1、专题七 实验方案的设计与评价一 实验方案的设计 实验方案设计题的难度较大、综合性较强 ,解答这类题时 ,一般需要学生很好地掌握实验操作的基本知识 ,掌握操作的原理和实验的一般步骤 ,具备较好的元素化合物知识 ,熟悉常见物质的一些性质及其制备原理、变化规律等 ,要全面了解实验方案设计考查的内容、基本要求和思路方法。2.实验方案设计的基本要求(1)科学性 :实验原理、实验方法和操作过程必须科学、严谨、合理。(2)可行性 :设计的实验方案要切实可行 ,所用药品、仪器、装置安全可靠。(3)安全性 :实验操作要尽量避免带有危险性的操作 ,尽量避免与有毒物质接触。若无法避免有毒物质 ,则应采取防范措施 ,
2、以防造成环境污染和人身伤害。(4)简约性 :实验方案设计要求操作简便、装置简单、实验现象明显。3.解题思路和方法(1)明确目的、原理 明确实验的目的、原理 ,弄清题给信息。(2)选择仪器、药品 选择合理的化学仪器和药品。(3)设计装置步骤 设计出合理的实验装置和实验操作步骤。(4)记录现象和数据 全面、及时而又准确地记录实验过程中的现象和数据。(5)分析得出结论 根据实验观察的现象和记录的数据 ,通过分析、计算、图表、推理等处理 ,得出正确的结论。二 实验方案的评价 实验方案的评价包括实验原理及方案的评价、实验装置的评价、实验操作的评价、实验现象的描述与结论分析的评价等。进行评价时一般从以下几
3、个方面入手 :(1)方案在理论上是否科学合理 ,是否具有严密性 ;(2)在满足安全性的前提下 ,操作是否简单易行 ;(3)从经济角度评价 ,是否节约试剂、降低成本和提高产品质量 ;(4)从环境角度考虑 ,是否会给环境造成污染。评价实验方案是一个复杂、深刻的思维活动 ,要通过分析、综合、比较和论证 ,才能评选出最佳方案。三 科学探究 1.解答科学探究题的基本方法(1)认真读题 ,审清题意 ,确立探究课题。(2)根据课题选择合适方法 ,提取相关化学知识 ,设计探究方案。(3)根据试题要求 ,将探究的问题与所学知识进行整合与提炼 ,迁移到要解决的问题中来。2.探究题的命题热点(1)针对给出的小课题
4、,自主设计探究方案。(2)针对题给场景或信息 ,自己提出一个有价值的问题或猜想 ,并设计方案对该问题或猜想进行探究。(3)对题给探究方案或猜想进行改进或评价。(4)通过对现象、资料、数据的分析与对比 ,总结出一般规律或结论。(5)从探究过程中得到有用的启示或将结论推广和应用。3.探究题题型分类要正确解答探究题 ,还要搞清楚探究方案设计的思路方法、过程类型及遵循的 “四性 ”原则 ,即科学性、安全性、可行性、简约性 (步骤少、时间短、效果好等 )。不同的探究题型应采用不同的解题方法。(1)提出问题 ,作出猜想与假设类根据题目要求 ,从不同的角度提出问题 ,并进行猜想和假设。可用八种方法提出问题和
5、进行猜想 : 从 “对立面 ”中发现问题和猜想; 从 “逆向思维 ”中发现问题和猜想 ; 从生活或实验中发现问题和猜想 ; 从探究因果中发现问题和猜想 ; 在异常中发现问题和猜想 ; 在类比中发现问题和猜想 ; 在归纳判断中发现问题和猜想 ; 在 “理所当然 ”中发现问题和猜想。然后结合猜想 ,依据已有的知识 (如 :物质的颜色、状态、气味等宏观性质和特征 )去解答问题。注意提出的假设要周密 ,必须有一定的合理性 ,要有科学依据。(2)设计实验及验证类此类题目根据提出的问题或猜想与假设的问题 ,进行实验设计 ,从而验证所提问题或猜想与假设是正确的。要准确解答此类题目 ,必须有一定的知识基础和分
