2019高考化学 专题40 实验设计与实验方案评价（一）考点讲解.doc

专题40 实验设计与实验方案评价（一）【考情报告】考查角度考查内容命题特点根据题干给予的新信息，预测实验现象，考查药品使用创新、仪器功能拓展、实验操作改变创新和实验操作新途径等技巧。面对新情境，能够正确提取并处理信息(准确提炼规律、严密推理分析、做出合理解释等)，准确做出深刻评价的能力实验设计流程与实验方案评价本部分考点通常以科技、生产、生活中的新材料为载体，考查实验评价、误差分析和定量计算等方面能力，通过对课本实验的改进考查学生分析问题和解决问题的能力以及学生思维的灵活性，同时结合实验方案的设计与评价考查学生选择、组装仪器的能力以及绘制简单实验装置图等学科内综合知识的能力考查。【考向预测】本节内容在高考实验中处于核心位置，每年必考。通过近几年的高考实验研究发现，以物质的制备流程、物质的性质探究为载体，考查化学实验的设计及评价能力已成为高考实验的首选。近年高考综合实验试题往往是在教材实验、演示实验或考生已有实验知识的基础上进行改进，创设新情镜，提出新问题，考查考生的创新意识和对实验过程的评价能力。主要体现在以下几个方面：(1)根据题干给予的新信息，预测实验现象等。(2)药品使用创新、仪器功能拓展、实验操作改变创新和实验操作新途径开辟等。(3)面对新情境，能够正确提取并处理信息(准确提炼规律、严密推理分析、做出合理解释等)。(4)面对新问题，能够全面深入思考，合理优化结构，准确深刻评价等。【经典在线】1.知识梳理一、化学实验设计化学实验题包括的题型很多，其中比较典型的有物质性质探究型、化学现象探究型、物质制备和应用探究型等， 化学实验设计时遵循的原则：科学性：实验原理准确，实验流程合理；安全性：保护人身、保护环境、保护仪器；可行性：条件允许，效果明显，操作方便；简约性：做到步骤少、时间短、节省药品、效果好等基本要求。通常有一下实验设计步骤：(1)明确目的、原理首先必须认真审题，明确实验的目的及要求，弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。(2)选择仪器、药品根据实验的目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态，能否腐蚀仪器、反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。(3)设计装置、步骤根据实验目的和原理，以及所选用的仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力，实验步骤应完整而又简明。(4)记录现象、数据根据观察，全面而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、化学实验方案设计的分类(1)物质制备实验方案的设计发生装置净化装置干燥装置收集装置尾气处理装置(2)物质性质实验方案的设计是从物质的结构特点和所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，然后据此设计出合理的实验方案，去探索它可能具有的性，质。我们推测的物质的性质不一定准确，所以进行实验时要注意分析实验现象，从而得出正确结论。可分为：探索性性质实验方案的设计，分析物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计合理实验方案，探索可能具有的性质；验证性性质实验方案的设计，对物质具备的性质进行求证，关键是设计出简捷的实验，操作简单安全，实验现象明显。三、创新探究型实验题创新探究型实验题在知识点的涵盖上既可以考查基本概念、基本理论又可以考查元素化合物的相关知识，而且符合新课改在学习方法上强调的“探究学习”、“自主学习”，因此探究类实验题将会是以后高考试题中的一个亮点(尤其是广东、上海、江苏考卷)。创新探究类试题一般有以下几种命题形式：探究化学反应机理、探究化学实验中的反常现象、探究对经典问题的质疑、探究未知物的成分、探究物质的性质、探究化学反应的条件以及探究化学反应的现象等。1探究实验的一般思路2探究实验的两种类型(1)未知物的探究虽然探究型实验主要考察学生的探究能力，但在问题的设置上常常包含了对实验基础知识的考查，如：常见物质分离提纯方法：结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取、渗析法等。常见气体的制备、净化、干燥、收集方法。熟悉重点操作：a.气密性检查；b.量气操作；c.防倒吸、防污染操作；d.蒸发、灼烧操作四、化学实验方案的评价对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断。要考虑是否完全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。 1从可行性方面对实验方案做出评价科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求，在实际操作时能否做到可控易行。评价时，从以下4个方面分析：(1)实验原理是否正确、可行；(2)实验操作是否安全、合理；(3)实验步骤是否简单、方便；(4)实验效果是否明显等。2从“绿色化学”视角对实验方案做出评价“绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。