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1、 專題六　實驗方案設(shè)計與評價 一、實驗設(shè)計 1．設(shè)計要求 實驗設(shè)計要科學(xué)，安全可靠，操作簡便，藥品經(jīng)濟，現(xiàn)象明顯。 2．一般流程 (1)根據(jù)某一主題，“發(fā)現(xiàn)問題”“提出猜想”“確定假設(shè)”； (2)根據(jù)假設(shè)設(shè)計實驗方案； (3)通過實驗收集證據(jù)或?qū)嶒灛F(xiàn)象； (4)作出假設(shè)是否成立的結(jié)論； (5)對結(jié)論進行反思與評價。 3．解題方法 (1)分析題給條件，明確實驗?zāi)康模? (2)根據(jù)反應(yīng)原理，選擇恰當?shù)膬x器和藥品； (3)對儀器裝置進行科學(xué)的連接； (4)制定操作步驟； (5)結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)，根據(jù)實驗現(xiàn)象，得出正確的結(jié)論。 注意：在進行實驗方案設(shè)計時要特別注意水的處

2、理。 (1)水作為雜質(zhì)要除去：要先除去其他雜質(zhì)，后干燥。 (2)水作為產(chǎn)物的檢驗：先檢驗水，再檢驗其他產(chǎn)物。 (3)水的定量測量：前后都要排除外來水的干擾。 二、實驗評價 1．評價內(nèi)容 實驗方案的評價包括實驗原理的評價、方案的評價、實驗裝置的評價、實驗操作的評價、實驗現(xiàn)象的描述與結(jié)論分析的評價等。 2．評價方法 (1)化學(xué)反應(yīng)原理是否正確，是否與實驗?zāi)康南喾? (2)實驗裝置是否科學(xué)、優(yōu)化、安全； (3)操作方法是否可行，簡捷； (4)綠色化學(xué)的理念是否符合，對環(huán)境是否會造成污染； (5)推理過程是否嚴密。 考向一　探究物質(zhì)成分的實驗設(shè)計 【例1】已知碳酸易分解

3、，草酸與碳酸有相似的化學(xué)性質(zhì)，在受熱的條件下草酸也會分解，僅生成三種氧化物。我校研究性學(xué)習(xí)小組對此展開探究： [提出問題]生成的三種氧化物是什么？ [查閱資料]無水硫酸銅是一種白色粉末，遇水變成藍色硫酸銅晶體?；瘜W(xué)方程式為：CuSO4(白色粉末)＋5H2O===CuSO4·5H2O(藍色晶體) [提出猜想]生成的氧化物中有H2O、CO2和CO。 [實驗探究]張亮將生成的氣體，依次通過如圖所示裝置，驗證猜想。 (1)觀察到A中__________，證明生成物中有水。 (2)B中澄清石灰水變渾濁，證明______________。 (3)D中紅色粉末是__________(填化學(xué)

4、式)，實驗現(xiàn)象______________。 [交流討論] 陳軍認為：張亮不需要E裝置也能夠推斷出生成物中有一氧化碳。你是否支持陳軍的觀點：________(填“支持”或“不支持”)，請說出你的理由：______________________。 陳軍還認為：從環(huán)保的角度來看，此裝置有一個缺陷，請你指出該缺陷：________________，處理的方法是____________________。 解析：因水與白色CuSO4粉末會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成藍色晶體，若看到A中白色粉末變藍色，則證明產(chǎn)物中有水生成；可利用CO的還原性來確定CO的存在，這樣D中的紅色粉末為Fe2O3，與CO反應(yīng)后變黑

5、色且E中澄清石灰水變渾濁；因為這三種氣體中只有CO能將紅色的氧化鐵變黑色，故陳軍的觀點也是正確的，但此裝置中未反應(yīng)的CO隨尾氣排入了大氣造成污染，可將尾氣回收利用。 答案：(1)白色粉末變?yōu)樗{色 (2)生成了二氧化碳 (3)Fe2O3　紅色粉末變?yōu)楹谏?，E中澄清石灰水變渾濁 [交流討論]支持　因為在這三種氣體中，只有一氧化碳有還原性，能將氧化鐵還原為鐵　沒有進行尾氣處理　點燃尾氣或收集尾氣或尾氣再利用 根據(jù)使用的實驗裝置和涉及的反應(yīng)原理，對實驗現(xiàn)象進行合理的預(yù)測，關(guān)鍵是要理解裝置中物質(zhì)在反應(yīng)時可能產(chǎn)生的現(xiàn)象。在描述實驗現(xiàn)象時，要注意語言的準確和簡潔。 考向二　儀器組合裝置的實驗

