论;反思与交流。 ( 2 )对于给出实验目的,要求设计实验方案的试题一般可以按以下思维程序进行:根据实验目的,确定实验原理( 或假设 );根据实验原理( 或假设 ),选择需要的仪器和药品(
11、 或实验装置图 );写出实验操作步骤及注意事项;记录实验现象,分析实验结果,得出正确结论。 ( 3 )实验设计要科学合理、安全可靠、操作简便、现象明显、结论可信、绿色环保。,知识网络,考点扫描,3.实验方案的设计思路( 1 )设计实验方案时要有完整的步骤和清晰的思路。( 2 )设计实验时要考虑对照性原则和控制变量原则。,知识网络,考点扫描,典例2 ( 2017内蒙古赤峰 )下列探究实验不能达到目的的是 ( ),知识网络,考点扫描,【解析】A项,铁丝表面附着一层红色固体,说明铁比铜活泼,银丝表面无明显现象,说明铜比银活泼,由此可知金属活动性顺序:FeCuAg,正确;B项,该实验中有两个变量:水的
12、温度和硝酸钾的状态,故无法探究影响物质溶解速率的因素,错误;C项,铜片上的白磷燃烧,水中的白磷不燃烧,说明燃烧需要氧气参加,铜片上的白磷燃烧,红磷不燃烧,说明燃烧需要温度达到可燃物的着火点,正确;D项,将3个试管依次编号为,对比可得出铁生锈需要与氧气接触,对比可得出铁生锈需要与水接触,正确。 【答案】 B,知识网络,考点扫描,针对训练 2.如图所示的实验设计能实现其对应实验目的的是 ( B ),知识网络,考点扫描,【解析】A项,应运用控制变量法设计对比实验,即H2O2溶液的浓度和体积应保持相同,CuSO4、FeCl2的量也应保持相同,根据题图无法得出CuSO4、FeCl2的量是否相同,错误;C
13、项,反应有气体生成,且该反应在敞口容器中进行,故生成的气体会逸出,反应后烧杯内物质的总质量会减少,故无法验证质量守恒定律,错误;D项,塑料瓶变瘪也可能是二氧化碳溶于水导致的,错误。,知识网络,考点扫描,考点3 实验方案的评价该考点是安徽省中考的重点,通常结合实验方案及实验现象和结论,要求考生从实验的合理性、可行性和安全性等角度评价实验方案并改进实验方案。 1.实验方案的评价原则 ( 1 )可行性:原理是否正确、可行;操作是否安全、合理;步骤是否简单、方便;现象是否明显等。 ( 2 )绿色化:原料是否易得、安全、无毒;反应速率是否较快;原料利用率、产物产率是否较高;反应过程中是否有环境污染物产生
14、。 ( 3 )安全性:防倒吸;防爆炸;防氧化;防吸水;防挥发等。,知识网络,考点扫描,2.实验方案的设计和评价思路 ( 1 )根据实验目的,阐明实验原理,选择合适的仪器和药品。 ( 2 )根据实验特点,设计实验装置。 ( 3 )根据实验要求,设计可行的操作步骤,分析实验中的注意事项。 ( 4 )通过对比和归纳,选出最佳方案。 ( 5 )实验结束后写出完整的实验报告。 3.复习时可依据以下思路,在理解的前提下加以掌握,知识网络,考点扫描,( 1 )实验方案的评价不是简单的“对、错”,而是分析实验方案是否合理、是否符合化学原理等。( 2 )绿色化学是化学学科发展的目标之一,一些实验的可行性不是只要
15、能够出现实验现象即可,还要注意环保方面的问题。,知识网络,考点扫描,典例3 ( 2016安徽 )氨水和盐酸是常见的化学试剂,可将氨气( NH3 )、氯化氢气体分别溶于水制得。 ( 1 )工业上利用氮气和氢气反应制氨气,反应的化学方程式为 ( 不要求注明条件 )。 ( 2 )小华为探究氨气溶于水是否发生化学反应,设计并完成如下实验( 填写表中空白 ):,知识网络,考点扫描,( 3 )小明将滴有酚酞的稀氨水加热,观察到溶液红色变浅,原因可能是 。 ( 4 )小芳将滴有石蕊的稀盐酸加热,溶液颜色无明显变化。为进一步研究,取稀盐酸分成2份:未经加热;加热煮沸一段时间后冷却,分别中和等量的氢氧化钠,消耗