据此，对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价：(1)反应原料是否易得、安全、无毒；(2)反应速率是否较快；(3)原料利用率以及生成物质的产率是否较高；(4)实验过程中是否造成环境污染3从“安全性”方面对实验方案做出评价化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：(1)净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；(2)进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃先验纯等)；(3)防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中等)；(4)防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的)；(5)冷凝回流(有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等)；(6)易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；(7)仪器拆卸的科学性与安全性(也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)；(8)其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。2.经典精讲例1.某研究小组利用下图装置探究温度对CO还原Fe2O3的影响(固定装置略)MgCO3Zn粉Fe2O3无水CaCl2澄清石灰水足量NaOH溶液ABCDEFMgCO3的分解产物为 装置C的作用是 ，处理尾气的方法为 将研究小组分为两组，按上图装置进行对比实验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置D加热，反应产物均为黑色粉末（纯净物），两组分别用产物进行以下实验。步骤操作甲组现象乙组现象1取黑色粉末加入稀盐酸溶解，无气泡溶解，有气泡2取步骤1中溶液，滴加K3Fe(CN)6溶液蓝色沉淀蓝色沉淀3取步骤1中溶液，滴加KSCN溶液变红无现象4向步骤3溶液中滴加新制氯水红色褪去先变红，后褪色乙组得到的黑色粉末是 甲组步骤1中反应的离子方程式为 乙组步骤4中，溶液变红的原因为 ；溶液褪色可能的原因及其验证方法为 从实验安全考虑，该装置还可采取的改进措施是 【答案】MgO、CO2除CO2、点燃FeFe3O48H=2Fe3Fe24H2OFe2被氧化成Fe3，Fe3遇SCN显红色；假设SCN被Cl2氧化，向溶液中加入KSCN溶液，若出现红色，则假设成立(其它合理答案均可)在装置BC之间添加装置E防倒吸(其它合理答案均可给分)例2.为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。. AgNO3的氧化性 将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中Fe的氧化产物，将溶液中的Ag+ 除尽后，进行了如下实验。可选用的试剂：KSCN溶液、K3Fe(CN)6溶液、氯水。（1）请完成下表：操作现象结论取少量除尽Ag+后的溶液于试管中，加入KSCN溶液，振荡 存在Fe3+取少量除尽Ag+后的溶液于试管中，加入 ，振荡 存在Fe2+【实验结论】Fe的氧化产物为Fe2+和Fe2+。.AgNO3的热稳定性用下图所示的实验装置A加热AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束后，试管中残留固体为黑色。（2）装置B的作用是 。（3）经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是 。（4）【查阅资料】Ag2O和粉末状的Ag均为黑色； Ag2O可溶于氨水。【提出设想】试管中残留的黑色固体可能是：.Ag；.Ag2O；.Ag和Ag2O。【实验验证】该小组为验证上述猜想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验。实验编号操作现象a加入足量氨水，振荡黑色固体不溶解b加入足量稀硝酸，振荡黑色固体溶解，并有气体产生【实验评价】根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是 （填实验编号）。【实验结论】根据上述实验结果，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有 。【答案】 （1）溶液呈红色 K2Fe(CN)6溶液 产生蓝色沉淀 （2）防倒吸 （3）用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明无色气体为O2 （4） b Ag、NO2、O2 【经典考题3】FeCl3在现代工业生产中应用广泛。某化学研究性学习小组模拟工业生产流程制备无水FeCl3，再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。 I.经查阅资料得知：无水FeCl3在空气中易潮解，加热易升华。他们设计了制备无水FeCl3的实验方案，装置示意图（加热及夹持装置略去）及操作步骤如下：检查装置的气密性；通入干燥的Cl2，赶尽装置中的空气；用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成.。体系冷却后，停止通入Cl2，并用干燥的N2赶尽Cl2，将收集器密封请回答下列问题：（1）装置A中反应的化学方程式为 （2）第步加热后，生成的烟状FeCl3大部分进入收集器，少量沉积在反应管A的右端。要使沉积得FeCl3进入收集器，第步操作是 ，（3）操作步骤中，为防止FeCl3潮解所采取的措施有 （填步骤序号）（4）装置B中的冷水作用为 ；装置C的名称为 ；装置D中FeCl2，全部反应完后，因为失去吸收Cl2的作用而失效，写出检验FeCl2是否失效的试剂 ：（5）在虚线框内画出尾气吸收装置E并注明试剂II.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解滤液。（6）FeCl3与H2S反应的离子方程式为 ，（7）电解池中H+再阴极放电产生H2，阳极的电极反应为 。（8）综合分析实验II的两个反应，可知该实验有两个显著优点：H2S的原子利用率100%； 。