高考化学分类解析(二十六)――化学实验的设计与评价

1高考化学分类解析(二十六)——化学实验的设计与评价考点阐释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。能绘制和识别典型的实验仪器装置图。命题趋向与应试策略(一)重视基础形成知识规律1.化学实验方案的设计一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：①实验名称；②实验目的；③实验原理；④实验用品(仪器、药品及规格)；⑤实验步骤(包括实验仪器的装配和操作)；⑥实验现象和记录及结果处理；⑦问题和讨论。(1)实验方案的设计原则与设计思路①实验方案的设计原则是方法简便、现象明显、操作易行，对于定量实验还要考虑系统误差要小。制备实验方案的设计，还应做到：条件合适，操作方便；原理正确，步骤简单；原料丰富，价格低廉；产物纯净，污染物少。②制备实验方案的设计，对巩固元素化合物知识和掌握好各类有机物之间的相互转化关系，全面训练实验技能，培养分析问题和解决问题的能力都是有益的。制备实验的设计思路是：③性质实验方案的设计。一是性质探索性实验，主要是从物质的结构特点和所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此分别设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。二是性质验证性实验，主要是对物质具备的性质去求证，关键设计出简捷的实验方案，操作简便宜行，现象明显，且安全可靠。性质实验方案设计的思路是：(2)实验仪器装置的设计确定了实验所选用的方法和原理后，就要考虑选择用什么实验装置来完成此实验，即进行实验装置的设计，一套完整的实验装置往往是由多个基本实验装置相互连接而成的，如有关气体的制取和性质实验一般分为气体的发生装置→除杂→干燥→主要实验→尾气的处理等。考虑干燥与除杂质的顺序时，若采用溶液除杂，则先净化后干燥；若采用加热2除杂，则干燥在前；若用固体吸收剂常温除杂，则据题意而定。尾气处理：有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将之点燃，无毒气体直接排空。若制备的物质极易水解(如SnCl4、AlCl3等)，则需在尾部加装干燥管，以防空气中的水蒸气进入造成水解。(3)实验操作的设计与注意的问题①仪器接口的连接：总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出)；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“大”进“小”出。②实验操作的顺序：装置选择与连接→气密性检验→装固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。③加热操作先后顺序的选择：若气体发生需加热，应先用酒精灯加热发生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热，目的是：一则防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；二则保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中其他物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO，再用CO还原Fe2O3，实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯，生成的CO赶走空气后，再点燃加热Fe2O3的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是：在还原性气体中冷却Fe可防止灼热的Fe再被空气中的O2氧化，并防止石灰水倒吸。④如果实验、取用或制取易吸水、潮解、水解的物质，要采取必要的措施防止其吸水，以保证达到实验目的。⑤冷凝回流：有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置(如长玻璃管、竖直的干燥管及冷凝管等)。⑥易挥发液体产物(导出时可为蒸汽)要及时冷却。