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考点58化学实验设计和评价（2011高考备战冲刺指导）1．复习重点1、掌握化学实验的记录方法和运用化学知识设计一些基本实验。（1）根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论。（2）根据实验试题要求，设计基本实验方案。（3）能绘制和识别典型的实验仪器装置图2、实验知识与技能的综合应用。2．难点聚焦运用化学实验知识和技能设计简单的实验方案，是综合能力和迁移能力的具体体现。这有助于提高化学实验知识和技能的水平，培养信息提取和加工能力、自学能力和创造能力，并能发挥大实验题多方位、多层面的考核、检测功能。一、解答简单实验设计题的一般过程与思路化学实验设计题（如高考大实验题）重在培养或考查把已有知识和技能运用于新情景的能力，它所选择的课题往往是没有直接、系统实践过的。从信息加工角度分析解答时，还要能够从题目中敏捷地接受信息，分析评价信息，选择、调用自己贮存的相关知识，将新信息与已有知识有机地结合起来，以解决实验设计的新问题。大致过程与思路如下：1、接受信息接受、分析、筛选信息，明确实验设计的课题、条件和要求。要求迅速、全面地吸收题目中的新信息，分析提供这些信息的目的，把信息归类、并对各个信息在实现实验设计中的作用做初步评估。接受信息主要解决以下问题：一是明确实验课题；二是明确实验条件；三是明确设计要求。2、实验设计原理通过对新旧信息的加工开发，实现指定的实验设计。从设计的要求及解决问题的顺序分析，大致有以下两个层次：一是实验方法的选定。这是从总体上考虑实验方案的设计。一般来说，实验方法主要取决于实验原理，并受实验条件的制约。二是实验装置和实验操作设计。装置和操作都是为了具体实验的实验方法，完成实验任务，通常属于实验方案细节的设计。和基本实验方法比较，它们往往更贴近实验的基础知识与基本技能。3、实验设计内容概括地讲，设计一个实验通常包括以下几个方面内容：（1）根据命题要求，说明设计该实验的原理，画出实验装置。（2）列出实验操作步骤，说明实验中应注意的事项。（3）观察、记录实验现象，分析实验结果（包括写出有关的化学方程式），得出正确的结论。二、实验设计的思维模型①明确实验目的、要求设计实验方案②构思实验方法、步骤③选择实验仪器、药品①观察实验现象实验，收集资料②收集实验数据③处理实验问题①整理资料，数据处理分析，得出结论②分析概括，得出结论③写出实验报告三、实验设计试题的类型掌握化学实验的记录方法和运用化学知识设计一些基本实验。1、根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论在高考化学实验试题中，实验现象的考查可以是直接考实验现象，也可由现象得出正确的结论；还可将有关实验现象与实验方法、正确的结论等联系起来。实验结果的分析，通常是分析实验关系、细节和误差等等。实验结果的处理，可以直接报道数据，也可能是找出相关关系得出公式，或绘制一定的变化曲线等。2、根据实验试题要求，设计基本实验方案近些年来高考化学实验题中，设计简单实验方案的试题较多。其中有某个实验操作顺序的设计，也有设计确定某混合气中组分的实验；有验证鞭个化学原理的设计实验，也有设计某物质纯度的测定实验；有定性实验的设计，也有定量实验的设计┉┉从题型上看，有简答题、填充题，也有两者兼有的混合题。这些简单实验的试题，大都思考性、综合性较强，考生必须细心、冷静地审题，联系所学过的实验知识和技能技巧，进行知识迁移、联想、重组，全面而细致地思考，才能设计出正确的方案或回答试题中的问题。3、能识别和绘制典型的实验仪器装置图识别典型实验装置和绘制其简图，也是从事化学实验的一种必备的能力。在高考化学实验题中识图的试题也是很多的，主要是有图示实验，由图来说明某具体实验；对一些基本操作或实验装置图判断正误，或将错误部分改正；对所给的单个仪器、导管、或者几个小装置的识别，然后加以组装，连接成大装置图。绘图的试题目前还不多，主要是绘制很典型的实验装置简图，或是在题中所给的位置补绘一些仪器简图。