高考化学二轮复习-专题17-实验方案的设计与评价(讲)(含解析)

专题17实验方案的设计与评价（讲）（1）考纲要求1.能根据实验试题要求，做到：①设计、评价或改进实验方案；②了解控制实验条件的方法；③分析和处理实验数据，得出合理结论；④绘制和识别典型的实验仪器装置。2.了解科学探究的基本过程，并运用以实验和推理为基础的科学探究方法解决有关问题。（2）命题规律实验设计和实验评价是综合实验考题的呈现方式之一，高考试题中选择题和非择题实验部分（制备实验、理论运用实验等）都有体现，一般多有实验的评价，而近几年年出现了实验步骤的完整设计，预示着实验部分难度的加大。展望2017年高考，将延续近几年的模式，实验设计和评价一定伴随二卷实验题的考查。特别需要关注以下各类背景的实验：（1）以物质制备为背景的实验题；（2）以实验探究为背景的实验题；（3）以实验方案设计为背景的实验题；（4）以定性、定量分析为背景的实验题。【例1】【2016年高考北京卷】（16分）以Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作为实验对象，探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。实验试剂现象滴管试管2mL0.2mol·L−1Na2SO3溶液饱和Ag2SO4溶液Ⅰ.产生白色沉淀0.2mol·L−1CuSO4Ⅱ.溶液变绿，继续滴加产生棕黄色沉淀0.1mol·L−1Al2（SO4）3溶液Ⅲ.开始无明显变化，继续滴加产生白色沉淀（1）经检验，现象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3。用离子方程式解释现象Ⅰ：____________。（2）经检验，现象Ⅱ的棕黄色沉淀中不含SO42−，含有Cu+、Cu2+和SO32−。已知：Cu+稀硫酸Cu+Cu2+，Cu2+ICuI↓（白色）+I2。①用稀硫酸证实沉淀中含有Cu+的实验现象是_____________。②通过下列实验证实，沉淀中含有Cu2+和SO32−。a.白色沉淀A是BaSO4，试剂1是____________。b.证实沉淀中含有Cu+和SO32−的理由是___________。（3）已知：Al2（SO3）3在水溶液中不存在。经检验，现象Ⅲ的白色沉淀中无SO42−，该白色沉淀既能溶于强酸，又能溶于强碱，还可使酸性KMnO4溶液褪色。①推测沉淀中含有亚硫酸根和________。②对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设：i.被Al（OH）3所吸附；ii.存在于铝的碱式盐中。对假设ii设计了对比实验，证实了假设ii成立。a.将对比实验方案补充完整。步骤二：_____________（按上图形式呈现）。（4）根据实验，亚硫酸盐的性质有___________。盐溶液间反应的多样性与__________有关。【答案】（1）2Ag＋+SO32—＝Ag2SO4↓。（2）①加入稀硫酸后，有红色固体生成；②a.HCl和BaCl2溶液。b.在I-的作用下，Cu2+转化为白色沉淀CuI，SO32-转化为SO42-。（3）①Al3+、OH-。②a、，b、V1明显大于V2。（4）还原性、水解溶液显碱性；两种盐溶液中阴阳离子的性质和反应条件。【考点定位】本题主要是考查化学实验方案的分析、评价和设计等【名师点晴】控制变量思想方法，探究实验异常现象成为近几年实验探究命题的热点，突出对实验能力的考查。该题为实验探究题，装置图、流程图很简单，但探究过程较复杂，准确全面获取信息、通过控制变量思想进行逻辑分析是解题的关键，凭感觉做题，不容易准确获取题中信息。该类试题的解题策略为：（1）确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。（2）定多变:在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。（3）数据有效；解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。【例2】【2016年高考海南卷】（11分）某废催化剂含58.2%的SiO2、21.0%的ZnO、4.5%的ZnS和12.8%的CuS。某同学用15.0g该废催化剂为原料，回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下：回答下列问题：（1）在下列装置中，第一次浸出必须用____________，第二次浸出应选用____________。（填标号）（2）第二次浸出时，向盛有滤液1的反应器中加入稀硫酸，后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反，会造成___________。滤渣2的主要成分是____________________。（3）浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是________________。（4）某同学在实验完成之后，得到1.5gCuSO4﹒5H2O,则铜的回收率为__________________。【答案】（1）DA（每空1分，共2分）（2）H2O2与固体颗粒接触分解（每空2分，共4分）（3）蒸发皿（2分）（4）30%（3分）【解析】一、化学探究性实验题的模式为：在解题时，首先要对题目中给出的信息进行处理，弄清是对实验的那一方面进行探究，然后深入分析实验，依据题目中提出的实验假设或自行提出的实验假设，合理运用化学知识，巧妙设计实验方案，通过实验现象的客观事实对实验进行探究性验证。1．