⑦仪器拆卸的科学性与安全性(要从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)。⑧其他：如实验操作顺序、试剂加入先后顺序、实验方法使用顺序等。(4)创造性是设计的灵魂，对仪器装置、操作要有创意的设计。为了达到某种特殊的实验目的，有时需要利用一些常用的仪器，通过进行必要的改进和装配，以完成合乎实验要求的创意与设计。这需我们认真分析领悟实验意图，灵活掌握有关仪器的组成、结合、性能特点等，然后匠心独运，巧妙创意，例如：①启普发生器原理式反应器的设计(如下图)②尾气吸收装置的设计(如下图)3③液封装置的设计(如图Ⅰ)④Fe(OH)2的制备操作改进型设计(如图Ⅱ)2.实验方案的评价对给出的实验方案作出选择、评价或找出最佳方案，包含的知识点很多，能考查学生的分析问题和解决问题的能力。(1)选择。包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择，包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择，包括种类、浓度、物态等；连接方式的选择，包括仪器的先后顺序、导管接口的连接等。(2)评价。对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。(3)最佳方案的选用。几个实验方案都能达到目的，选出其中最佳的一个并分析各方案的优劣。所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得并价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。(二)分析热点把握命题趋向近年来化学实验考题的发展趋势从简单到复杂，从单一到综合，从教材内容到实际应用。这是高考中加强能力测试的必然方向。高考中经常出现的题型有：简单的实验型选择题，给予信息的填空题，更主要的是大型的综合实验题。从考查内容来看，有为了达到一定目的进行实验操作顺序设计，有验证某一化学原理的设计，有测定物质纯度的设计，有分离提纯的设计，有验证某一成分的设计，有定量或半定量实验的设计等。就试题编制形式，又可分为信息给予型、方案优化型、装置选择型、定量计算型和实验改进型等。综合实验与实验设计，近年主要以简单实验的连接为主，也有较小型的其他基本操作。要求考生必须会依据反应原理、条件及相应反应物，选择合适的方法、顺序、仪器连接等，并会对方案实施评价。近年综合题有回归课本实验的趋向，要引起注意。以社会热点问题为出发点，结合物理、生物等知识，以生产、生活、科技、能源、环境、新材料、新发现等为材料，与定性实验、定量实验相结合，是综合实验与实验方案设计的命题方向。4［例题］一位同学使用①冷开水，②碘酒，③熟石灰，④淀粉，⑤肥皂水，⑥食醋，⑦红墨水，⑧废易拉罐(铝合金)，⑨废干电池(锌筒里装填有碳粉、二氧化锰、氯化铵、淀粉等物质的糊状混合物)，⑩食盐，○11纯碱为实验试剂，进行家庭小实验。(1)用给定的试剂，不能进行的实验是(不考虑电解)_______________(填写序号)。a.制NaOH溶液b.制备纯净氯气，并实验它的漂白作用c.实验硬水和肥皂的作用d.制二氧化碳e.制硬脂酸f.进行淀粉水解实验，并检验水解产物(2)该同学为制备氨气，先从废干电池中制备氯化铵。为此，他准备把废干电池锌筒里的糊状混合物溶解于少量水，过滤，除去不溶物，再蒸发、灼烧滤液，以制得干燥的氯化铵晶体。他的设想_______________(填“合理”或“不合理”)，理由是。(3)该同学拟进行除去淀粉中所含食盐的实验。他把一个鸭蛋浸泡在食醋里，待蛋壳溶去，在膜上打一个小洞，小心倒出蛋清、蛋黄，洗净蛋膜，作为半透膜小袋，再装入含食盐的淀粉溶液，扎好袋口，做好这些准备工作后，他即将进行的实验名称是___________(填“萃取”“盐析”“渗析”“过滤”“分液”)。要保证全部除去淀粉溶液里的食盐，实验中必须___________。食醋溶去蛋壳发生反应的离子方程式是。解析：本题以日常生活中的常用物质出发，设计了几个家庭小实验，虽为小实验，但有一定的综合性。第(1)小题：a.制备NaOH溶液，排除电解NaCl溶液的方法，还可选用石灰水与纯碱溶液反应Ca(OH)2+Na2CO3===CaCO3↓+2NaOH；b.制备Cl2，因无法提供浓H2SO4，因而无法制得浓盐酸，虽有MnO2仍无法制得Cl2；c.