6、設(shè)計 【例2】化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)所取得的豐碩成果，與實驗的重要作用是分不開的。結(jié)合如下圖所示的實驗裝置回答問題： (1)寫出圖中帶標號儀器的名稱：①________，②________。 (2)若實驗室對你開放，請從上圖中選擇合適的裝置，制取一種你熟悉的氣體。你想制取的氣體是________，選擇的發(fā)生裝置是__________(填序號，下同)，選擇的收集裝置是________，選擇此收集裝置的理由是________________________________________________。 (3)裝置B雖然操作簡便，但無法控制反應(yīng)速率。請從上圖中選取____

7、____(填序號)取代B中的單孔塞，以達到控制反應(yīng)速率的目的。 解析：(2)氣體的發(fā)生裝置是由反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件決定的；若反應(yīng)物為固體，且需加熱，應(yīng)選A裝置；若反應(yīng)物為固體和液體，而且反應(yīng)不需加熱，應(yīng)選裝置B。氣體的收集裝置是由氣體的密度及在水中的溶解性決定的；若氣體不易溶于水，可用排水法收集；若氣體的密度比空氣的大，且不與空氣的成分發(fā)生反應(yīng)，可用向上排空氣法收集；若氣體密度比空氣的小，且不與空氣的成分反應(yīng)，可用向下排空氣法收集。 (3)若用圖中的H裝置代替B中的單孔塞，可通過控制滴加液體的量來控制反應(yīng)速率。 答案：(1)酒精燈　長頸漏斗 (2)O2　B　C(或D)　氧氣的密度比空

8、氣的大(或氧氣不易溶于水)(其他合理答案均可) (3)H 考向三　對不同實驗方案的評價 【例3】(2011·四川樂山中考)下列每組對比實驗不能達到實驗?zāi)康牡氖?　　)。 選項 實驗設(shè)計 實驗?zāi)康? 實驗一 實驗二 A 將帶火星的木條伸入裝有5 mL 5%的過氧化氫溶液的試管中 將帶火星的木條伸入裝有少量MnO2和 5 mL 5%的過氧化氫溶液的試管中 探究催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 B 將鐵絲放入2 mL 10%的硫酸銅溶液中 將銀絲放入2 mL 10%的硫酸銅溶液中 探究鐵、銅、銀三種金屬的活動性順序 C 將5 g氯化鈉加入20 mL 20 ℃的水中 將

9、5 g硝酸鉀加入20 mL 10 ℃的水中 比較兩種物質(zhì)溶解度大小 D 將植物嫩葉浸泡在10 mL蒸餾水中 取10 mL蒸餾水，通入過量二氧化硫氣體，再將植物嫩葉浸泡其中 模擬酸雨的危害 解析：A中過氧化氫溶液的體積和濃度相同，實驗一中沒有催化劑，實驗二用了催化劑，可以比較催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，故A正確；B中實驗一將鐵絲放入2 mL 10%的硫酸銅溶液中能比較出鐵、銅的金屬活動性順序，實驗二將銀絲放入2 mL 10%的硫酸銅溶液中能比較出銀、銅的金屬活動性順序，通過這兩個實驗可比較出鐵、銅、銀三種金屬的活動性順序；C中實驗一和實驗二的溫度不同，無法比較兩種物質(zhì)溶解度大??；將植

10、物嫩葉放在等體積的水中和通入二氧化硫氣體的水中可以比較酸雨的危害，故D正確。 答案：C 1．文文的家庭化學(xué)實驗室有如下物品：①試管　②燒杯 ③煤氣和煤氣爐?、芡斜P天平　⑤筷子?、掼F釘?、呤雏}?、嗍炒住、岢吻迨宜、鉅颗；ㄖ?水　?飲料吸管　?膠頭滴管　?小勺。只利用這些物品不能完成的實驗是(　　)。 A．探究人體吸入的空氣和呼出的氣體中CO2含量的不同 B．探究牽?；ㄖ欠窨勺髦甘緞? C．探究加速食鹽溶于水的有效方法 D．探究鐵釘銹蝕的條件 2．某氣體可能含有水蒸氣、CO、H2中的一種或幾種。為了確定其成分，最佳的方案是將氣體依次通過裝置(　　)。 A．甲、乙、丙

