1、專題七 簡單實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計與評價歸納整理通過實(shí)驗(yàn)活動，探討研究并解決科學(xué)研究、生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護(hù)中面臨的一些問題是化學(xué)學(xué)科永恒的主題。在學(xué)習(xí)中，要求同學(xué)們能根據(jù)實(shí)際情況提出問題、設(shè)計實(shí)驗(yàn)研究問題、解決問題，在實(shí)踐活動中鞏固知識、提高認(rèn)識、增強(qiáng)能力。1.實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計實(shí)驗(yàn)設(shè)計考查的發(fā)展方向是以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，聯(lián)系科學(xué)研究、生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護(hù)的實(shí)際去發(fā)現(xiàn)并提出問題、設(shè)計實(shí)驗(yàn)去探討和解決實(shí)際問題并得出科學(xué)的發(fā)現(xiàn)和結(jié)論，它包括物質(zhì)的制備、物質(zhì)的鑒別、物質(zhì)的分離、物質(zhì)的組成分析、氣體的凈化與轉(zhuǎn)化等的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計。設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案的試題大多思考性、綜合性較強(qiáng)，解答時必須聯(lián)系自己掌握的基礎(chǔ)知識和技能，在進(jìn)

2、行適當(dāng)?shù)念惐?、遷移、重組后從已知條件出發(fā)，找到解決問題的突破口，設(shè)計出合理的實(shí)驗(yàn)步驟。2.實(shí)驗(yàn)方案的評價實(shí)驗(yàn)方案的評價包括實(shí)驗(yàn)原理及方案的評價、實(shí)驗(yàn)裝置的評價、實(shí)驗(yàn)操作的評價、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述與結(jié)論分析的評價等。進(jìn)行評價時一般從這幾個方面入手：理論上是否正確、操作上是否簡便、會不會造成環(huán)境的污染、所需藥品或原料的來源是否豐富、實(shí)驗(yàn)方案是否安全等等。實(shí)驗(yàn)評價的考查范圍包括對課本中重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的評價，對為解決科學(xué)研究、生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護(hù)中所出現(xiàn)的實(shí)際問題所設(shè)計出的實(shí)驗(yàn)方案的評價。問題探究問題1某工廠的廢水只含硫酸鎂和少量硫酸，課外活動小組以此作為課題，探討如何從中回收純凈的硫酸鎂固體。他們設(shè)

3、計了兩種不同的方案，請你參加討論： (1)方案一，選用鎂粉為試劑。 往廢水中逐次加入鎂粉，當(dāng)觀察到 時，說明加入鎂粉的量已經(jīng)足夠。此過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 ； 接下來的操作方法依次是 和 ；(2)方案二，選用氫氧化鈉溶液為試劑。 向廢水中逐滴加入氫氧化鈉溶液，當(dāng) 時，停止滴入氫氧化鈉溶液。此過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 ； 為了得到純凈的硫酸鎂溶液，接著應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是(請簡要寫出操作過程) ； ，得到硫酸鎂固體。(3)比較兩個方案，假設(shè)實(shí)驗(yàn)中都沒有損耗，那么，最后得到的硫酸鎂固體的質(zhì)量是否相同? ，原因是 。(4)請你繼續(xù)探究，設(shè)計新的方案(使用的試劑必須是與鎂粉和氫氧化鈉屬不同類別)：

4、你選用的一種試劑是(寫化學(xué)式) ；該試劑發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。分析 此題較為綜合，即考查了基本的化學(xué)反應(yīng)，又考查了實(shí)驗(yàn)操作，還考查了新的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計。此題能體現(xiàn)同學(xué)們綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，為同學(xué)們今后設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案奠定基礎(chǔ)。請同學(xué)們對從硫酸鎂和少量硫酸的混合溶液中回收純凈的硫酸鎂固體的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行討論，需要同學(xué)們熟悉有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作。答案(1)鎂粉有剩余，溶液中不再有氣泡產(chǎn)生 Mg+H2SO4=MgSO4+H2過濾，蒸發(fā) (2)不再生成沉淀 H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O MgSO4+2NaOH=Mg(OH)2+Na2SO4過濾，取出沉