硬水可用少许熟石灰与食醋反应后的溶液Ca(Ac)2代替，模拟硬水与肥皂水的实验；d.食醋与纯碱可制CO2；e.在肥皂水中加入适量食醋，因醋酸的酸性比硬脂酸强，因而可制得硬脂酸：C17H35COONa+CH3COOHC17H35COOH+CH3COONa；f.淀粉水解需有酶或稀H2SO4作催化剂，因而无法进行。第(2)小题：将糊状混合物溶于少量水，过滤，只除去了碳粉和MnO2，滤液为NH4Cl和淀粉的混合液，蒸发、灼烧过程中淀粉会烧焦炭化，NH4Cl会发生分解，因而该同学的设想不合理。第(3)小题：蛋膜为半透膜，该实验名称为“渗析”，要保证全部除去淀粉中的食盐，应不断更换渗析所用的蒸馏水或用流水渗析，直至渗析后的蒸馏水中不再检出Cl－。答案：(1)b、f(2)不合理；滤液中含淀粉，灼烧时炭化，氯化铵分解(3)渗析；不时更换渗析的蒸馏水或用流水渗析，直到渗析后的蒸馏水中不再检验出Cl－；CaCO3+2CH3COOH===Ca2++2CH3COO－+CO2↑+H2O试题类编(一)选择题1.某同学想用实验证明高锰酸钾溶液的紫红色是MnO4离子的颜色，而不是K＋离子的颜色，他设计的下列实验步骤中没有意义的是A.将高锰酸钾晶体加热分解，所得固体质量减少B.观察氯化钾溶液没有颜色，表明溶液中K＋无色5C.在氯化钾溶液中加入适量锌粉振荡，静置后未见明显变化，表明锌与K＋不反应D.在高锰酸钾溶液中加入适量锌粉振荡，静置后见紫红色褪去，表明MnO4离子为紫红色2.如图，该装置可用于A.加热无水醋酸钠和碱石灰混合物，制取甲烷B.加热硝酸铅制取二氧化氮C.加热氯酸钾和少量二氧化锰，制取氧气D.加热氯化铵和消石灰混合物，制取氨气3.如图，该装置可用于A.加热NaHCO3制CO2Ｂ.用Cu与稀HNO3反应制NOC.用NH4Cl与浓NaOH溶液反应制NH3Ｄ.用NaCl与浓H2SO4反应制HCl4.按下述实验方法制备气体，合理又实用的是A.锌粒与稀HNO3反应制备H2B.向饱和NaCl溶液中滴加浓H2SO4制备HClC.亚硫酸钠与浓H2SO4反应制备SO2D.大理石与浓H2SO4反应制备CO25.下列反应适用于实验室制备氧气的是①高锰酸钾热分解2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑②硝酸铵热分解2NH4NO34H2O＋2N2↑+O2↑6③过氧化氢催化分解2H2O22MnO2H2O＋O2↑④二氧化氮热分解2NO22NO+O2A.只有①B.①和②C.①和③D.①③④6.实验室利用氧化还原反应制取的气体是①HCl②H2S③O2④CO2⑤Cl2⑥NOA.①③⑤B.②⑤⑥C.③④⑤D.③⑤⑥(二)笔答题7.为了检验Pb(NO3)2热分解的产物，有人用示意图中的装置进行实验。(图中铁架台、铁夹和加热设备均略去)实验时在试管中放入研细的Pb(NO3)2晶体；实验结束后，试管中得到黄色粉末(PbO)，U型管下部有少量液体X，集气瓶中收集到无色气体Y。(如图)回答下面问题：(1)在装置中试管和U型管上的橡皮塞最好用锡箔包住，用橡皮管连接的两玻璃管口要相互紧靠，原因是。(2)液体X可能是；气体Y可能是。(3)导管口不再有气泡冒出时，停止反应，这时在操作上应注意，理由是。(4)用简单的实验证实(2)中的判断①对X的判断②对Y的判断(要求：怎样从水槽中取出集气瓶、实验方法、现象、结论)8.为探究乙炔与溴的加成反应，甲同学设计并进行了如下实验：先取一定量工业用电石与水反应，将生成的气体通入溴水中，发现溶液褪色，即证明乙炔与溴水发生了加成反应。乙同学发现甲同学实验中，褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊，推测在制得的乙炔中还有可能含有少量还原性的杂质气体，由此他提出必须先除去之，再与溴水反应。请回答问题：7(1)写出甲同学实验中两个主要的化学方程式。(2)甲同学设计的实验(填能或不能)验证乙炔与溴发生加成反应，其理由是。(a)使溴水褪色的反应，未必是加成反应(b)使溴水褪色的反应，就是加成反应(c)使溴水褪色的物质，未必是乙炔(d)使溴水褪色的物质，就是乙炔(3)乙同学推测此乙炔中必定含有的一种杂质气体是，它与溴水反应的化学方程式是。验证过程中必须全部除去。(4)请你选用上列四个装置(可重复使用)来实现乙同学的实验方案，将