11、 B．丙、乙、甲 C．丙、甲、乙、丙 D．丙、甲、丙、乙 3．(2011·河南中考)下列實驗不能達到實驗?zāi)康牡氖?　　)。 4．認真對實驗現(xiàn)象進行觀察和分析，有助于獲得化學(xué)知識并學(xué)會簡單的科學(xué)探究方法。下列結(jié)論是對實驗現(xiàn)象分析得出的。其中正確的是(　　)。 A．某固體物質(zhì)加到水中，液體溫度升高，則該固體一定是氧化鈣 B．向某固體中滴加稀鹽酸，有氣泡產(chǎn)生，則該固體中一定含有碳酸根 C．某固態(tài)化肥與熟石灰混合研磨產(chǎn)生氨味，證明該化肥一定是銨態(tài)氮肥 D．把燃著的木條伸入無色氣體中，木條火焰熄滅，該氣體一定是二氧化碳 5．某學(xué)生設(shè)計的下列四個實驗方案中，

12、理論上正確，操作上可行，經(jīng)濟上合理的是(　　)。 A．CuCuCl2Cu(OH)2 B．H2OO2MgO C．CaCO3CaOCa(OH)2溶液NaOH溶液 D．MgCl2Mg(OH)2Mg 6．如下圖所示，小明將兩根含硫火柴點燃后迅速伸入燒杯B中，片刻后取出火柴，振蕩燒杯A，觀察到高錳酸鉀溶液褪色。小明認為是火柴燃燒生成的二氧化硫使高錳酸鉀溶液褪色。小紅認為這個實驗還不足以說明褪色原因，應(yīng)補做一個實驗。 (1)你認為小明應(yīng)該補做的實驗是什么？ ____________________________________________________________。 (2)

13、補做該實驗的目的是什么？ ____________________________________________________________。 7．小潔發(fā)現(xiàn)媽媽在面粉中加入一種白色粉末，做出的蛋糕、饅頭疏松多孔。她很感興趣，想探究這種“神奇粉末”的成分。通過對市場上相關(guān)產(chǎn)品進行調(diào)查，她發(fā)現(xiàn)了如下圖所示的三種商品，認為媽媽使用的白色粉末是以下三種商品中的一種。 商品 成分 碳酸鈉 碳酸氫鈉 碳酸氫鈉、有機酸 用法 面粉加水揉和成面團，發(fā)酵后產(chǎn)生酸味，加入適量食用純堿，反復(fù)揉和，加熱即可制成松軟的饅頭 面粉無需發(fā)酵，直接加入適量小蘇打，加水調(diào)和，放入烤箱加熱即

14、可制成疏松多孔的糕餅 面粉與發(fā)酵粉按比例拌勻，放入適量溫水揉和，放置一段時間，即可蒸、烘、烤制成疏松多孔的各種食品 (1)純堿的化學(xué)式是________，這三種商品都能在使用過程中產(chǎn)生一種氣體，使做成的食品疏松多孔，這種氣體是________。 (2)小潔通過閱讀純堿和小蘇打的用法，推測出小蘇打不同于純堿的化學(xué)性質(zhì)是__________________。 (3)根據(jù)獲得的信息，小潔設(shè)計實驗方案，在實驗室探究這種白色粉末的成分。 實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論 ①取少量白色粉末于試管中，加入適量蒸餾水 固體溶解，無其他明顯現(xiàn)象 ________ ②______________

15、 有無色氣泡產(chǎn)生 白色粉末一定是純堿 實驗反思：老師提示小潔第②步實驗得出的結(jié)論有不足之處，請你幫助小潔改進實驗方案，確認白色粉末的成分，并完成實驗報告。 實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論 8．(2011·山東煙臺中考)某化學(xué)興趣小組利用下圖裝置探究制取氣體的原理、方法及性質(zhì)。結(jié)合裝置圖，回答下列問題： (1)寫出圖中標號儀器的名稱：a________，b________。 (2)用雙氧水和二氧化錳制取氧氣時，可選用的發(fā)生裝置是__________(填上圖字母)，可選用C裝置收集氧氣，其原因是__________________________。 (3)實驗室常

