第九單元化學實驗第4講探究類實驗方案的評價與設計復習目標根據(jù)化學實驗的目的和要求，能做到：(1)設計實驗方案；(2)掌握控制實驗條件的方法；(3)正確選用實驗裝置；(4)預測或描述實驗現(xiàn)象，分析或處理實驗數(shù)據(jù)，得出合理結論；(5)評價或改進實驗方案。一、探究類實驗方案的評價1．實驗方案的評價形式

實驗裝置的評價對比各方案裝置，從裝置的合理性、操作的簡便性和可行性等方面進行全面分析，選出最佳裝置實驗原理的評價緊扣實驗目的，對各方案的原理綜合考慮，從原理是否科學、原料是否節(jié)約、誤差是否較小等方面進行全面分析，選出最佳方案2.實驗方案評價類試題的解題思路(1)從可行性方面進行評價①實驗原理(如藥品的選擇)是否正確、可行。②實驗操作(如儀器的選擇、連接)是否安全、合理。③實驗步驟是否簡單、方便。④實驗現(xiàn)象是否明顯，實驗結論是否正確。(2)從規(guī)范性視角進行評價①儀器的安裝與拆卸。②儀器的查漏、氣密性檢驗。③試劑添加的順序與用量。④加熱的方式方法和時機。⑤溫度計的規(guī)范使用、水銀球的位置。⑥實驗數(shù)據(jù)的讀取。⑦冷卻、冷凝的方法等。(3)從“綠色化學”視角進行評價①反應原料是否易得、安全、無毒。②反應速率是否較快。③原料利用率以及合成物質(zhì)的產(chǎn)率是否較高。④合成過程中是否造成環(huán)境污染。(4)從實驗設計的安全性方面進行評價①凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防液體倒吸。②進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如H2還原CuO應先通H2后加熱，氣體點燃前先驗純等)。③防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”，白磷切割宜在水中進行等)。④防吸水(如取用、制取易吸水、潮解、水解的藥品，宜采取必要措施，以保證達到實驗目的)。⑤冷凝回流(有些反應中，為減少易揮發(fā)液體反應物的損耗和充分利用原料，需在反應裝置上加裝冷凝回流裝置，如長玻璃管、冷凝管等)。⑥易揮發(fā)液體產(chǎn)物導出時若為蒸氣的要及時冷卻。⑦其他(如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等)。二、探究類實驗方案的設計1．性質(zhì)驗證型實驗設計性質(zhì)驗證實驗方案可分為多種情況：一是已知物質(zhì)的性質(zhì)，設計實驗驗證物質(zhì)的某些性質(zhì)；二是已知某類物質(zhì)的結構(或含有的官能團)，設計性質(zhì)實驗來驗證這類物質(zhì)的結構；三是根據(jù)性質(zhì)設計定量實驗；四是根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)驗證化學原理(理論)或根據(jù)化學原理來驗證物質(zhì)的某些性質(zhì)。設計性質(zhì)驗證實驗方案的常用程序有如下兩種：(1)根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)設計實驗方案(2)根據(jù)物質(zhì)的結構(或官能團)設計驗證性質(zhì)實驗方案2．性質(zhì)探究型實驗設計性質(zhì)探究實驗方案時要注意：實驗方案要可行要盡量避免使用高壓和特殊催化劑等實驗室難以達到的條件，實驗方案要簡單易行實驗順序要科學要對各個實驗步驟進行統(tǒng)一的規(guī)劃和安排，保證實驗準確高效，同時要減少副反應的發(fā)生和避免實驗步驟間的相互干擾實驗現(xiàn)象要直觀如“證明CH3COOH是弱電解質(zhì)”的實驗，可配制一定濃度的CH3COONa溶液，用pH試紙測溶液的pH，通過測定的結果(常溫下，pH>7)得出結論，操作簡便且現(xiàn)象明顯實驗結論要可靠要反復推敲實驗步驟，多方驗證實驗結果，做到實驗結論準確可靠1．(2022·哈爾濱市第三中學高三一模)為驗證氧化性Cl2＞Fe3＋＞SO2，某小組用下圖所示裝置進行實驗(夾持儀器和A中加熱裝置已省略，氣密性已檢驗)。實驗過程：Ⅰ.打開彈簧夾K1～K4，通入一段時間N2，再將T型導管插入B中，繼續(xù)通入N2，然后關閉K1、K3、K4。Ⅱ.打開活塞a，滴加一定量的濃鹽酸，給A加熱。Ⅲ.當B中溶液變黃時，停止加熱，夾緊彈簧夾K2。Ⅳ.打開活塞b，使約2mL的溶液流入D試管中，檢驗其中的離子。Ⅴ.打開彈簧夾K3、活塞c，加入70%的硫酸，一段時間后夾緊彈簧夾K3。Ⅵ.更新試管D，重復過程Ⅳ，檢驗B溶液中離子。Ⅶ.實驗結束后，打開彈簧夾K1～K4，再通入一段時間N2，然后拆卸，洗滌，整理儀器。(1)過程Ⅰ的目的是______________________________。(2)棉花中浸潤的溶液為__________，過程Ⅶ的目的是_______________________________________________________________________________________________。(3)C中發(fā)生反應的化學方程式為____________________________________。(4)用70%的硫酸制取SO2，反應速率比用98%的硫酸快，原因是__________________________________________________。排除裝置中的空氣，防止干擾實驗NaOH溶液排出裝置內(nèi)殘留的Cl2或SO2，使其被NaOH溶液吸收，防止對實驗人員生命安全造成危險，并防止污染空氣H2SO4＋Na2SO3===Na2SO4＋H2O＋SO2↑70%的硫酸中的H＋的濃度比98%的硫酸中的H＋的濃度大(5)甲、乙、丙三位同學分別完成了上述實驗，結論如下表所示。他們的檢測結果一定能夠證明氧化性Cl2＞Fe3＋＞SO2的是________(填“甲”“乙”或“丙”)。乙、丙①溶液E和F分別為________、________。②請用化學平衡原理解釋步驟3中溶液由紅棕色變?yōu)闇\綠色的原因____________________________________________________________________________________________________。Na2SO3FeCl3氧化實驗操作實驗序號V1/mLV2/mL逐滴加入Na2S2O3溶液時的實驗現(xiàn)象A1.50.5溶液逐漸變?yōu)榫G色，靜置無變化B1.01.0溶液先變?yōu)榫G色，后逐漸變成淺綠色，靜置無變化C02.0溶液先變?yōu)榫G色，后逐漸變淺至無色，靜置無變化(1)根據(jù)實驗a的現(xiàn)象可推測溶液中生成的含Cu微粒是____________(填化學符號)。(2)甲同學認為實驗一能證明假設2成立，他的理由是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。實驗二：探究CuCl2與Na2S2O3溶液的反應。[Cu(S2O3)2]2－

