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1、专题六实验方案设计与评价一、实验设计1特点及类型2设计要求实验设计要科学，平安可靠，操作简便，药品经济，现象明显。3一般流程(1)根据某一主题，“发现问题“提出猜想“确定假设；(2)根据假设设计实验方案；(3)通过实验收集证据或实验现象；(4)做出假设是否成立的结论；(5)对结论进行反思与评价。4解题策略(1)分析题给条件，明确实验目的；(2)根据反响原理，选择恰当的仪器和药品；(3)对仪器装置进行科学的连接；(4)制定操作步骤；(5)结合物质性质，根据实验现象，得出正确的结论。温馨提示在进行实验方案设计时要特别注意水的处理。(1)水作为杂质要除去：要先除去其他杂质，后枯燥。(2)水作为产物的
2、检验：先检验水，再检验其他产物。(3)水的定量测量：前后都要排除外来水的干扰。二、实验评价1评价内容实验方案的评价包括实验原理的评价、方案的评价、实验装置的评价、实验操作的评价、实验现象的描述与结论分析的评价等。2评价方法(1)化学反响原理是否正确，是否与实验目的相符；(2)实验装置是否科学、优化、平安；(3)操作方法是否可行，简捷；(4)绿色化学的理念是否符合，对环境是否会造成污染；(5)推理过程是否严密。考向一探究物质成分的实验设计【例1】水田或池塘里常常冒出一些气泡，几位同学决心弄清这种气泡的成分。请你与他们一起完成如下探究：【收集气体】他们设计了如上图所示的取气方法：将空的塑料瓶装满水
3、，倒放在池塘中，瓶口对准水底冒出的气泡进行收集，由于瓶口太小不便于收集，在不换瓶的情况下，你的改进方法是_。【实验探究】如图1，将塑料瓶A中收集到的气体依次通入B、C中，在D处点燃。图1图2：注水装置(1)要将A中的气体通入后面的装置中，应选图2中的_(填序号)。(2)假设B中石灰水变浑浊，那么说明A中含有_气体。(3)装置C作用是_。(4)假设D处倒扣的是干冷的大烧杯，杯壁有水雾出现，有同学认为此现象不能证明收集到的气体中一定含有CH4，理由是_，要排除这种干扰可采取的措施是_。(5)采取(4)中的排除干扰措施后，在D处倒扣涂有澄清石灰水的烧杯，出现浑浊，再在D处倒扣干冷的烧杯，假设杯壁有水
4、雾，那么证明A中肯定含有_，假设杯壁无水雾，那么证明A中肯定含有_。(6)经进一步探究得知，收集的气体是CH4、CO2、CO的混合物，这几位同学拟用以下列图装置，粗略测定取样气体中CO2的含量。装置E中发生的反响方程式是_；假设取样气体为100 mL，装置G读数为65.0 mL，那么取样气体中CO2体积含量约为_%。解析：在不换瓶的情况下，可在瓶口插一个倒扣的漏斗，增大收集气体的速率；(1)注水时不能让A中气体逸出，应选；(2)CO2能使石灰水变浑浊；(3)氢氧化钠可用来吸收气体中的CO2；(4)气体通过溶液时会带走局部水分，为了实验的严谨，应参加枯燥装置，除去水对实验的影响；(5)D处石灰水
5、变浑浊和杯壁有水雾，说明A中肯定含有CH4，假设D处石灰水变浑浊，杯壁无水雾，说明A中肯定含有CO；(6)CO2和NaOH反响生成碳酸钠和水；CO2的体积为100 mL65.0 mL35.0 mL，气体中CO2的体积含量100%35%。答案：在瓶口插一个倒扣的漏斗(或其他合理的答案)(1)(2)CO2(3)除去气体中没反响的二氧化碳(4)水雾有可能是从B、C溶液中带出的在C装置后加一个(浓硫酸)枯燥装置(5)甲烷(CH4)一氧化碳(CO)(6)CO22NaOH=Na2CO3H2O35方法归纳解答此类题目的关键是明确各装置的作用和特征物质的相关反响；通过对实验数据进行分析，得出结论。考向二仪器组