6、析、解决问题的能力。所涉及的知识主要有三种气体 (即 H2、 O2、 CO2)的制法、性质、检验 ,酸、碱、盐的实验 ,铁、铜生锈 ,金属活动性顺序等化学知识 ,涉及面广 ,我们要掌握好双基和实验基本操作 ,针对题目 ,综合分析 ,设计出合理的实验方案并进行验证。此类题是中考出现的重点题型之一 ,所占分值较高。(3)收集证据 ,解释与结论类此类探究题是运用调查、查阅资料等方式收集解决问题的证据 ,并对所收集的证据和获得的信息进行简单的加工与整理 ,通过分析、比较、分类、归纳概括等方法 ,认识知识之间的联系 ,从而得出正确的结论并对结论作出正确的解释。收集证据时 ,要有较强的鉴别能力 ,会观察、
7、会分析记录 ,准确精练的表述 ,是解答此类题目的关键。(4)分析结果 ,反思与评价类此类探究题是对所获得的事实、证据进行总结、归纳 ,得出正确结论 ,对探究活动进行反思与评价。解答时可用比较、分类、概括、归纳等方法对证据和事实进行加工处理 ,利用逆向思维及缺点发现法 ,对探究结果进行评价。而实验评价题是由题目提供一套或多套方案 ,从某一角度或几个方面评价方案的优劣。一般从 理论正确 ; 操作可行 ; 经济合理 ; 推理严密 ; 环保等方面评价。(5)综合性探究类此类探究题是对科学探究的基本过程中的各要素进行全方位的考查 ,体现探究的全过程 ,解答时要注意结合实践经验和亲身体验 ,探究性地提出问
8、题 ,用观察到的现象和数据进行推理、判断 ,根据试题的目的和要求 ,结合题设中的材料 ,进行解答 ,思维要有开放性。类型一 类型二实验方案的设计某食品包装袋中有一个小纸袋 ,上面写着 “生石灰干燥剂 ,请勿食用 ”。该食品已放置两月有余。请你对下列问题进行探究。(1)小纸袋中的物质能否继续作干燥剂 ?(2)猜想 :小纸袋中的物质除含有 CaO外 ,还可能含有 Ca(OH)2和 。 (3)请设计实验证明 (2)中你所填的物质是否存在。 。 类型一 类型二解析 (1)若有生石灰 ,生石灰会与水发生反应 ,反应放热 ,若出现烧杯壁发热说明还可以继续作干燥剂。 (2)氧化钙变质能生成氢氧化钙和碳酸钙
9、,故还可能含有碳酸钙。 (3)检验是否含有碳酸钙 ,可以加入足量的稀盐酸 ,将产生的气体通入澄清石灰水中 ,若产生能使澄清石灰水变浑浊的气体 ,则含有 CaCO3,否则不含。答案 (1)烧杯壁发热 (2)CaCO3(3)将小纸袋中的固体加入到足量的稀盐酸中 ,将产生的气体通入澄清石灰水中 ,若产生能使澄清石灰水变浑浊的气体 ,证明含有CaCO3,否则不含类型一 类型二实验方案的评价下课后小科约老师继续探究铁粉和硫粉反应的实验 :他们各自取一定量的铁粉和硫粉均匀混合后堆放在石棉网上 ,在其中插入烧红的玻璃棒 ,反应立即发生。拿掉玻璃棒后 ,反应继续剧烈进行 ,反应过程中有少量刺激性气味的气体 X