實驗b中，溶液先變?yōu)榫G色，后逐漸變成淺綠色，說明先發(fā)生配合反應，之后又發(fā)生氧化還原反應(或實驗a到實驗c，最終溶液顏色逐漸變淺，說明發(fā)生了氧化還原反應)

向其中滴加氨水，放置在空氣中，過一段時間若溶液變?yōu)樗{色，則說明含Cu(Ⅰ)二者發(fā)生配合反應的趨勢減弱，發(fā)生氧化還原反應的趨勢增強解析實驗方案設計的基本步驟高考真題演練序號物質(zhì)aC中實驗現(xiàn)象通入Cl2前通入Cl2后Ⅰ水得到無色溶液產(chǎn)生棕黑色沉淀，且放置后不發(fā)生變化Ⅱ5%NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀，在空氣中緩慢變成棕黑色沉淀棕黑色沉淀增多，放置后溶液變?yōu)樽仙?，仍有沉淀?0%NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀，在空氣中緩慢變成棕黑色沉淀棕黑色沉淀增多，放置后溶液變?yōu)樽仙?，仍有沉?1)B中試劑是_______________。(2)通入Cl2前，Ⅱ、Ⅲ中沉淀由白色變?yōu)樽睾谏幕瘜W方程式為______________________________。(3)對比實驗Ⅰ、Ⅱ通入Cl2后的實驗現(xiàn)象，對于二價錳化合物還原性的認識是____________________________________。(4)根據(jù)資料ⅱ，Ⅲ中應得到綠色溶液，實驗中得到紫色溶液，分析現(xiàn)象與資料不符的原因：原因一：可能是通入Cl2導致溶液的堿性減弱。原因二：可能是氧化劑過量，氧化劑將