6、合装置的实验设计【例2】如以下列图所示，老师在演示用过氧化氢和二氧化锰制取氧气的实验中，收集完氧气后，反响还在继续进行。小明同学认为，这个装置的缺点是不能控制反响随时发生、随时停止，造成了药品的浪费。为了解决小明提出的问题，请你对原实验装置加以改进，或设计新的简易实验装置，以便有效地控制过氧化氢的分解反响。友情提示：你可从以下用品中选取，也可自行选用其他仪器。请你至少写出两种方案：方案一：_；方案二：_。解析：要想控制过氧化氢分解反响，就要控制过氧化氢与二氧化锰的接触，方法有很多，如将长颈漏斗改用注射器或分液漏斗，逐滴参加过氧化氢，或将二氧化锰装入布袋中，通过抽动连在小袋子上的铁丝来控制二氧化
7、锰与过氧化氢的接触，方法合理即可。答案：(1)将长颈漏斗改用分液漏斗(2)将长颈漏斗改用注射器(3)将长颈漏斗改用胶头滴管(4)选用盛装二氧化锰的小布袋，将连在小袋子上的铁丝穿过橡皮塞并上下抽动(5)仿启普发生器原理的简易实验装置(答案合理即可)方法归纳解答此类试题时，一般应考虑以下几点：(1)根据实验目的选择适宜的药品；(2)根据药品的性质设计合理的装置、选择所需的仪器；(3)检验评价实验设计的装置是否操作简便、平安可控等。考向三对不同实验方案的评价【例3】以下实验设计能到达实验目的的是()。选项ABCD实验设计实验目的验证二氧化碳与水反响生成碳酸确定石蜡成分中含有碳元素探究可燃物燃烧需要氧
8、气和温度到达着火点证明铁生锈是水和氧气共同作用的结果解析：此题是对实验设计做出评价。二氧化碳与水反响无明显现象，故A设计不能到达目的；冷碟子罩在石蜡的火焰上，底部会出现黑色的碳，由此可确定石蜡的成分中含有碳元素，故B设计正确；C设计只能验证可燃物燃烧需要温度到达着火点，要验证需要氧气，还需在烧杯内放一块白磷，故达不到目的；D设计只能证明铁生锈与氧气有关，无法证明与水有关，故达不到目的。答案：B方法归纳进行方案评价时一般从以下几个方面入手：(1)方案在理论上是否科学合理，具有严密性；(2)在满足平安性的前提下，操作上是否简单易行；(3)从经济角度评价，是否节约试剂、降低本钱和提高产量；(4)从环
9、境角度考虑，是否会造成环境污染等。1文文的家庭化学实验室有如下物品：试管烧杯煤气和煤气炉托盘天平筷子铁钉食盐食醋澄清石灰水牵牛花汁水饮料吸管胶头滴管小勺。只利用这些物品不能完成的实验是()。A探究人体吸入的空气和呼出的气体中CO2含量的不同B探究牵牛花汁是否可作指示剂C探究加速食盐溶于水的有效方法D探究铁钉锈蚀的条件2鉴别以下各组物质，所用试剂不正确的选项是()。待鉴别的物质鉴别试剂A稀盐酸和稀硫酸BaCl2溶液B硝酸铵固体和氢氧化钠固体水C氯化钠溶液和碳酸钠溶液酚酞试液D氧气、二氧化碳、氮气燃着的木条3.某气体可能含有水蒸气、CO、H2中的一种或几种。为了确定其成分，最正确的方案是将气体依次