【答案】（1）2Fe+3Cl2 2FeCl3（2）在沉积的的FeCl3固体下方加热（3）、 （4）冷却FeCl3使其沉积，便于收集产品 干燥管 K3Fe（CN）6溶液或酸性高锰酸钾溶液（5）见解析 （6）2Fe3+H2S= 2Fe2+S+ 2H+（7）Fe2+-e-= Fe3+ （8）FeCl3可以循环利用【经典考题4】今有某学生设计的用氨催化氧化法制取少量HNO3溶液并收集反应生成的纯净氮气的实验装置，如下图所示：已知，氨在高温下催化氧化时还有副反应发生：4NH33O22N26H2O。(1)A装置及氨水的作用是_C装置中浓硫酸的作用是_，气球的作用是_。(2)B装置中发生的最主要的反应的化学方程式是_。D装置中一步生成硝酸的两个化合反应为(用化学反应方程式表示)：_；_ _。(3)该套实验装置中有两处明显的缺陷，其一是_，其二是_。(4)若采用上述的不完善装置进行实验，同时不考虑气体在装置中的残留，实验结束时，实际测得D中有1.0molL1的HNO3溶液150mL，气球中收集的混合气体体积为1 400mL(标准状况)，其中NO2、O2与N2的体积比为2：2：1，则氧化成NO的氨与被氧化的氨的体积比为_。【答案】 (1)使氨气与氧气混合均匀，控制氨气和氧气的气流速率；氨水的作用是降低氨气的溶解度，有利于氨气的逸出，除混合气体中氨气和水蒸气，收集生成的氮气；(2)4NH35O24NO6H2O4NO3O22H2O=4HNO34NO2O22H2O=4HNO3(3)氨气和氧气的混合气体在进入装置B之前没有进行干燥进入气球的气体中可能混有氧气等杂质，应除去(4)7/8【解题技巧】大多数学生对化学实验题有实验思路，就是拿不到分，主要表现在解题思路上，或考虑不全，或书写不准，最后答案是错的，丢三拉四，或遗漏某一答案，或讨论不够完备，或是以偏概全或出现错别字，答不到点子上等问题。因此我们在表达过程中一定要做到条理清晰，表述规范，这类探究实验题一般有下的解题要领： （1）制备实验方案的设计，应遵循以下原则：条件合适，操作方便；原理正确，步骤简单；原料丰富，价格低廉；产物纯净，污染物少。即从多种路线中选出一种最佳的制备途径，合理地选择化学仪器与药品，设计合理的实验装置和实验操作步骤。（2）从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。（3）求证物质具备的性质，关键是设计出简捷的实验方案，要求操作简单，简便易行，现象明显，且安全可行。(4)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(或题首所给实验目的)并结合元素化合物等有关知识获取。在此基础上，遵循可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的方案。(5)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。(6)看准图，分析各项实验装置的作用。有许多综合实验题图文结合，思考容量大。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，确定它们在该实验中的应用。 (7)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定量公式，绘制变化曲线等。【规律总结】误点警示：对实验方案的设计和评价合理与否、严密与否作出评判要从“合理选择，排除干扰，操作准确”等方面入手，同学们解题时应注意以下几点(1)药品和装置的选择：很多实验设计题中已经给出了药品或装置，我们应正确分析药品和装置在原题中是部分给出，还是有剩余。若药品和装置只是部分给出，则需要作必要的补充；若有剩余，则应进行筛选和淘汰，根据试剂特点合理设计实验方案。(2)数据的分析：定量实验中可能测定了多组数据，我们应正确分析实验中测定的数据能否达到实验目的，是否每个数据都有用。如果测出多种数据，则根据所测数据可以有哪些解答方法；如果数据不足，还需要补充什么数据才能达到实验目的。(3)题目条件有无特殊要求：如采用最简单和最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。(4)实验中的隐蔽性操作：如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但很容易被忽略，如实验室用Cl2与铁反应制备FeCl3，由于FeCl3易潮解，很多同学能够考虑到Cl2需要干燥，但很容易忽略在尾气吸收中也应防止水蒸气进入反应装置。(5)药品名称和某些仪器的规格的描述：药品的名称，这类问题学生最难解答准确，如有些药品的准确描述为：无水硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和碳酸氢钠溶液、饱和氢氧化钠溶液、新制Cu(OH)2悬浊液等。仪器规格的描述，如使用容量瓶必须注明其容积，譬如100 mL的容量瓶；正确书写仪器名称，如分液漏斗和长颈漏斗、圆底烧瓶和蒸馏烧瓶、坩埚和蒸发皿等不能混淆。有些化学用语不太常用，注意不要把字写错，如坩埚(错写为“钳锅”)、三脚架(错写为“三角架”)、气体逸出(错写为“气体溢出”)、蘸取溶液的“蘸”不会写等。(6)实验设计的注意事项药品和装置是部分或刚好给出还是有剩余，若药品和装置只部分给出，则应需要作必要的补充，若有剩余，则应进行筛选和淘汰。题目条件有无特殊要求：如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理、选择药品和装置、确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。实验过程中的隐蔽性操作：如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易忽略。药品的规格：有些题目要求指出药品的名称，如有些药品的准确描述为：硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3、NaOH溶液等。此外也应注意某些仪器的规格。