氧化為

。飽和NaCl溶液2Mn(OH)2＋O2===2MnO2＋2H2OMn2＋的還原性隨溶液堿性的增強而增強①用化學方程式表示可能導致溶液堿性減弱的原因________________________________，但通過實驗測定溶液的堿性變化很小。②取Ⅲ中放置后的1mL懸濁液，加入4mL40%NaOH溶液，溶液紫色迅速變?yōu)榫G色，且綠色緩慢加深。溶液紫色變?yōu)榫G色的離子方程式為______________________________________，溶液綠色緩慢加深，原因是MnO2被________(填“化學式”)氧化，可證明Ⅲ的懸濁液中氧化劑過量。Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2ONaClO③?、笾蟹胖煤蟮?mL懸濁液，加入4mL水，溶液紫色緩慢加深，發(fā)生的反應是___________________________________________。④從反應速率的角度，分析實驗Ⅲ未得到綠色溶液的可能原因____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．(2021·廣東高考節(jié)選)含氯物質(zhì)在生產(chǎn)生活中有重要作用。某合作學習小組進行以下實驗探究。(1)實驗任務通過測定溶液電導率，探究溫度對AgCl溶解度的影響。(2)查閱資料電導率是表征電解質(zhì)溶液導電能力的物理量。溫度一定時，強電解質(zhì)稀溶液的電導率隨溶液中離子濃度的增大而增大；離子濃度一定時，稀溶液電導率隨溫度的升高而增大。25℃時，Ksp(AgCl)＝1.8×10－10。(3)提出猜想猜想a：較高溫度的AgCl飽和溶液的電導率較大。猜想b：AgCl在水中的溶解度S(45℃)>S(35℃)>S(25℃)。(4)設計實驗、驗證猜想取試樣Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同溫度下配制的AgCl飽和溶液)，在設定的測試溫度下，進行表1中實驗1～3，記錄數(shù)據(jù)。(5)數(shù)據(jù)分析、交流討論25℃的AgCl飽和溶液中，c(Cl－)＝____________mol/L。實驗結果為A3>A2>A1。小組同學認為，此結果可以證明(3)中的猜想a成立，但不足以證明猜想b成立。結合(2)中信息，猜想b不足以成立的理由有_________________________________________________________________________________________________。1.34×10－5

電導率與溫度和離子濃度都有關，測試溫度不同，根據(jù)電導率結果無法判斷不同溫度下飽和溶液的溶解度表1實驗序號試樣測試溫度/℃電導率/(μS/cm)1Ⅰ：25℃的AgCl飽和溶液25A12Ⅱ：35℃的AgCl飽和溶液35A23Ⅲ：45℃的AgCl飽和溶液45A3(6)優(yōu)化實驗小組同學為進一步驗證猜想b，在實驗1～3的基礎上完善方案，進行實驗4和5。請完成表2中內(nèi)容。表2(7)實驗總結根據(jù)實驗1～5的結果，并結合(2)中信息，小組同學認為猜想b也成立。猜想b成立的判斷依據(jù)是______________。實驗序號試樣測試溫度/℃電導率/(μS/cm)4Ⅰ________B15________________B245Ⅱ45A3>B2>B1解析解析 (5)實驗1～3中，不同的飽和溶液濃度不同且測試溫度不同，根據(jù)資料顯示離子濃度一定時，稀溶液電導率隨溫度的升高而增大，所以根據(jù)實驗1～3無法判斷溫度較高的飽和溶液離子濃度大，進而不能得出溶解度關系。(6)如果要判斷AgCl在水中的溶解度隨溫度的變化情況，可以設計不同溫度下的飽和溶液在相同溫度下測試，如果溫度較高的飽和溶液電導率比溫度較低的飽和溶液電導率高，則可以得出溫度升高飽和溶液中離子濃度高。所以可以設計試樣Ⅰ、Ⅱ在45℃下測試與實驗3比較。S2－＋Cu2＋===CuS↓滴加BaCl2溶液，產(chǎn)生白色沉淀針對來源1進行如圖實驗：①實驗可證實來源1不成立。實驗證據(jù)是________________________________________________。②不能用鹽酸代替硫酸的原因是_______________________________________________________________________________________________________________。

向溶液2中加入少量KMnO4溶液，溶液沒有褪色

鹽酸中Cl元素是最低價，具有還原性，會與KMnO4溶液發(fā)生氧化還原反應，使KMnO4溶液褪色，干擾實驗現(xiàn)象和實驗結論③寫出來源2產(chǎn)生S的反應的離子方程式___________________________。(4)實驗證明Na2SO3固體熱分解有Na2S、Na2SO4和S產(chǎn)生。運用氧化還原反應規(guī)律分析產(chǎn)物中S產(chǎn)生的合理性________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析解析 (3)①若來源1成立，則溶液2中含H2SO3，向溶液2中加入少量KMnO4溶液，H2SO3具有還原性，酸性條件下KMnO4具有強氧化性，二者混合發(fā)生氧化還原反應，酸性KMnO4溶液應該褪色，但得到的仍為紫色，說明溶液B中不含Na2SO3，來源1不成立。課時作業(yè)

