高考化学二轮复习 专题17 实验方案的设计与评价（讲）（含解析）

专题17 实验方案的设计与评价（讲）（1） 考纲要求1.能根据实验试题要求，做到：设计、评价或改进实验方案；了解控制实验条件的方法；分析和处理实验数据，得出合理结论；绘制和识别典型的实验仪器装置。2.了解科学探究的基本过程，并运用以实验和推理为基础的科学探究方法解决有关问题。（2） 命题规律实验设计和实验评价是综合实验考题的呈现方式之一，高考试题中选择题和非择题实验部分（制备实验、理论运用实验等）都有体现，一般多有实验的评价，而近几年年出现了实验步骤的完整设计，预示着实验部分难度的加大。展望2017年高考，将延续近几年的模式，实验设计和评价一定伴随二卷实验题的考查。特别需要关注以下各类背景的实验：（1）以物质制备为背景的实验题；（2）以实验探究为背景的实验题；（3）以实验方案设计为背景的实验题；（4）以定性、定量分析为背景的实验题。【例1】【2016年高考北京卷】（16分）以Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象，探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。实验试剂现象滴管试管2 mL0.2 molL1 Na2SO3溶液饱和Ag2SO4溶液.产生白色沉淀0.2 molL1 CuSO4.溶液变绿，继续滴加产生棕黄色沉淀0.1 molL1 Al2（SO4）3溶液.开始无明显变化，继续滴加产生白色沉淀（1）经检验，现象中的白色沉淀是Ag2SO3。用离子方程式解释现象：_。（2）经检验，现象的棕黄色沉淀中不含SO42，含有Cu+、Cu2+和SO32。已知：Cu+Cu +Cu2+，Cu2+CuI（白色）+I2。用稀硫酸证实沉淀中含有Cu+的实验现象是_。通过下列实验证实，沉淀中含有Cu2+和SO32。 a.白色沉淀A是BaSO4，试剂1是_。b.证实沉淀中含有Cu+和SO32的理由是_。（3）已知：Al2（SO3）3在水溶液中不存在。经检验，现象的白色沉淀中无SO42，该白色沉淀既能溶于强酸，又能溶于强碱，还可使酸性KMnO4溶液褪色。推测沉淀中含有亚硫酸根和_。对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设：i.被Al（OH）3所吸附；ii.存在于铝的碱式盐中。对假设ii设计了对比实验，证实了假设ii成立。a.将对比实验方案补充完整。 步骤二：_（按上图形式呈现）。（4）根据实验，亚硫酸盐的性质有_。盐溶液间反应的多样性与_有关。【答案】（1）2Ag+SO32Ag2SO4。（2）加入稀硫酸后，有红色固体生成；a. HCl和BaCl2溶液。b.在I-的作用下，Cu2+转化为白色沉淀CuI，SO32-转化为SO42-。 （3）Al3+、OH-。a、，b、V1明显大于V2。（4）还原性、水解溶液显碱性；两种盐溶液中阴阳离子的性质和反应条件。【考点定位】本题主要是考查化学实验方案的分析、评价和设计等【名师点晴】控制变量思想方法，探究实验异常现象成为近几年实验探究命题的热点，突出对实验能力的考查。该题为实验探究题，装置图、流程图很简单，但探究过程较复杂，准确全面获取信息、通过控制变量思想进行逻辑分析是解题的关键，凭感觉做题，不容易准确获取题中信息。该类试题的解题策略为：（1）确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。（2）定多变: 在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。（3）数据有效；解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。【例2】【2016年高考海南卷】（11分）某废催化剂含58.2%的SiO2、21.0%的ZnO、4.5%的ZnS和12.8%的CuS。某同学用15.0 g该废催化剂为原料，回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下：回答下列问题：（1）在下列装置中，第一次浸出必须用_，第二次浸出应选用_。