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1、专 题 三 实验方案的设计和评价名师考点精讲I考I点I扫I描I考 点 1科学探究 必考科学探究的一般步骤:(1)发现问题一(2)作出猜想(假设)一(3)制订计划(4)进行实验一(5)搜集证据一(6)解释与结论一(7)反思与评价一(8)表达与交流(知识的迁移与拓展)。作为探究题，一般并不需要完全具备以上八个步骤，常因题目的需要而选择其中重要的步骤呈现。特别提醒解答科学探究题的注意事项(1)不要答非所问:一般而言,最终的结论与开始的猜想与假设有一致性，至少也应有一定的关系。(2)注意猜想或假设的合理性:虽然猜想和假设有很多可能，但是所给的猜想与假设不能脱离题目给出的条件。(3)正确选择实验用品:首
2、先弄清实验原理;其次设计实验方案需紧扣假设;最后正确选择仪器和药品。(4)答题的发散性:探究性试题往往在假设的提出、方案的设计等方面的答案并非唯一。典例1 (2 019 安徽)某兴趣小组为探究金属活动性强弱，分别做了镁、铝、铜与稀盐酸反应的实验。(1)比 较 金 属 活 动 性 强 弱:铝 比 铜(填“强”或“弱”)。写出镁与稀盐酸反应的化学方程式:O(2)小芳同学做镁与稀盐酸反应的实验时,发现试管中出现灰白色沉淀，该小组同学对灰白色沉淀的成分进行如下探究。【提出假设】假设一:含有氯化镁；假设二:含有镁粉；假设三:含有氢氧化镁;【查阅资 料】氯化镁易溶于水。在一定条件下，镁可与冷水缓慢反应。【
3、设计并进行实 验】各取少量灰白色沉淀加入2支试管中，进行如下实验。编号实验操作实验现象实 验1加入适量蒸饱水，搅拌 沉淀未见减少实验2加入适量稀盐酸沉淀全部溶解，没有气泡产生【得出结论】由 实 验1可知，假设 不成立;由实验2可知，沉淀中不含 o假设三（填“成立”“可能成立”或“不成立”）。【实验反思】实验后同学们请教老师得知，灰白色沉淀的主要成分是碱式氯化镁，碱式氯化镁受热易分解产生氯化氢气体。于是小芳再取少量灰白色沉淀于试管中加热，并将蘸有紫色石蕊溶液的滤纸条悬于试管口，预期的实验现象是 O（3）为探究镁与稀盐酸反应生成碱式氯化镁的条件，该小组同学进行了如下实验:在小烧杯中加入一定量的稀盐
4、酸和去除氧化膜的镁带,观察实验现象，并 测 量溶液pH的变化。结果见下表。时间/m i n 02481216 2024溶液p H2.0 5.37.08.6 9.3 9.810.010.0实验现象镁带溶解较快，产生大量气泡,无沉淀生成镁带缓慢溶解，产生气泡速度减慢，溶液变浑浊，烧杯底部有灰白色沉淀根据表中信息回答下列问题。请 描 述 溶 液pH变化的规律并解释原因:.请对生成碱式氯化镁的条件提出猜想，并设计实验证明猜想:。【解 析】（1）铝的金属活动性比铜强。镁与稀盐酸反应会生成氯化镁和氢气,反应的化学方程式为M g+2H C 1 M g C b+F L f。（2）【得出结论】由氯化镁易溶于水和
5、实验1中的现象可知，灰白色沉淀中不含氯化镁，即假设一不成立;镁与稀盐酸反应会有氨气产生.由实验2中的现象可知，沉淀中不含镁粉，即假设二不成立;假设三符合实脸1、2的现象，可能成立。【实验反思】由于灰白色沉淀的主要成分是碱式氯化镁，碱式氯化镁受热易分解产生氯化氢气体.氯化氢气体溶于水会形成盐酸，从而使紫色石蕊溶液变红，因此，预期的实验现象是滤纸条变红。（3）由题表信息可知,溶液的pH逐渐增大，最后溶液由酸性变为碱性，同时可以观察到反应前期溶液pH变化较快,反应后期溶液pH变化较慢,20 m i n后 溶 液p H不变。溶 液pH产生这种变化的原因是由于盐酸显酸性,刚开始时溶液pH小 于7,随着反
6、应的进行,盐酸逐渐被消耗，当盐酸恰好被消耗完时，溶 液pH等 于7。由题意可知，当盐酸反应完后,镁在溶液中继续与水反应，生成碱性物质，使得溶液显碱性,最后反应结束。金属镁过量是生成碱式氯化镁的条件，设计实验时要注意控制变量。【答案】强 Mg+2H C 1 Mg C b+H 2T（2）-镁 粉 可能 成 立 滤 纸 条 变 红（3）溶 液p H逐渐增大,最后呈碱性;反应前期p H变化较快，反应后期p H变化较慢，最 后p H不变。因为前期盐酸浓度较大，反应较快;随着反应的进行，盐酸逐渐被消耗，但镁在溶液中继续与水缓慢反应，生成碱性物质，最后反应完成猜想:金属镁过量。设计实验:取两只烧杯,各加入等