16、用氯化銨固體與堿石灰固體共熱來制取氨氣(NH3)，應(yīng)選擇的發(fā)生裝置是________________(填上圖字母)。 (4)該小組設(shè)計了如下圖所示的實驗裝置，既可用于制取氣體，又可用于探究物質(zhì)性質(zhì)。 ①當打開K1、關(guān)閉K2時，利用Ⅰ、Ⅱ裝置，可進行的實驗是__________(填字母)。 a．大理石與稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳 b．鋅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣 ②當打開K2、關(guān)閉K1時，可以利用Ⅰ、Ⅲ裝置制得二氧化碳并驗證其性質(zhì)。實驗室制取二氧化碳的化學(xué)方程式是__________________________；若要證明二氧化碳能與水發(fā)生反應(yīng)，應(yīng)向燒杯的水中加入_____________

17、_______。 9．現(xiàn)有如下圖所示的實驗裝置： 現(xiàn)有稀硫酸、CuO、Fe粉三種物質(zhì)，請設(shè)計兩種制取銅的實驗方案。填寫下表。 實驗方案 有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式 選用裝置(填 字母代號) 方案一 方案二 在以上兩個設(shè)計方案中，你認為__________操作更合理，更簡便。 10．實驗室有一保管不當?shù)脑噭┢浚錃埲钡臉撕炛兄皇Ｏ隆癗a”字樣。已知它是無色液體，是初中化學(xué)常用的無機試劑。小宏同學(xué)為探究其成分進行了猜想，并設(shè)計實驗進行驗證，有關(guān)內(nèi)容見下表： 猜想 設(shè)計的實驗步驟 可能的現(xiàn)象與結(jié)論 猜想一：可能是氫氧化鈉溶液 用試管取少量樣品，向其中滴入兩

18、滴酚酞試液 若酚酞溶液變?yōu)榧t色，則猜想成立。若酚酞溶液無明顯變化，則猜想不成立 猜想二：？ 用試管取少量樣品，向其中先滴入適量的用硝酸酸化的硝酸鋇溶液，然后滴入硝酸銀溶液 若溶液先沒有明顯變化，后出現(xiàn)白色沉淀，則猜想成立。若與上述現(xiàn)象不同，則猜想不成立 猜想三：？ 用試管取少量樣品，向其中先加入適量鹽酸酸化，然后滴入氯化鋇溶液 若溶液先沒有明顯變化，后出現(xiàn)白色沉淀，則猜想成立。若與上述現(xiàn)象不同，則猜想不成立 請你參與這一探究活動，根據(jù)上表回答下列問題： (1)小宏的猜想二是____________________________________。如果猜想成立，則產(chǎn)生沉淀的化學(xué)

19、反應(yīng)方程式為__________________。 (2)小宏的猜想三是____________________________________。如果猜想成立，則產(chǎn)生沉淀的化學(xué)反應(yīng)方程式為______________________。 (3)小宏同學(xué)對猜想一所描述的實驗現(xiàn)象和得出的結(jié)論是否正確？請判斷并說明理由。____________________________________。 (4)除了小宏的三種猜想，請你再補充一種猜想，模仿上述過程，設(shè)計簡單的實驗方案并驗證你的猜想，將有關(guān)內(nèi)容填入下表。 你補充的猜想 設(shè)計的實驗步驟 可能的現(xiàn)象與結(jié)論 11．將過量的Na2

20、CO3溶液滴入到一定量CuSO4溶液中得到藍色固體。某研究性學(xué)習(xí)小組對藍色固體的成分進行了如下探究。請完成下列各題： (1)猜想與假設(shè)： 猜想一：固體為CuCO3，理由：________________________________(用化學(xué)反應(yīng)方程式表示)。 猜想二：固體為Cu(OH)2，理由：Na2CO3溶液呈______(填“酸”或“堿”)性。 猜想三：固體為Cu(OH)2和CuCO3的混合物。 (2)資料查閱： ①Cu(OH)2和CuCO3晶體均不帶結(jié)晶水； ②Cu(OH)2、CuCO3受熱易分解，各生成對應(yīng)的兩種氧化物。 (3)設(shè)計與實驗： Ⅰ．固體的獲取： ①將

21、反應(yīng)后的固、液混合物經(jīng)________、洗滌、低溫烘干得藍色固體。 ②判斷固體已洗凈的方法及現(xiàn)象______________________________________________。 Ⅱ．用下圖所示裝置，定性探究固體的成分。 ③若用裝置A、B組合進行實驗，B中無現(xiàn)象，則猜想________正確； ④若用裝置A、C組合進行實驗，C中無現(xiàn)象，則猜想________正確； ⑤小組同學(xué)將裝置按A、______、______(填“B”或“C”)的順序組合進行實驗，驗證出猜想三是正確的，實驗中：B中的現(xiàn)象為____________________________，C中的現(xiàn)象為____