5、淀，加入稀硫酸，至沉淀恰好完全溶解 (3)不同，方案一中加入鎂粉，增加了硫酸鎂的質(zhì)量 (4)MgO，Mg0+H2SO4=MgSO4+H2O(還可能有其它合理答案)。問題2某?；瘜W(xué)課外興趣小組的同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)課上展示了一套如右圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置（假設(shè)每步化學(xué)反應(yīng)都完全，氧化鐵樣品中的雜質(zhì)不參加反應(yīng)）。查閱資料：草酸在濃硫酸存在時加熱發(fā)生如下反應(yīng)：H2C2O4 CO+CO2+H2O通過討論，同學(xué)們對這套裝置有了多種認(rèn)識。（1）第一小組同學(xué)說：從實(shí)驗(yàn)安全和實(shí)驗(yàn)操作程序看,首先要檢查裝置的氣密性,實(shí)驗(yàn)開始先加熱_（填A(yù)或D）處，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，應(yīng)_（填先或后）停止D處的加熱；從環(huán)保的角度講，在E裝置后還應(yīng)

6、對尾氣進(jìn)行處理，其方法是： 。（2）第二小組的同學(xué)說：用該實(shí)驗(yàn)裝置可以檢驗(yàn)一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)的產(chǎn)物，其中B裝置的作用_ ；E裝置的作用_ ；一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式為 _ _ _。（3）第三小組的同學(xué)說：利用這套裝置還可以測定氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。他們的測定方法是：稱量氧化鐵樣品的質(zhì)量10.0 g，樣品與玻璃管的總質(zhì)量為60.0 g,完全反應(yīng)并冷卻后再稱量玻璃管與剩余固體的總質(zhì)量為57.6 g。計算實(shí)驗(yàn)測得氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 。（4）第四小組同學(xué)說：利用這套裝置還有另外測定樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法：先稱量氧化鐵樣品的質(zhì)量,再分別稱量E裝置在反應(yīng)前后的總質(zhì)量，即

7、可計算求得樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。但按此方法實(shí)際實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果卻偏大，分析造成偏大的原因可能是 。分析本題較好的體現(xiàn)了“理在書中，題在書外”，掌握好書本知識是解題的基礎(chǔ)；利用化學(xué)計算的某些原理對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是該題提出的能力要求；能否根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體情景對某些問題作出正確的分析體現(xiàn)了同學(xué)們思維的境界。本題（1）、（2）兩問的思維原點(diǎn)為課本中重點(diǎn)出現(xiàn)的“一氧化碳還原氧化鐵”這一重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)；解答第（3）問，須運(yùn)用“反應(yīng)前固體的質(zhì)量之差=參加反應(yīng)的氧化鐵中氧元素的質(zhì)量”；解答第（4）問需要考慮裝置E和空氣相連通這一具體的實(shí)驗(yàn)情景。答案（1）A 、先 、點(diǎn)燃或用氣球收集 （2）除去CO2；檢

8、驗(yàn)CO與Fe2O3反應(yīng)生成的二氧化碳；3CO+Fe2O32Fe+3CO2 （3）80 （4）原裝置中空氣含有的二氧化碳被E裝置吸收問題3請完成以下探究過程：問題：如何鑒定孔雀石Cu2(OH)2 CO3加熱分解的產(chǎn)物?假設(shè)：假設(shè)孔雀石加熱分解的產(chǎn)物是H2O、CO2和CuO。設(shè)計實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：按右圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明分解產(chǎn)物中有H2O和CO2 。該裝置的連接順序是：a接 ， 接 ；按此順序連接的理由是： 。實(shí)驗(yàn)：請你設(shè)計實(shí)驗(yàn)，證明孔雀石完全分解后，試管中剩余的黑色固體是CuO(用圖示或文字說明均可)： ?，F(xiàn)象和結(jié)論：實(shí)驗(yàn)中：U形管中的無水硫酸銅變成藍(lán)色，證明產(chǎn)物中有 ；證明產(chǎn)物中有CO2的現(xiàn)象是 。實(shí)驗(yàn)