（填标号）（2）第二次浸出时，向盛有滤液1的反应器中加入稀硫酸，后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反，会造成_。滤渣2的主要成分是_。（3）浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是_。（4）某同学在实验完成之后，得到1.5gCuSO45H2O,则铜的回收率为_。【答案】（1）D A （每空1分，共2分）（2）H2O2与固体颗粒接触分解 （每空2分，共4分）（3）蒸发皿 （2分）（4）30% （3分）【解析】一、化学探究性实验题的模式为：在解题时，首先要对题目中给出的信息进行处理，弄清是对实验的那一方面进行探究，然后深入分析实验，依据题目中提出的实验假设或自行提出的实验假设，合理运用化学知识，巧妙设计实验方案，通过实验现象的客观事实对实验进行探究性验证。1化学实验设计的要求（1）原理正确；（2）方法简单；（3）操作方便；（4）现象明显；（5）产率高；（6）误差小；（7）安全防污。2化学实验设计程序（1）根据实验的目的，阐明实验原理，选择合适的仪器和药品；（2）根据实验的特点，设计实验装置，画出实验装置图；（3）根据实验的要求，设计可行的操作步骤和观察重点，分析实验中应注意的事项；（4）实验结束后应写出完整的实验报告。二、物质性质实验方案的设计1完成性质实验方案设计的基础：（1）无机物质的性质：原子结构和物质的分类有关（2）有机物质的性质：官能团的种类和基团之间的相互影响有关2性质实验方案设计的一般思路：分析结构对比回顾相关知识预测性质拟定方案三、实验方案的评价对给出的实验方案作出选择、评价或找出最佳方案，包含的知识点很多，能考查学生的分析问题和解决问题的能力。1.实验方案设计的基本思路2设计实验方案时注意的问题（1）实验方案要可行。要尽量避免使用高压和特殊催化剂等实验室难以达到的条件，实验方案要简单易行。（2）实验顺序要科学。要对各个实验步骤进行统一的规划和安排，保证实验准确且高效。同时要减少副反应的发生和避免实验步骤间的干扰。（3）实验现象要直观。如“证明醋酸是弱电解质”的实验，可配制一定浓度的CH3COONa溶液，用pH试纸测溶液的pH，通过测定的结果pH7从而得出结论，既操作简便又现象明显。（4）实验结论要可靠。要反复推敲实验步骤和多方论证实验结果，保证实验结论准确可靠。提炼2实验方案评价的基本思路3实验方案评价的角度（1）从试剂、仪器和装置的合理性上评价。（2）从实验原理上评价，实验方案要符合实验原理，保证达到实验目的。（3）从操作步骤、实验现象上评价，实验方案要步骤简单，现象明显。（4）从环境保护上评价，实验方案的设计要充分体现环保意识。（5）从节能、安全可靠上评价，实验方案的设计要节约能源，节省原料且安全可靠。【例1】【2016届湖南六校联考】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证明氧化性：H2O2比Fe3强用硫酸酸化的H2O2溶液滴入Fe(NO3)2溶液中，溶液变黄色B鉴别溴蒸气和NO2分别通入硝酸银溶液中，产生淡黄色沉淀的是溴蒸汽C证明盐类水解是吸热反应在醋酸钠溶液中滴入酚酞试液，加热后红色加深D证明难溶物存在沉淀溶解平衡往黄色固体难溶物PbI2中加水，振荡，静置。取上层清液，然后加入NaI固体，产生黄色沉淀【答案】A考点：考查化学实验方案的设计正误判断的知识。【趁热打铁】【2016届天津市河西区一模】下列实验过程中的现象及结论均正确且存在因果关系的是（ ）实验实验现象结论A无色溶液变蓝I-在酸性条件下被氧气氧化为I2B溶液均呈红色，且深浅一样相同浓度的CO32-与HCO3-水解能力相同C产生白色沉淀又逐渐变成红褐色沉淀KspMg(OH)2 KspFe(OH)3D溴的四氯化碳溶液颜色褪去石蜡催化加热反应产物为乙烯【答案】A考点：考查实验过程中的现象及结论关系正误判断的知识。