建議用時：40分鐘1．為探究Fe2＋與SCN－能否形成配位化合物，某研究性學習小組進行如下實驗：探究Ⅰ：(1)配制FeSO4溶液應使用______________的蒸餾水。(2)已知溶液顏色越深，色度越大。測得實驗ⅰ、ⅱ、ⅲ色度數(shù)據(jù)如下：實驗ⅰ的作用是___________，甲同學推測實驗ⅲ色度比ⅱ小的原因可能有：①Mg2＋和Fe2＋對配合物解離影響不同；②___________________________。實驗?、ⅱＩ?.0750.0490.015煮沸冷卻空白實驗Fe2＋與SCN－反應形成配合物探究Ⅱ：(3)X為________________________，實驗ⅳ的紅色比實驗ⅴ深的原因為_______________________________________________________。3mL4mol·L－1KCl溶液SCN－與Fe2＋反應形成配合物，有利于FeCO3的溶解平衡正向移動(4)在探究Ⅰ的基礎上進行探究Ⅱ的目的為_______________________________。(5)分析可利用KSCN溶液檢測Fe2＋、Fe3＋混合溶液中Fe3＋的原因：________________________________________________________________________________________________。避免不同離子對配合物解離的影響Fe3＋與SCN－的絡合能力比Fe2＋強，且Fe2＋與SCN－反應形成的配合物無色，不影響對Fe(SCN)3紅色的觀察解析解析 (2)實驗ⅰ只加入水，且加入的體積與加入其他試劑的體積相等，目的是進行空白實驗，消除稀釋對溶液顏色的影響；實驗ⅲ色度比ⅱ小的原因還可能是Fe2＋與SCN－反應形成配合物，導致硫氰化鐵的含量降低。(3)對比實驗ⅳ和ⅴ知，兩個實驗只有試劑加入順序不一致，根據(jù)控制單一變量知，X為3mL4mol·L－1的KCl溶液；實驗ⅳ中Fe2＋與SCN－反應形成配合物，有利于碳酸亞鐵固體的溶解平衡正向移動，故實驗ⅳ的紅色比實驗ⅴ深。(4)探究Ⅱ中兩組實驗加入的鹽溶液相同，可避免不同離子對配合物解離的影響。2．(2022·太原市高三期末考試)某學習小組用下圖所示實驗裝置探究SO2與Fe(NO3)3溶液的反應(夾持儀器已省略)?；卮鹣铝袉栴}：(1)儀器X的名稱是_________。(2)滴加70%硫酸之前，先通一段時間CO2，其目的是_____________________________________________________。三頸燒瓶排盡裝置中的空氣，防止實驗時干擾二氧化硫氣體性質(zhì)驗證(3)裝置A中的分液漏斗可改成如圖所示的恒壓滴液漏斗，其優(yōu)點是________________________。(4)開始實驗后，若把少量SO2通入Fe(NO3)3溶液，裝置B中溶液由棕黃色變?yōu)闇\綠色，但立即又變?yōu)樽攸S色，該過程可用離子方程式表示為_______________________________________________________________________________。(5)測定反應后裝置B溶液中Fe2＋的濃度時(只考慮Fe2＋與KMnO4的反應)，用0.01000mol/L的酸性KMnO4溶液滴定20.00mLB中溶液，平均消耗酸性KMnO4溶液的體積為15.00mL，則B中c(Fe2＋)＝____________。平衡壓強，使液體順利流下0.0375mol/L解析3．(2022·呂梁市高三一模)某同學研究濃硝酸與KSCN溶液的反應。資料：Ⅰ.SCN－中S、C、N元素的化合價依次為：－2價、＋4價、－3價。Ⅱ.SCN－的性質(zhì)類似鹵素離子，能被氧化為黃色的(SCN)2，(SCN)2可聚合為紅色的(SCN)x。Ⅲ.NO2可溶于濃硝酸。實驗一：(1)向濃硝酸中滴加KSCN溶液，溶液立即變紅是因為生成了________(填化學式)。(2)研究SCN－的轉化產(chǎn)物。實驗二：a．將實驗一ⅲ中的氣體通入Ba(OH)2和NaOH的混合溶液中，有白色沉淀生成。b．過濾、洗滌白色沉淀，取少量于試管中，加入過量的稀硝酸，沉淀完全溶解，再滴加少量KMnO4溶液，不褪色。c．另取少量實驗一ⅲ中試管內(nèi)的溶液加入BaCl2溶液，產(chǎn)生大量白色沉淀。(SCN)x①通過a，b實驗可知白色沉淀為________(填化學式)。②紅棕色氣體中是否含有SO2？________(選填“有”或“沒有”)，理由是_______________________________________________________________________________。③通過c實驗得到溶液中一定有________。④由上述實驗現(xiàn)象可知：SCN－轉化的最終產(chǎn)物中一定有____________。(3)繼續(xù)研究實驗一ⅲ中“靜置一段時間后，突然劇烈反應，紅色迅速褪去”的原因。BaCO3沒有