10、通过装置()。A甲、乙、丙B丙、乙、甲C丙、甲、乙、丙D丙、甲、丙、乙4在实验室里进行物质制备，以下用原料及有关试剂分别制取相应的最终产物的设计中，理论上正确、操作上可行、经济上合理的是()。5小明为了鉴别氢氧化钠溶液和澄清石灰水，设计了A、B、C三种方法(如下列图)，其中可行的是_。小华同学用图D所示方法也能到达鉴别目的，那么R物质是_。6现有如以下列图所示的实验装置：现有稀硫酸、CuO、Fe粉三种物质，请设计两种制取铜的实验方案。填写下表。实验方案有关反响的化学方程式选用装置(填字母代号)方案一方案二在以上两个设计方案中，你认为_操作更合理，更简便。7请根据以下列图答复以下问题：(1)仪器
11、A的名称是_，仪器B的名称是_。(2)用KClO3与MnO2混合制取和收集纯洁O2，应选用上图中的_(填序号)，反响的化学方程式_。(3)实验室制取和收集CO2，应选用上图中的_(填序号)，反响的化学方程式_；如何检验已集满一瓶CO2气体_。(4)以下列图为某同学组装的制取H2并复原CuO的实验装置，请你指出其中的错误；。(1)实验中C装置内发生反响的化学方程式为_。(2)实验中选择纯洁的氧气而不用空气的原因是_。(3)为分别吸收纸袋充分燃烧的产物，并通过清晰可见的现象检验吸收是否完全，以上实验装置正确的连接顺序是：A()()()()(填写装置的字母代号)。(4)将实验装置正确连接之后，确认气
12、密性良好。充分燃烧16.2 g纸袋样品，测得相关实验数据见下表(假定燃烧产物被完全吸收，灰烬质量忽略不计)。装置实验前装置的质量实验后装置的质量B200.0 g200.0 gC210.0 g234.2 gD220.0 g229.0 gE210.0 g212.2 g通过分析和计算可推断得出，纸袋样品中_(填“含或“不含)氧元素，其碳、氢两种元素的原子个数的最简整数比为_。猜想设计的实验步骤可能的现象与结论猜想一：可能是氢氧化钠溶液用试管取少量样品，向其中滴入两滴酚酞溶液假设酚酞溶液变为红色，那么猜想成立。假设酚酞溶液无明显变化，那么猜想不成立猜想二：用试管取少量样品，向其中先滴入适量的用硝酸酸化
13、的硝酸钡溶液，然后滴入硝酸银溶液假设溶液先没有明显变化，后出现白色沉淀，那么猜想成立。假设与上述现象不同，那么猜想不成立猜想三：用试管取少量样品，向其中先参加适量盐酸酸化，然后滴入氯化钡溶液假设溶液先没有明显变化，后出现白色沉淀，那么猜想成立。假设与上述现象不同，那么猜想不成立请你参与这一探究活动，根据上表答复以下问题：(1)小宏的猜想二是_。如果猜想成立，那么产生沉淀的化学反响方程式为_。(2)小宏的猜想三是_。如果猜想成立，那么产生沉淀的化学反响方程式为_。(3)小宏同学对猜想一所描述的实验现象和得出的结论是否正确请判断并说明理由。_。(4)除了小宏的三种猜想，请你再补充一种猜想，模仿上述
14、过程，设计简单的实验方案并验证你的猜想，将有关内容填入下表。你补充的猜想设计的实验步骤可能的现象与结论10.某兴趣小组的同学探究浓硫酸与铁钉(碳素钢)反响后产生气体的成分。C与浓硫酸反响，加热，有CO2和SO2生成SO2可使澄清石灰水变浑浊SO2可使品红溶液的红色褪去，而CO2不能SO2可与酸性KMnO4溶液反响使其褪色，而CO2不能碱石灰的主要成分为NaOH和CaO【实验探究】(1)称取24.0 g铁钉放入60.0 mL浓硫酸中，加热，充分反响后得到溶液X并收集到气体Y。甲同学通过实验测定并推知气体Y中SO2气体的体积分数为66.7%。同学们认为气体Y中还可能含有H2和Z气体，那么Z气体可能