所有这些试题都要求学生熟悉常见仪器和典型实验的装置图，并掌握一定的绘制简图的方法。4、各部分知识与技能综合的实验设计题近几年在高考化学试题的Ⅱ卷，设置一道大的化学实验题，这些大题的特点是把一些分散的实验综合起来，形成一个整体的实验题；或者是某些与基本操作、技能或典型实验有关而又易被忽略的重要细节的试题，主要以教材内容为主进行不同的分解与综合，以达到新的境地。四、实验复习方法1、实验复习必须集中和分散相结合，提高重要实验的复现率“集中”，就是集中复习实验的基本操作和技能，集中复习一些综合性的实验专题，集中归纳总结实验知识。而“分散”则是指一些性质实验、制法实验、验证或探索性实验等应分散到元素化合物、有机物、基本理论等的复习过程中去。通过实验，进一步理解元素化合物等知识，进一步理解相关的实验原理，提高运用实验手段解决化学问题的能力，节省复习时间，提高考试成绩。2、训练发散思维以增强实验设计能力，提高信息迁移水平实验方案的设计往往有许多途径。为了适应中学生的知识能力水平，中学课本中的某些实验可能不是最优的方案。所以在实验复习中要根据实验原理来设计实验步骤和装置，掌握一些装置和仪器药品的替代方法，力求使设计的实验仪器简单、操作便捷、节省试剂、现象明显、安全防污等，培养和增强实验设计能力和创造性思维能力。近年来，实验题中新情境试题不断增多，这类试题的特点是将基本的实验操作设计置于新的情境中（主要是中学课本没有的新反应或新装置或是能使中学生理解的最新科技知识、简化的改进的装置等），结合学生原有的知识和能力，来进行仪器组装、现象描述、数据分析、考虑安全和防污等，用来考查考生自学能力、思维能力、分析综合及评价的能力。由于这类实验试题情境新颖、设问巧妙、铺垫得当、知识新、思维量大、所以区分度很好，能确实将一些基础扎实、自学能力强、思维敏捷、心理素质好的考生选拨出来。所以，新情境实验试题将是今后实验试题的命题方向。3．例题精讲[例1]．四氯化锡常温下是无色液体，在空气中极易水解，熔点－36℃，沸点114℃，金属锡的熔点为231℃，拟利用图中的仪器，设计组装一套实验装置，用熔融的金属锡跟干燥的氯气直接作用制取无水四氯化锡（此反应过程放出大量的热）。请回答下列各问题。（1）用玻管（未画出）连接上述装置，正确的顺序是（填各接口的代码字母）________接________、________接________、________接________、________接________、________接________。（2）装置Ⅵ的作用是___________；装置Ⅳ的作用是_____________。（3）冷凝管理冷却水的流向是从__________进入，从__________流出。（4）实验时应先点燃_____________处酒精灯，加热温度应大于______________℃，待__________即可停止加热。（5）已知四氯化锡遇水强烈水解，产物之一是固态二氧化锡，那么四氯化锡水解的化学方程式为。（6）如果将制取的四氯化锡少许暴露于空气中，预期可看到的现象是____________。（7）为了防止污染空气，在装置的最后应____________。[解析]：这是一个制备实验。实验目的是：制备无水SnCl4实验原理是：Sn+2Cl2SnCl4先制备Cl2：2H2SO4(浓)+2NaCl+MnO2Na2SO4+MnSO4+Cl2↑+2H2O实验的干扰因素是：SnCl4遇水强烈水解，因此，除去实验中水蒸气的干扰，是实验成败的关键。这里要分析水蒸气的来源以及除去水蒸气的措施。水蒸气的来自于制Cl2和空气中的水蒸气。题目中提供的信息：SnCl4的性质在设计方案时要充分利用这些信息。以上问题清楚了，实验方案就基本确定了。答案：（1）B接J，I接K，A接C，D接G，H接E（或F）（2）除去Cl2中混有的HCl和水蒸气，在制Cl2时发生的副反应2NaCl+H2SO42HCl↑+Na2SO4，产生了HCl；防止空气中的水蒸气进入锥形瓶中使SnCl4发生水解。（3）a、p（4）I231℃Sn粒熔化（5）SnCl4+2H2O=SnO2+4HCl（6）出现白色烟雾（7）通入NaOH溶液中，吸收多余Cl2[例2]．