9、中(你設(shè)計的)：因?yàn)橛?現(xiàn)象，所以黑色固體中有銅元素；因?yàn)橛?現(xiàn)象，所以黑色固體中有氧元素；由此可得到結(jié)論：產(chǎn)物中有CuO。 分析熟悉各套裝置的功能、知道混合氣體中各種成分檢驗(yàn)的方法及實(shí)驗(yàn)的先后順序、靈活運(yùn)用有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)是解答此類問題所必須具備的基礎(chǔ)或能力。要對混合氣體中的各種成分進(jìn)行檢驗(yàn)須遵循“先驗(yàn)水，后驗(yàn)其它”的原則，其中檢驗(yàn)水用無水硫酸銅，檢驗(yàn)二氧化碳用澄清石灰水。答案設(shè)計實(shí)驗(yàn)：d e b (或e，d，b) 必須先通過無水硫酸銅檢驗(yàn)水蒸氣，否則，因澄清石灰水中水的揮發(fā)或冷凝作用而干擾原產(chǎn)物中水蒸氣的檢出；氣體通過澄清石灰水時須遵循長進(jìn)短出的原則。 待反應(yīng)后的試管冷卻，拔下橡皮塞，用一根

10、長導(dǎo)管向黑色固體通氫氣，一會兒，加熱試管，當(dāng)看到黑色固體變紅，試管口有水珠時，停止加熱，冷卻，停止通入氫氣(本問題是開放的：用圖示、或其他合理解答均可) 現(xiàn)象和結(jié)論：H2O(水) 澄清石灰水變渾濁 試管中黑色固體變紅色 試管口有水珠出現(xiàn) (解答要與設(shè)計實(shí)驗(yàn)相匹配)學(xué)以致用1.將一塊光亮的純銅片放在酒精燈火焰上灼燒，表面變黑。對黑色物質(zhì)的來源，提出你的二個預(yù)測（假設(shè)），并設(shè)計一個或幾個實(shí)驗(yàn)來證明你預(yù)測的正確性。預(yù)測序號實(shí)驗(yàn)步驟和方法現(xiàn)象和結(jié)論預(yù)測1：可能來源于 預(yù)測2：可能來源于 2.用珍珠（主要成分CaCO3）加工成的“珍珠粉”是一種名貴中藥材、保健品，可近年來市場上出現(xiàn)了一些假冒的“珍珠粉”

11、，僅用肉眼觀察難辨真假。為了向消費(fèi)者提供鑒別方法，須找出真假“珍珠粉”理化性質(zhì)上的差異。工商局提供了真、假“珍珠粉”樣品，請你展開探究：（只要寫出猜想、方案，不需要說出方案實(shí)施的具體結(jié)果）猜想一： 真、假“珍珠粉”的氣味可能不同 。方案一： 取樣，分別聞一聞它們的氣味，分辨氣味有無差異 。猜想二： 。方案二： 。猜想三： 。方案三： 。3.實(shí)驗(yàn)室可以選用下圖所示的裝置，制取二氧化碳?xì)怏w(混有氯化氫、水蒸氣)和進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)，回答下列問題：(1)寫出制取二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式 ；(2)如果要證明制得的氣體中混有氯化氫氣體，應(yīng)把A裝置與E裝置連接，E裝置中觀察到的現(xiàn)象是 ，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式