22、________________________。 結(jié)論：固體為Cu(OH)2和CuCO3的混合物。 Ⅲ．固體成分定量測定： 已知Cu(OH)2的分解溫度為66～68 ℃，CuCO3的分解溫度為200～220 ℃。設(shè)固體的組成為aCu(OH)2·bCuCO3。小組同學(xué)用熱分析儀對固體進行熱分解，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，繪成固體質(zhì)量變化與分解溫度的關(guān)系如圖，請根據(jù)圖示回答下列問題： ⑥寫出AB、CD段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式： AB段：____________________________________________________________________； CD段：______

23、______________________________________________________________。 ⑦通過計算可得：a∶b＝________。 ⑧若將24.0 g剩余固體繼續(xù)加熱到更高的溫度，發(fā)現(xiàn)固體質(zhì)量減少了2.4 g后質(zhì)量不再改變，寫出此過程中可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________________。 12．下圖為常見的實驗裝置(用途不一)，根據(jù)下列要求回答問題，裝置可重復(fù)使用。提示：H2＋CuOCu＋H2O，無水硫酸銅遇水由白色變?yōu)樗{色。 (1)將含有水蒸氣的氫氣干燥后還原氧化銅，則該氣體先要通過裝置_________

24、_(填序號，下同)。 (2)如果要驗證混合氣體由H2、CO組成，則需要連接的儀器順序為______________。 (3)如果要驗證混合氣體由CO、CO2組成，則需要連接的儀器順序為______________。 (4)如果要驗證混合氣體由H2、H2O組成，則需要連接的儀器順序為______________。 (5)如果要驗證混合氣體由CO2、CO、H2組成，則需要連接的儀器順序為__________。 參考答案 專題提升演練 1．D　2．D　3．A　4．C　5．C 6．答案：(1)把火柴換成木條再重復(fù)以上實驗 (2)說明二氧化碳不能

25、使高錳酸鉀溶液褪色(或做對比實驗) 7．答案：(1)Na2CO3　CO2　(2)NaHCO3受熱易分解，產(chǎn)生CO2 (3) 實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論 該白色粉末不是快速發(fā)酵粉 取少量白色粉末于試管中，滴加稀鹽酸 取少量白色粉末于試管中，塞上帶導(dǎo)管的單孔塞，導(dǎo)管另一端伸入澄清石灰水中，加熱固體 若產(chǎn)生無色氣泡，使澄清石灰水變渾濁。 若無明顯現(xiàn)象 該白色粉末是小蘇打(NaHCO3) 該白色粉末是純堿(Na2CO3) 8．答案：(1)長頸漏斗　錐形瓶 (2)B　氧氣的密度比空氣的大 (3)A　(4)①b?、贑aCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O

26、＋CO2↑　石蕊溶液 9．答案： 方案一 ①Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ ②H2＋CuOCu＋H2O B、C 方案二 ①CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O ②Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4 D、E 方案二 10．答案：(1)可能是氯化鈉溶液　NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3 (2)可能是硫酸鈉溶液　Na2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2NaCl (3)不正確；使酚酞溶液變紅的不一定是氫氧化鈉溶液，碳酸鈉溶液等也可使其變紅 (4) 你補充的猜想 設(shè)計的實驗步驟 可能的現(xiàn)象與結(jié)論 可能是碳酸鈉溶液(或者碳酸氫鈉

27、溶液)等 用試管取少量樣品，向其中滴入適量的稀硫酸 若能產(chǎn)生無色無味的氣體，則猜想成立。若無明顯變化，則猜想不成立 11．答案：(1)猜想一：Na2CO3＋CuSO4===CuCO3↓＋Na2SO4 猜想二：堿 (3)Ⅰ．①過濾 ②取最后洗滌液少量，滴加適量的稀鹽酸(硝酸、硫酸)，無氣泡產(chǎn)生；或滴加BaCl2[或Ba(OH)2、Ba(NO3)2]或CaCl2[或Ca(OH)2、Ca(NO3)2]溶液，無沉淀產(chǎn)生(其他合理答案均可) Ⅱ．③二?、芤弧、軨　B　澄清石灰水變渾濁　白色固體變藍 Ⅲ．⑥Cu(OH)2CuO＋H2O　CuCO3CuO＋CO2↑?、?∶1?、?CuO2Cu2O＋O2↑ 12．答案：(1)B　(2)EAD　(3)DCDBED　(4)ABEA　(5)DCBEAD 9