16、二者的质量:,则稀盐酸经加热煮沸后浓度 ( 填“增大”“减小”或“不变” )。 注意:若答对第( 5 )小题奖励4分,化学试卷总分不超过60分。 ( 5 )为除去氯化钠溶液中的碳酸钠,小林设计了如下方案:你认为上述方案 ( 填“合理”或“不合理” ),请分析: ( 若合理,说明原因;若不合理,说明原因并设计改进方案 )。,知识网络,考点扫描,【解析】( 1 )氢气和氮气在一定条件下反应生成氨气,反应的化学方程式为N2+3H2 2NH3。( 2 )氨水呈碱性,能使酚酞溶液变红,而氨水由氨气溶于水制得,由此可说明氨气溶于水发生了化学反应。( 3 )溶液红色变浅的原因可能是氨水不稳定,受热易分解,随
17、温度升高,氨气溶解度减小,部分氨气逸出,导致氨水浓度降低。( 4 )根据题意“中和等量的氢氧化钠,消耗盐酸的质量:”可知,的盐酸浓度小于,由此可知稀盐酸经加热煮沸后浓度增大。 【答案】( 1 )N2 +3H2 2NH3 ( 2 )向上述集气瓶中滤纸上滴入少量水 滤纸变红,说明二者发生了反应 ( 3 )氨水受热分解,随温度升高,氨气溶解度减小,导致氨水浓度降低( 合理即可 ) ( 4 )增大 ( 5 )不合理 根据上述实验,加热煮沸无法除去溶液A中混有的过量HCl。改进方案:向含碳酸钠的氯化钠溶液中边逐滴加盐酸,边测定溶液的pH,至溶液呈中性即可( 合理即可 ),知识网络,考点扫描,针对训练 3
18、.( 2017黑龙江龙东地区 )小维与家人聚餐时,对火锅燃料“固体酒精”产生了好奇,于是他与同学对其成分进行如下探究。【查阅资料】( 1 )该固体酒精是用酒精、氯化钙和氢氧化钠按一定的质量比混合制成的。 ( 2 )氯化钙、氯化钡溶液均呈中性。,知识网络,考点扫描,【提出问题】( 1 )酒精中是否含有碳元素? ( 2 )固体酒精中氢氧化钠是否变质? 【作出猜想】猜想一:酒精中含有碳元素; 猜想二:固体酒精中氢氧化钠已变质。 【实验探究】( 1 )按如图1所示装置进行实验,发现澄清石灰水 变浑浊 ,据此可得出酒精中含有碳元素的结论。 ( 2 )取少量固体酒精于烧杯中,加足量的水充分溶解后静置,发现
19、杯底出现白色沉淀,取沉淀于试管中,加入稀盐酸,固体溶解并有气泡产生,生成气体的化学方程式为 CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2 。 【实验结论】( 1 )酒精中含有碳元素。 ( 2 )固体酒精中氢氧化钠已经变质。,知识网络,考点扫描,【拓展延伸】为进一步确定固体酒精中是否还含有氢氧化钠,小维与同学继续探究。 ( 1 )他另取少量固体酒精,加水溶解后,取上层清液,滴加酚酞溶液,酚酞溶液 变红 ,于是得出固体酒精中还含有氢氧化钠。 ( 2 )小维的同学认为他的实验不能证明固体酒精中一定有氢氧化钠剩余,理由是 碳酸钠溶液呈碱性,也能使无色酚酞溶液变红 。 ( 3 )他们另取上层清液,加入足量的氯化钡溶液,充分反应后滴加氯化铁溶液,生成红褐色沉淀,于是他们一致认为固体酒精中氢氧化钠有剩余。 【反思交流】( 1 )实验中,加入足量氯化钡溶液的目的是 除去碳酸钠 。 ( 2 )实验室中氢氧化钠应 密封 保存。,