12、： ；(3)如果要驗(yàn)證制得的氣體是二氧化碳，除A裝置外，還應(yīng)選用上述裝置中的 (填裝置序號，下同)。(4)如果要收集一瓶純凈、干燥的二氧化碳?xì)怏w，請從上述各裝置中選擇適當(dāng)?shù)难b置進(jìn)行連接，連接順序是 ，其中B裝置中濃硫酸的作用是 。4.為驗(yàn)證Fe、Ag、CU的活動性順序，小紅同學(xué)用了三種試劑（其中只有一種鹽溶液）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，小朗同學(xué)用了與小紅完全不同的三種試劑（其中有兩種鹽溶液）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，她們都取得了相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。請寫出兩位同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中所用的試劑的化學(xué)式：（1）小紅同學(xué) ；（2）小朗同學(xué) 。 5.課堂上同學(xué)們利用甲圖裝置做過氧化氫分解實(shí)驗(yàn)時，帶火星的木條很難復(fù)燃，于是老師加了一個u形管，如乙圖，

13、帶火星的木條較易復(fù)燃。請回答：（1）寫出實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的化學(xué)方程式：_。（2）改用乙裝置后能使帶火星的木條復(fù)燃的原因：_。（3）根據(jù)(2)中推測的原因，請你設(shè)計一個新的改進(jìn)裝置（可用圖示或用文字?jǐn)⑹龈倪M(jìn)要點(diǎn)）。6.我國青海湖地區(qū)素有“夏天曬鹽，冬天撈堿”之說，其中撈出的堿主要是碳酸鈉和少量氯化鈉的混合物。小王同學(xué)以撈出的堿作為樣品，并用以下一套裝置對樣品進(jìn)行分析，根據(jù)量筒中收集到的液體的體積（相當(dāng)于二氧化碳的體積）來計算樣品中碳酸鈉的含量。（已知：HCl+NaHCO3=NaCl+CO2+H2O；CO2在飽和NaHCO3溶液中溶解度很?。?）在A和B 兩套裝置中，哪一套裝置更合理_（選填“A”

14、或“B”）。（2）準(zhǔn)確讀取量筒內(nèi)液體體積的方法是_。（3）錐形瓶中原有的空氣對實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否有明顯影響？ _（填“有”或“沒有”）。（4）若實(shí)驗(yàn)中用的鹽酸是濃鹽酸，則測得的樣品中碳酸鈉的含量與實(shí)際值相比會_（填“偏大”或“偏小”或“不變”）。（5）在實(shí)驗(yàn)過程中，對取用樣品的量的多少有一定要求，為什么？_。1. 預(yù)測序號實(shí)驗(yàn)方案結(jié)論和解釋預(yù)測1：由銅與氧氣反應(yīng)生成氧化銅 將銅片放入試管中加熱，觀察現(xiàn)象。若銅片上仍有黑色物質(zhì)出現(xiàn)，說明預(yù)測1正確。預(yù)測2：由酒精不完全燃燒，產(chǎn)生的碳 （可能的實(shí)驗(yàn)方案還有：（1）用酸或H2、CO等，檢驗(yàn)預(yù)測假設(shè)的成分；（2）冷卻后，用軟布輕擦黑色物質(zhì)。）提示：黑色物質(zhì)有可能與銅本身有關(guān)（氧化銅），也可能來源于酒精不完全燃燒產(chǎn)生的炭黑。2.猜想：真假“珍珠粉”在水中的溶解性可能不同；方案：取樣，分別加入適量水中并攪拌，觀察它們?nèi)芙庑杂袩o差異。猜想：真假“珍珠粉”與酸反應(yīng)現(xiàn)象可能不同；方案：取樣，分別加入適量稀鹽酸，觀察現(xiàn)象有無差異。猜想：真假“珍珠粉”灼燒后可能有不同現(xiàn)象；方案：取樣，在酒精燈火焰上灼燒片刻，觀察色態(tài)變化。3.(1)CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2(2)出現(xiàn)白色沉淀，AgNO3+HCl=AgCl+HNO3 (3)E、C (4)A、E、B、D，干燥二氧