15、是_。探究实验的主要装置如下列图。(2)装置A中试剂的作用是_。甲(4)实验中，如果观察到装置D中_，且装置E中_，那么可确认Y中含有H2气体。(5)如果需要测定限定体积气体Y中H2的含量(H2约为0.01 g)。除可用测量H2体积的方法外，_(选填“能或“不能)用称量图中装置D、装置E的质量变化的方法，通过计算说明你判断的理由。参考答案专题提升演练1D探究铁钉锈蚀的条件需要做三个比照实验：是铁钉在枯燥的空气中；是铁钉在水中；是铁钉既与水又与空气或氧气接触；物品中缺少枯燥剂，无法做比照实验，故D不能。2D用燃着的木条鉴别O2、CO2和N2无法鉴别出CO2和N2。3D丙检验原混合气中的水蒸气甲C
16、O、H2与CuO反响转化为H2O或CO2丙检验是否有H2O生成乙检验是否有CO2生成。4DA选项，CCOCO2的转化在操作上不方便，经济上不划算；B选项，CuCuNO32溶液的转化在经济上不划算；C选项，FeFe2O3在理论上不合理；D选项，以生石灰和水为原料制得熟石灰，再与纯碱反响制得烧碱NaOH，理论上合理，操作上方便，经济上也划算。5答案：B二氧化碳或CO2解析：A中参加盐酸都没有明显现象；B中参加碳酸钠溶液，产生白色沉淀的是石灰水，无明显现象的是氢氧化钠；C中氢氧化钠溶液和石灰水均呈碱性，都能使紫色石蕊试液变蓝色；D中，从图示看是通入某种气体，因二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，而与氢氧化
17、钠溶液反响无明显现象，因此可以通入二氧化碳气体进行区分。6答案：方案一FeH2SO4=FeSO4H2H2CuOCuH2OB、C方案二CuOH2SO4=CuSO4H2OFeCuSO4=CuFeSO4D、E方案二解析：由于设计实验方案的根本要求是根据实验目的，确定实验方案，根据化学反响选择适宜的试剂，然后确定实验仪器和装置，并由此确定操作步骤。因此根据此题现有物质铁、硫酸和氧化铜，可考虑：方案一：FeH2SO4=FeSO4H2，H2CuOCuH2O，选择制H2及H2复原氧化铜的装置。方案二：CuOH2SO4=CuSO4H2O，FeCuSO4=FeSO4Cu选用烧杯及玻璃棒进行CuO与H2SO4、F
18、e与CuSO4反响，蒸发装置烘干Cu。7答案：1试管长颈漏斗2ACDH2KClO32KCl3O23ABEFCaCO32HCl=CaCl2H2OCO2将燃着的木条伸到集气瓶口，假设火焰熄灭，那么已集满4长颈漏斗未插入液面下盛CuO的试管口未向下倾斜通H2的导管未伸到装CuO的试管底部写改正错误的也可解析：1仪器A为试管，仪器B为长颈漏斗；2用KClO3与MnO2制O2，需要加热，应选用试管、铁架台带铁夹、酒精灯、单孔橡皮塞、导管、橡皮管，O2难溶于水，要收集纯洁的O2，需用排水法收集；3用大理石或石灰石与稀盐酸反响制CO2，反响常温下进行，选用试管、长颈漏斗、双孔塞、导管、橡皮管、止水夹；CO2
19、的密度比空气大，能溶于水，选用F装置收集；用燃着的木条放在瓶口，检验是否已集满；4由图中可知，长颈漏斗未插入液面下，产生的H2会从长颈漏斗中逸出，盛CuO的试管口未向下倾斜，通H2的导管未伸到装CuO的试管底部。8答案：1CO22NaOH=Na2CO3H2O2防止空气中的二氧化碳和水蒸气对实验测定的干扰3DBCE4含35解析：1因纸袋的组成成分中含有碳、氢元素，纸袋燃烧会生成二氧化碳和水，故C装置的作用是吸收二氧化碳，反响的化学方程式为CO22NaOH=Na2CO3H2O；2因空气中含有二氧化碳和水，可影响该实验的测定结果，故不用空气而用纯洁氧气；3连接的装置顺序应考虑每经过一个装置后的气体成