【例2】【2016届北京朝阳一模】某学习小组通过下列装置探究MnO2与FeCl36H2O能否反应产生Cl2。实验操作和现象：（1） 现象i中的白雾是，形成白雾的原因是。（2） 分析现象ii，该小组探究黄色气体的成分，实验如下：a加热FeCl36H2O，产生白雾和黄色气体。b用KSCN溶液检验现象ii 和a中的黄色气体，溶液均变红。通过该实验说明现象ii 中黄色气体含有。（3） 除了氯气可使B 中溶液变蓝外，推测还可能的原因是：实验b检出的气体使之变蓝，反应的离子方程式是。实验证实推测成立。溶液变蓝的另外一种原因是：在酸性条件下，装置中的空气使之变蓝。通过进一步实验确认了这种可能性，其实验方案是。（4） 为进一步确认黄色气体是否含有Cl2，小组提出两种方案，无证实了Cl2的存在。方案1：在A、B 间增加盛有某种试剂的洗气瓶C。方案2：将B中KI-淀粉溶液替换为NaBr溶液，检验Fe2+。现象如下：方案1 B 中溶液变为蓝色方案2 B 中溶液呈浅橙红色；未检出Fe2+方案1的C中盛放的试剂是。方案2中检验Fe 2+的原因是。综合方案1、2 的现象，说明选择NaBr溶液的依据是。（5） 将A 中产物分离得到Fe2O3和MnCl2，A 中产生Cl2的化学方程式是。【答案】（1）HCl小液滴；FeCl36H2O受热水解，生成HCl气体，同时受热失去结晶水，HCl和H2O结合形成盐酸小液滴；（2）FeCl3；（3）2Fe3+2I-=2Fe2+I2；另取一支试管，向其中加入KI-淀粉溶液，再滴入几滴HCl 溶液，在空气中放置。观察一段时间后溶液是否变蓝。（4）饱和NaCl溶液；排除Fe3+将Br-氧化成Br2的可能性；Br-可以被Cl2氧化成Br2，但不会被Fe3+氧化为Br2。（5）3MnO2+4FeCl36H2O2 Fe2O3+3MnCl2+3Cl2+24H2O考点：考查盐类水解的应用、化学实验方案的设计、评价、物质的氧化性强弱比较急化学方程式的书写【趁热打铁】 【2016届唐山二模】亚硝酸钠是一种工业盐，外观与食盐非常相似，毒性较强。某化学兴趣小组对食盐与亚硝酸钠进行多角度探究：（一）鉴别NaCl和NaNO2 甲同学用沉淀分析法经查：常温下Ksp(AgNO2)=210-8， Ksp(AgCl)=1.810-10分别向盛有5mL 0.0001 mol/L两种盐溶液的试合中同时逐滴滴加0.0001mol/L硝酸银溶液，先生成沉淀的是装有 溶液的试管。乙同学侧定溶液pH 用pH试纸分别测定0.1 mol/L两种盐溶液的pH，测得NaNO2溶液呈碱性。该溶液呈碱性的原因是 （用离子方程式解释）。（二）该小组用如下装置（略去夹持仪器）制备亚硝酸钠已知： 2NO+ Na2O2 = 2NaNO2 ； 酸性条件下，NO和NO2都能与MnO4一反应生成NO3一和Mn2+ （1）使用铜丝的优点是 。（2）装置A中反应方程式为 。装置C 中盛放的药品是 ；（填字母代号）A浓硫酸 BNaOH 溶液 C水 D四氯化碳仪器F的作用 。（3）该小组称取5.000g制取的样品溶于水配成250.0 mL溶液，取25.00mL溶液于锥形瓶中，用0.1000mol/L酸性KMnO4溶液进行滴定，实验所得数据如下表所示：滴定次数1234消耗KMnO4溶液体积/mL20.7020.1220.0019.88 第一次实验数据出现异常，造成这种异常的原因可能是 （填字母代号）。A锥形瓶洗净后未干燥B酸式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准液润洗C滴定终点时仰视读数酸性KMnO4溶液滴定亚硝酸钠溶液的离子方程式为 。该样品中亚硝酸钠的质量分数为 。【答案】（15分）（除标注外其余每空2分）(其它合理答案也给分)（一）NaCl（1分）；NO2+H2O HNO2+OH （2分）（二）（1）可以控制反应的发生与停止（1分）（2）Cu +4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O （2分） C（2分） 防止水蒸气进入（1分）（3） bc 2分） 6H+2MnO4+5NO2=2Mn2+5NO3+3H2O （2分） 69% （2分）考点：考查沉淀溶解平衡常数的应用、盐的水解、滴定方法的应用、物质含量的测定与计算的知识。