10、产生。反应结束后 ,都得到了黑色固体。老师得到的黑色固体不会被磁铁吸引 ,而小科的却会被磁铁吸引。(1)铁和硫的反应是 (填 “放热 ”或 “吸热 ”)反应。 (2)气体 X的化学式为 。 (3)对比老师的实验结果 ,小科猜想自己得到的黑色固体可能是有剩余的铁或有生成的四氧化三铁。小科想验证是否有铁剩余。老师启发小科 :硫化亚铁能与稀硫酸反应 ,产生硫化氢气体 ,该气体能被氢氧化钠溶液吸收。于是 ,小科认为正确连接如图所示的三个装置并进行实验 ,如果 a处有水压出 ,就能验证有铁剩余。类型一 类型二 小科依次连接各装置的导管口 :e ba( 填 “cd”或 “dc”) 。 老师指出设计不够合理
11、 ,不能就此验证猜想。请你帮小科说出不够合理的原因 : 。 于是小科改进了实验设计 ,继续进行探究 类型一 类型二解析 (1)由于拿掉玻璃棒后 ,反应继续剧烈进行 ,说明铁和硫需要提供一个初始的反应温度 ,然后反应就能继续进行 ,因此 ,铁和硫的反应是放热反应。 (2)由于反应物中有硫 ,又是在空气中进行 ,因此 ,少量刺激性气味的气体是硫与氧气反应生成的 SO2。 (3) “长管进 ,短管出 ”才能使 H2S被氢氧化钠溶液充分吸收 ,所以各装置导管口的连接顺序是 ecdba 。 小科认为铁和稀硫酸反应生成的氢气 ,不能被氢氧化钠溶液吸收 ,就会从 b管进入集气瓶而把水压出来 ,但是他没有考虑
12、到反应前锥形瓶和盛氢氧化钠溶液的集气瓶内都有空气 ,空气中主要是氮气和氧气 ,都不会和氢氧化钠溶液反应 ,a处也会有水压出。故 a处有水压出 ,并不能验证有铁剩余。答案 (1)放热 (2)SO2(3) cd 反应前装置内有空气存在1.(2018安徽 )对比实验是实验探究的重要方法 ,下列对比实验设计能实现相应实验目的的是 ( )A解析 本题考查实验方案的设计与评价。 A实验中水的温度不同 ,其余操作均相同 ,故可探究温度对分子运动快慢的影响 ,A正确 ;B实验中 ,两支试管内的铁钉都不会生锈 ,无法探究水对铁钉锈蚀的影响 ,B错误 ;C中所用燃料分别为红磷和白磷 ,所处环境分别为无氧气和有氧气
13、 (空气 ),存在两个变量 ,不符合控制变量的要求 ,不能探究空气是燃烧的必要条件 ,C错误 ;CO2与水反应生成碳酸 ,无色酚酞在酸性溶液中也显无色 ,故无法用酚酞探究 CO2与水是否发生反应 ,D错误。2.(2018江苏徐州 )下列实验方案不能达到目的的是 ( )A.探究氢氧化钠溶液是否变质 :滴加酚酞溶液B.检验二氧化碳气体 :通入澄清石灰水C.鉴别氯化钠、硝酸铵、碳酸钙三种固体 :加水D.除去碳酸钠固体中的碳酸氢钠 :加热A3.(2018山东青岛 )某兴趣小组的同学进行 “粗盐中难溶性杂质的去除 ”实验。下图是实验过程中的部分操作 ,其中正确的是 ( )D解析 取固体或液体药品时瓶塞要
14、倒放 ;量筒不能用于溶解 ;过滤操作要用玻璃棒引流。4.(2018江苏南京 )兴趣小组的同学对铝的某些性质进行相关探究。【实验回顾】(1)铝与稀盐酸反应。 用图 1所示装置制取氢气。铝与稀盐酸反应的化学方程式为 。 用 B装置收集氢气的原因是 。 (2)在金属活动性顺序里 ,金属能否置换出盐酸和稀硫酸中的氢 ,判断的依据是 。 【提出问题】铝能否与水反应生成氢气 ?【查阅资料】【交流与讨论】(1)铝在空气中与氧气反应 ,其表面生成一层致密的氧化铝薄膜 ,起到保护膜的作用。如生活中可用铝壶烧水。铝与氧气反应的化学方程式为 。 (2)除去铝表面氧化铝薄膜的方法 (举一例 ) 。除上述方法外 ,还可