向洗凈的白色沉淀中加入過量的稀硝酸，沉淀完全溶解，再滴加少量KMnO4溶液不褪色實驗三：①對比實驗一和實驗三可知能加快濃硝酸氧化(SCN)x的化學反應速率的原因是_______________________________________________________________________。②結合實驗三，從化學反應速率的角度解釋實驗一ⅱ和ⅲ中的現(xiàn)象：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。NO2能加快濃硝酸氧化(SCN)x的化學反應速率(或能催化濃硝酸氧化(SCN)x)

實驗一中存在反應：a.濃硝酸將SCN－氧化成(SCN)x，b.濃硝酸氧化(SCN)x，化學反應速率va＞vb，所以ⅱ中溶液立即變紅；靜置過程中，生成的NO2溶于硝酸，濃度積累到一定程度時，使vb增大，紅色迅速褪去解析4．Ⅰ.磁性材料A由兩種元素組成，為探究其組成和性質(zhì)，設計并完成如下實驗：(1)A的化學式為__________。(2)用化學方程式表示氣體C與氯水反應生成D的過程：_______________________________。(3)B溶于鹽酸后生成的物質(zhì)F可用于凈水，結合離子方程式說明其原因：_______________________________________________________________。Fe3S4Cl2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HClFe3＋＋3H2OFe(OH)3(膠體)＋3H＋，膠體能吸附水中懸浮的雜質(zhì)Ⅱ.某校化學研究性學習小組的同學在學習了氨的性質(zhì)后討論：運用類比的思想，既然氨氣具有還原性，能否像H2那樣還原CuO呢？他們設計實驗制取氨氣并探究上述問題。該小組中某同學設計了下圖所示的實驗裝置(夾持及尾氣處理裝置未畫出)，探究氨氣的還原性：(1)該裝置在設計上有一定缺陷，為保證實驗結果的準確性，對該裝置的改進措施是：______________________________________。(2)利用改進后的裝置進行實驗，觀察到CuO變?yōu)榧t色物質(zhì)，無水CuSO4變藍色，同時生成一種無污染的氣體。NH3與CuO反應生成的紅色物質(zhì)中可能含有Cu2O，寫出氨氣與CuO反應生成Cu2O的化學方程式：__________________________________。(3)已知：Cu2O是一種堿性氧化物；在酸性溶液中，Cu＋的穩(wěn)定性差(Cu＋―→Cu＋Cu2＋)。請你設計一個簡單的實驗檢驗該紅色物質(zhì)中是否含有Cu2O：_______________________________________________________________________________。在裝置A與B之間增加裝有堿石灰的干燥管

取少許樣品，加入稀H2SO4，若溶液出現(xiàn)藍色，說明紅色物質(zhì)中含有Cu2O，反之則沒有某實驗小組同學探究“氧化劑對KSCN檢驗Fe2＋的影響”，進行如下實驗：實驗試劑現(xiàn)象試管滴管(各1滴)2mL0.5mol·L－1FeSO4溶液與1滴0.5mol·L－1KSCN溶液飽和氯水Ⅰ.溶液立即變?yōu)闇\紅色稀硝酸Ⅱ.溶液立即變?yōu)榧t色5%H2O2溶液Ⅲ.溶液立即變?yōu)樯罴t色，無氣體產(chǎn)生排除在此條件下氧氣氧化Fe2＋的可能性2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－繼續(xù)以下實驗：ⅰ.?、裰袦\紅色溶液，________________(填寫實驗操作)，溶液淺紅色消失，從而排除了假設1。ⅱ.向2mL水中滴加1滴0.5mol·L－1KSC