7、量的稀盐酸，分别加入少量和过量去除氧化膜的镁带，观察现象，如果前者无沉淀而后者有沉淀,证明猜想成立（合理即可）针对训练1.黄铜（铜和锌的合金）外观与黄金十分相似，但黄铜在潮湿的空气中长时间放置会产生铜绿，而黄金就不会。某化学兴趣小组的同学，对一件生满了铜绿的制品展开了探究活动。【实验探究】用小刀刮下铜绿,放入隔绝空气的容器内加热，生成了黑色固体氧化铜、水和能使澄清石灰水变浑浊的无气味气体。取一小块表面有铜绿的黄铜片放入稀硫酸中（如 图A）,观察到有气泡产生，溶液变蓝。通过实验探究可知.铜绿由4种元素组成。【提出问题1】实验探究中生成的气体是什么？【猜想与假设】假设一:生成的气体是C 0 2；假
8、设二:生成的气体是H2;假设三:生 成 的 气 体 是C O 2和H?。【实验 验 证1】同学们又连接了如图所示的装置进行验证：A中反应较长时间后,再点燃D处的酒精灯.。观 察 到B中澄清石灰水变浑浊,D处气体燃烧产牛.淡蓝色火焰 现象,则证明假设三成立。若 在A的样品中加入稀硫酸后，立即点燃D处的酒精灯,可能造成的结果 是 发 生 爆 炸。【提出问题2 1 A中反应后溶液呈蓝色，其中溶质有哪些？某同学认为蓝色溶液中可能含有C u S C h和H 2 s o 4。【实验验证2 为证明蓝色溶液中可能存在C u S 0 4和H 2 s 0 4,同学们进行了如下实验。实验操作实验现象实验结论取少量蓝
9、色溶液于有气泡产溶质中一定含有H 2 s o 4你认为上述反应后溶液中还存在的金属离子是上上(写离子符号)。试管中，加入过量打磨过的锌片有红色物质析出.蓝色溶液逐逝变成无色溶质中一定含有CuSO4考点2实验方案的设计 5 年 5 考1.实验方案的设计原则(1)科学性:实验原理、实验操作程序和方法正确。(2)可行性:切实可行，所选用的药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。(3)安全性:设计实验时，应尽量避免使用有毒的药品和进行有一定危险性的实验操作。(4)简约性:要尽可能简单易行，应选用简单的实验装置、用较少的实验步骤和实验用品，在短时间内完成实验。(5)创造性:有创新意识
10、。2.实验方案的内容(1)一个比较完整的化学实验方案，一般包括以下几个内容:实验目的;实验原理;实验用品(包括仪器和药品等)及规格;实验装置、实验步骤、操作方法及注意事项;实验现象及结论;反思与交流。(2)对于给出实验目的,要求设计实验方案的试题一般可以按以下思维程序进行:根据实验目的,确定实验原理(或假设);根据实验原理(或假设)，选择需要的仪器和药品(或实验装置图);写出实验操作步骤及注意事项;记录实验现象,分析实验结果，得出正确结论。(3)实验设计要科学合理、安全可靠、操作简便、现象明显、结论可信、绿色环保。3.实验方案的设计思路实验目的-阐明 选 择 实验用品实验原理-方案1 方案II
11、 优化方案 一具体设计特别提醒(1)设计实验方案时要有完整的步骤和清晰的思路。(2)设计实验时要考虑对照性原则和控制变量原则。典例2（2018安徽）对比实验是实验探究的重要方法，下列对比实验设计能实现相应实验目的的是)选项实验目的实验设计A探究温度对分子运动快慢的影响50 n i t冷水1Si十J热50水mLB探究水对铁钉锈蚀的影响1）Y植物油-蒸憎水干燥剂、C探究空气是燃烧的必要条件y 可知，的盐酸浓度小于，由此可知稀盐酸经加热煮沸后浓度增大。【答案】用+3 比 2 N H?(2)向上述集气瓶中的滤纸上滴入少量水滤纸变红,说明二者发生了反应(3)氨水受热分解，随温度升高，氨气溶解度减小，导致
12、氨水浓度降低(合理即可)(4)增大(5)不合理 根据上述实验，加热煮沸无法除去溶液A中混有的过量H C1。改进方案:向含碳酸钠的氯化钠溶液中边逐滴滴加盐酸,边测定溶液的p H,至溶液呈中性即可(合理即可)针对训练3.某化学兴趣小组的同学想通过实验制备NO气体并验证它的性质。在查阅资料后得知:NO常温下是一种无色、有毒，难溶于水的气体;NO常温下能与氧气迅速反应,生成红棕色的N O2气体,N O 2 能和水反应,3 N C)2+H 2 O _2 H N 0 3+N O;实验室常用铜与稀硝酸反应制取N O:3 C u+8 H N C)3(稀)一3CU(N03)2+2NOT+4H2OO他们设计了如图装置：(1)若试管B中是空气,D为尾气吸收装置，试管C中的液体是紫色石蕊溶液，则打开分液漏斗活塞后，试管B中的现象是无色变为红棕色。试管C中出现的现象是紫色石蕊溶液变红。(2)该小组同学发现以铜和稀硝酸为主要原料制取C u(N O 3)2时可设计两种方案：方案一:3 C u+8 H N O 3(稀)L=3CU(NC)3)2+2NOT+4 H 2。；方案二:2CU+O2 2CUO,CUO+2HNO3C u(N O3)2+H2O o从经济效益和环保的角度考虑,你认为较合理的方案是方 案 二。选 择 此 方 案 的 理 由 是 不会生成有毒 的N O,产生相同质量的硝酸铜所消耗的稀硝酸少。