仔细分析近几年来的高考化学实验试题，不难看出许多综合性实验命题的素材直接来源于教材实验的改进和整合，命题人要求考生能运用已学知识去理解实验原理和实验装置的意图，或者是设计新的实验过程或实验装置来考查我们的实验探究能力。我们对这类考题并不陌生，但要准确回答仍需要有积极思考的习惯、熟练的化学实验操作技能和综合考虑问题的能力。因此在备考复习过程中，要对教材上的实验进行落实和巩固，尤其是对一些物质的制备实验和物质的性质实验应进行深入的研究，对实验中所涉及到的重要的化学方程式和重要的实验现象均应做到熟练掌握。【例】【2016届北京延庆一模】某化学实验小组探究镁与氯化铵溶液反应的气体产物和剧烈反应的影响因素。资料： CH3COONH4溶液是中性的。 1 mol/L NH4Cl 溶液的pH = 4.63 ,可以溶解Mg (OH)2沉淀。探究一：镁与氯化铵溶液反应的气体产物 【实验1】 探究二：镁与氯化铵溶液剧烈反应的原因 设想1：镁与氯化铵水解产生的H+反应生成氢气 【实验2-1】 【实验2-2】 设想2 ：Cl-的影响 设想3：NH4+ 的影响 【实验3】 【实验4】 (1)实验1在左边试管出气管口用湿润的红色石蕊试纸检验试管口产生的气体，试纸变蓝，说明有 生成；用排水法收集一小试管产生的气体, 靠近酒精灯,点燃, 可以听到爆鸣声，说明有 生成。（2）写出实验1右边试管Mg与水反应的化学方程式 。（3）实验2-1中两试管反应都很剧烈，说明NH4NO3 水解产生的H+ 对反应影响 （填“小”或“大”），NH4+ 对反应影响 （填“小”或“大”）。（4）实验2-2的两支试管中实验现象相同，其设计目的是 。（5）实验3中的实验现象说明Cl- 对反应速率的影响很小，请在空白处补充完成实验方案设计。（6）实验4中的结论说明NH4+对反应速率的影响很大，则两支试管中实验现象的不同之处是 。（7）通过实验1至实验4的探究，得出的结论是 。（8）写出镁与氯化铵溶液反应生成Mg2+的离子方程式 。【答案】（1）氨气，氢气。 （2）Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2 （3）小，大（4）为了排除CH3COO- 的影响 （5）3.0 mL 1.0 mol/LNaCl溶液 ；3.0 mL 1.0 mol/LNaNO3溶液（6）NH4NO3溶液（左试管）和KNO3溶液（右试管）分别与Mg粉反应，左试管反应剧烈，有大量气泡生成，右试管反应很少，没有气泡生成。（7）镁和氯化铵溶液产生的气体不全是氢气，还有氨气；并不是镁与氯化铵水解产生的H+反应生成氢气；H2 O和NH4+ 都是氧化剂,起氧化作用，Cl- 不起明显的作用。（8）Mg + 2 NH4+ = Mg2 + + 2NH3 + H2 考点：考查化学探究实验的设计与评价，盐类水解的应用等知识。误区警示：1.巧审题，明确实验的目的和原理。实验原理是解答实验题的核心，是实验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情景(或题干所给实验目的)，结合元素化合物等有关知识获取。2.想过程，理清实验操作的先后顺序。根据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步骤，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序。3.看准图，分析各项实验装置的作用。有许多综合性实验题图文结合，思维容量大。在分析解答过程中，要认真细致地分析图中所示的各项装置，并结合实验目的和原理，确定它们在实验中的作用。4.细分析，得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。在分析实验现象(或数据)的过程中，要善于找出影响实验成败的关键，以及产生误差的原因；或从有关数据中归纳出规律，绘制一定的变化曲线等。