20、分对后续的实验结果无干扰；4D装置吸收生成的水，B装置吸收并检验水的存在，B装置质量无变化，说明生成的水全部被D装置吸收，故生成水的质量为229.0 g220.0 g9.0 g，含氢元素的质量为9.0 g100%1.0 g；C装置吸收生成的二氧化碳，E装置吸收并检验二氧化碳的存在，故生成二氧化碳的质量为234.2 g210.0 g212.2 g210.0 g26.4 g，含碳元素的质量为26.4 g100%7.2 g，由于纸袋的质量16.2 g大于所含碳、氢元素质量之和1.0 g7.2 g8.2 g，故纸袋中一定含有氧元素，其碳、氢原子个数比为35。9答案：1可能是氯化钠溶液NaClAgNO3
21、=AgClNaNO32可能是硫酸钠溶液Na2SO4BaCl2=BaSO42NaCl3不正确；使酚酞试液变红的不一定是氢氧化钠溶液，碳酸钠溶液等也可使其变红4你补充的猜想设计的实验步骤可能的现象与结论可能是碳酸钠溶液或者碳酸氢钠溶液等用试管取少量样品，向其中滴入适量的稀硫酸假设能产生无色无味的气体，那么猜想成立。假设无明显变化，那么猜想不成立解析：从猜想二的实验设计看，检验所用试剂是先用硝酸酸化的硝酸钡，即参加Ba2，假设溶液中无明显现象，说明其中无SO，然后参加硝酸银溶液，假设有白色沉淀，那么其中含有Cl；从猜想三的实验设计看，先参加适量盐酸，假设无明显现象，那么证明溶液中无CO，然后滴加氯化
22、钡溶液，有沉淀生成，说明溶液中含有SO；在小宏的猜想一中，仅凭溶液能使酚酞变红就说明该溶液是NaOH不合理，因为能使酚酞试液变红的溶液不一定是NaOH溶液，也可能是其他碱性溶液，如Na2CO3溶液等。10答案：1CO22除去SO23BC澄清石灰水4黑色固体出现红色白色固体出现蓝色5能可用电子天平称量出装置D或装置E的差量或不能因为实验室中托盘天平只能准确称量到0.1 g由生成水的质量可知：水中含有的氧元素质量为0.09 g0.01 g0.08 g，那么参加反响的CuO中氧元素的质量为0.08 g；反响前后，装置D中的质量变化为参加反响的CuO中氧元素的质量，装置E的质量变化为生成水的质量，装置
23、D、装置E的质量变化分别为0.08 g和0.09 g。解析：1因为制作铁制品的材料通常是铁碳合金，即铁钉的成分中含有碳元素，浓硫酸具有强氧化性，能将碳氧化为二氧化碳，故可推断Z气体可能为二氧化碳；2酸性高锰酸钾溶液可与二氧化硫反响，即可除去二氧化硫；可通过澄清石灰水确定二氧化碳的存在，因二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊，为排除二氧化硫的干扰，还不能影响二氧化硫的检验，应将装置甲接入B、C之间；根据H2CuOCuH2O，假设D中黑色固体出现红色氧化铜被复原为铜，E中白色固体出现蓝色证明有水生成，可确认Y中含有氢气；5根据化学方程式的计算，可计算出装置D、装置E的质量变化分别为0.08 g和0.09 g，能否通过称量的方法，取决于所用仪器天平的精确度，普通托盘天平只能准确称量到0.1 g，显然无法称量出装置D、装置E的质量变化，但更精确的电子天平，那么是可以称量的。