为了测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数（纯碱中常含少量NaCl），某学生设计了实验装置如图（1）准确称取盛有碱石灰的干燥管的质量（设为W1）（2）准确称取一定量纯碱样品（设为W0），并放入烧瓶中。从分液漏斗缓缓滴入稀硫酸，待不再发生气体后。称干燥管的总质量（设为W2）。设学生导出的计算公式为：Na2CO3的质量分数＝×100％试回答：①W2－W1表示什么？②如果不计称量误差，该生的实验结果有无明显误差？如有，是偏大还是偏小？请简要说明根据并提出补救措施。[解析]：这是一道定量实验题实验目的是：测定纯碱中Na2CO3的质量分析实验原理：稀H2SO4与Na2CO3反应生成Cl2，测出CO2的质量即可求出Na2CO3的质量，继而求出Na2CO3的质量分数。CO2的质量为（W2－W1）g，样品质量为W0gNa2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO2↑10644xW2-W1x==Na2CO3%=×100%产生误差的原因（即干扰因素）有烧瓶的CO2不能都被碱石灰吸收，实验值偏低。CO2气体混有的水蒸气和空气中的水蒸气被碱石灰吸收，使实验值偏高，两个因素综合考虑，CO2的影响是主要的，所以实验值偏低。106(W2-W1)4453(W2-W1)2253(W2-W1)22W0补救的办法：如图①将蒸馏烧瓶改为集气瓶，利于排出CO2。②向集气瓶中通入（已除去CO2）空气，用空气将烧瓶中Cl2尽量排出去。③在干燥管前连接盛有浓H2SO4的试管，以除去水蒸气；④在U型管中装有碱石灰，以吸收空气中的CO2气体，经过这些补救措施，实验误差可以降低。[例3]．实验室中用浓盐酸与MnO2制Cl2，再用Cl2和Ca(OH)2反应制少量漂白粉，已知Cl2和Ca(OH)2制漂白粉是放热反应，温度稍高即发生副反应：6Cl2+6Ca(OH)2=Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O，现有三位同学设计的三套装置如图（U形管中放有玻璃纤维，可使气体顺利通过）：（1）请从以下六方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点进行评价，将适当的选项序号填于下表内（错选、漏选、多选均倒扣分）a．不易控制反应速率b．容易控制反应速率c．有副反应发生d．可防止副反应发生e．容易污染环境f．可防止污染环境１优点缺点甲装置１１乙装置１１丙装置１１（2）请从甲、乙、丙三装置中，选取合理的组成部分（A、B、C、D、E、F、G），组装一套你认为更完善的实验装置，连接顺序（按气流左到右方向）为_____________，在此装置及甲、乙、丙三装置中，你认为是否还缺少必要的装置，说明原因_____________________。[解析]：这是一道评价实验方案的题。该题从是否有副反应发生，是否易控制反应速率，是否防止污染，是否干扰反应产物等方面进行评价。答案：（1）优点缺点甲装置da、e乙装置fa、c丙装置be、c（2）F～B～E在Cl2中混有HCl，应在烧瓶和凹形管之间连接一个盛有饱和食盐水的试管，以除去HCl气体。①仪器连接的顺序（填编号；一起可重复使用）是。Ｄ中浓硫酸的作用是。实验完毕时，观察到Ａ中的现象是。②列出计算Ｃｕ的原子量的表达式：。③下列情况将使测定结果偏大的是。（ａ）ＣｕＯ未全部还原为Ｃｕ；（ｂ）ＣｕＯ受潮；（ｃ）ＣｕＯ中混有Ｃｕ。（２）如果仍采用上图所示的仪器装置，涉及其他方案，还可测定的物理量有。（ａ）ｍ（Ｃｕ）和ｍ（ＣｕＯ）；（ｂ）ｍ（Ｎ２）和ｍ（Ｈ２Ｏ）；（ｃ）ｍ（Ｃｕ）和ｍ（Ｈ２Ｏ）；（ｄ）ｍ（ＮＨ３）和ｍ（Ｈ２Ｏ）［例4］实验室里临时需要用ＮａＯＨ溶液和ＣＯ２来制取纯Ｎａ２CO３溶液。已知ＣＯ２气体在通入ＮａＯＨ溶液过程中极易过量生成ＮａＨＣＯ３，且无明显现象。实验室有下列试剂：①未知浓度的ＮａＯＨ、②３７％的盐酸、③３７％的硫酸、④１４％的盐酸、⑤大理石、⑥Ｋ２