15、以将铝片浸入氯化汞 (HgCl2)溶液中 ,形成铝汞齐 (铝汞合金 )破坏铝表面致密的氧化膜且防止其重新生成。 【实验探究】(1)将铝片完全浸入氯化汞 (HgCl2)溶液中 1分钟左右 ,取出 ,立即用流水冲洗干净后加入到蒸馏水中 (如图 2),其表面生成大量气泡、周围出现白色沉淀。铝与氯化汞溶液发生置换反应的化学方程式 为。 (2)在导管口 a处涂肥皂水 ,发现导管口有气泡形成 ,当气泡离开导管后 ,气泡 (填 “下沉 ”或 “上升 ”),用燃着的木条点燃气泡 ,发出爆鸣声。 【实验结论】铝能与水反应生成氢气。写出铝与水反应生成氢氧化铝和氢气的化学方程式 : 。 【实验反思】(1)图 2装置
16、内 ,在铝与水反应的过程中 ,若关闭导管上的活塞 K,反应停止 ,其原理是 。当再次打开活塞 K,反应继续 ,产生气泡。铝未能生成氧化铝 ,其原因是 。(2)汞有毒 ,会污染环境 ,兴趣小组的同学用硫粉处理单质汞 ,用饱和硫化钠溶液处理使用过的氯化汞废液。答案 【实验回顾】 (1) 2Al+6HCl 2AlCl3+3H2 氢气难溶于水 ,不与水反应(2)答题要点 :金属是否位于氢前面【交流与讨论】 (1)4Al+3O2 2Al2O3(2)用砂纸打磨【实验探究】 (1)2Al+3HgCl2 2AlCl3+3Hg(2)上升【实验结论】 2Al+6H2O 2Al(OH)3+3H2【实验反思】 (1)
17、关闭活塞 K,容器内压强增大 ,把液体压回烧杯 ,固体与液体分离 ,反应停止 容器内充满氢气 ,铝无法与氧气接触5.(2018江苏南京 )我国古代将炉甘石、赤铜和木炭粉混合加强热 ,制得外观似金子的黄铜 (铜锌合金 ),现取一定量含少量木炭粉的黄铜粉末样品 ,测定其中铜、锌的质量比 ,设计如下实验流程和装置。(1)气体 X是 ,步骤 的目的是 : 。 (2)步骤 中 ,若通过测定铜的质量来确定黄铜中铜、锌的质量比 ,简述从黄铜中分离出铜的实验操作。 。 (3)步骤 中 ,若不测定铜的质量 ,某同学认为 ,结合上图提供的装置进行实验 ,即使装置气密性不良 ,也能达到实验目的 ,写出实验过程中需要
18、测量的数据。 。 答案 (1)二氧化碳 除去样品中的木炭粉(2)向黄铜粉末中加入足量稀硫酸 ,充分反应后 ,过滤、洗涤、干燥(3)黄铜质量 ;装入药品后 ,反应前和反应后装置的质量6.(2018安徽 )“蓝瓶子 ”实验是一个有趣的化学振荡实验 :盛有氢氧化钠、亚甲蓝 (C16H18N3SCl)、葡萄糖混合液的试管 ,经振荡、静置后溶液颜色会出现反复变化 (如图 1)。某兴趣小组开展如下探究 ,回答下列问题。(1)混合液中属于人类基本营养物质的有水和 。 (2)小明对振荡实验后溶液变蓝的原因进行如下猜想 : 溶液中溶入 CO2; 溶液中溶入 O2; 溶液中溶入 (填化学式 )。 (3)小红利用图 2装置 ,从 A端吹入呼出的气体 ,混合液由无色变为蓝色 ,由此 (填 “能 ”或 “不能 ”)得出猜想 正确 ,原因是 。(4)为探究猜想 ,利用图 2装置设计实验方案 : 。答案 (1)葡萄糖 (2)N2 (3)不能 人体呼出的气体中富含有氮气和氧气等(4)从 A端通入氧气 ,若溶液变蓝 ,则猜想 正确 ;若溶液不变蓝 ,则猜想 不正确