化学实验设计的要求（1）原理正确；（2）方法简单；（3）操作方便；（4）现象明显；（5）产率高；（6）误差小；（7）安全防污。2．化学实验设计程序（1）根据实验的目的，阐明实验原理，选择合适的仪器和药品；（2）根据实验的特点，设计实验装置，画出实验装置图；（3）根据实验的要求，设计可行的操作步骤和观察重点，分析实验中应注意的事项；（4）实验结束后应写出完整的实验报告。二、物质性质实验方案的设计1．完成性质实验方案设计的基础：（1）无机物质的性质：原子结构和物质的分类有关（2）有机物质的性质：官能团的种类和基团之间的相互影响有关2．性质实验方案设计的一般思路：分析结构对比回顾相关知识预测性质拟定方案三、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.实验方案设计的基本思路2．设计实验方案时注意的问题（1）实验方案要可行。要尽量避免使用高压和特殊催化剂等实验室难以达到的条件，实验方案要简单易行。（2）实验顺序要科学。要对各个实验步骤进行统一的规划和安排，保证实验准确且高效。同时要减少副反应的发生和避免实验步骤间的干扰。（3）实验现象要直观。如“证明醋酸是弱电解质”的实验，可配制一定浓度的CH3COONa溶液，用pH试纸测溶液的pH，通过测定的结果pH＞7从而得出结论，既操作简便又现象明显。（4）实验结论要可靠。要反复推敲实验步骤和多方论证实验结果，保证实验结论准确可靠。提炼2实验方案评价的基本思路3．实验方案评价的角度（1）从试剂、仪器和装置的合理性上评价。（2）从实验原理上评价，实验方案要符合实验原理，保证达到实验目的。（3）从操作步骤、实验现象上评价，实验方案要步骤简单，现象明显。（4）从环境保护上评价，实验方案的设计要充分体现环保意识。（5）从节能、安全可靠上评价，实验方案的设计要节约能源，节省原料且安全可靠。【例1】【2016届湖南六校联考】下列实验方案中，不能达到实验目的的是（）选项实验目的实验方案A证明氧化性：H2O2比Fe3＋强用硫酸酸化的H2O2溶液滴入Fe(NO3)2溶液中，溶液变黄色B鉴别溴蒸气和NO2分别通入硝酸银溶液中，产生淡黄色沉淀的是溴蒸汽C证明盐类水解是吸热反应在醋酸钠溶液中滴入酚酞试液，加热后红色加深D证明难溶物存在沉淀溶解平衡往黄色固体难溶物PbI2中加水，振荡，静置。取上层清液，然后加入NaI固体，产生黄色沉淀【答案】A考点：考查化学实验方案的设计正误判断的知识。【趁热打铁】【2016届天津市河西区一模】下列实验过程中的现象及结论均正确且存在因果关系的是（）实验实验现象结论A无色溶液变蓝I-在酸性条件下被氧气氧化为I2B溶液均呈红色，且深浅一样相同浓度的CO32-与HCO3-水解能力相同C产生白色沉淀又逐渐变成红褐色沉淀KspMg(OH)2]KspFe(OH)3]D溴的四氯化碳溶液颜色褪去石蜡催化加热反应产物为乙烯【答案】A考点：考查实验过程中的现象及结论关系正误判断的知识。【例2】【2016届北京朝阳一模】某学习小组通过下列装置探究MnO2与FeCl3·6H2O能否反应产生Cl2。实验操作和现象：（1）现象i中的白雾是，形成白雾的原因是。（2）分析现象ii，该小组探究黄色气体的成分，实验如下：a．加热FeCl3·6H2O，产生白雾和黄色气体。b．用KSCN溶液检验现象ii和a中的黄色气体，溶液均变红。通过该实验说明现象ii中黄色气体含有。（3）除了氯气可使B中溶液变蓝外，推测还可能的原因是：①实验b检出的气体使之变蓝，反应的离子方程式是。实验证实推测成立。②溶液变蓝的另外一种原因是：在酸性条件下，装置中的空气使之变蓝。通过进一步实验确认了这种可能性，其实验方案是。（4）为进一步确认黄色气体是否含有Cl2，小组提出两种方案，无证实了Cl2的存在。方案1：在A、B间增加盛有某种试剂的洗气瓶C。方案2：将B中KI-淀粉溶液替换为NaBr溶液，检验Fe2+。现象如下：方案1B中溶液变为蓝色方案2B中溶液呈浅橙红色；未检出Fe2+①方案1的C中盛放的试剂是。②方案2中检验Fe2+的原因是。③综合方案1、2的现象，说明选择NaBr溶液的依据是。（5）将A中产物分离得到Fe2O3和MnCl2，A中产生Cl2的化学方程式是。【答案】（1）HCl小液滴；FeCl3·6H2O受热水解，生成HCl气体，同时受热失去结晶水，HCl和H2O结合形成盐酸小液滴；（2）FeCl3；（3）①2Fe3++2I-=2Fe2++I2；②另取一支试管，向其中加入KI-淀粉溶液，再滴入几滴HCl溶液，在空气中放置。观察一段时间后溶液是否变蓝。（4）①饱和NaCl溶液；②排除Fe3+将Br-氧化成Br2的可能性；③Br-可以被Cl2氧化成Br2，但不会被Fe3+氧化为Br2。（5）3MnO2+4FeCl3·6H2O2Fe2O3+3MnCl2+3Cl2↑+24H2O考点：考查盐类水解的应用、化学实验方案的设计、评价、物质的氧化性强弱比较急化学方程式的书写【趁热打铁】【2016届唐山二模】亚硝酸钠是一种工业盐，外观与食盐非常相似，毒性较强。某化学兴趣小组对食盐与亚硝酸钠进行多角度探究：（一）鉴别NaCl和NaNO2甲同学用沉淀分析法经查：常温下Ksp(AgNO2)=2×10-8，Ksp(AgCl)=1.8×10-10．分别向盛有5mL0.0001mol/L两种盐溶液的试合中同时逐滴滴加0.0001mol/L硝酸银溶液，先生成沉淀的是装有溶液的试管。乙同学侧定溶液pH用pH试纸分别测定0.1mol/L两种盐溶液的pH，测得NaNO2溶液呈碱性。该溶液呈碱性的原因是（用离子方程式解释）。（二）该小组用如下装置（略去夹持仪器）制备亚硝酸钠已知：①2NO+Na2O2=2NaNO2；②酸性条件下，NO和NO2都能与MnO4一反应生成NO3一和Mn2+·（1）使用铜丝的优点是。（2）装置A中反应方程式为。装置C中盛放的药品是；（填字母代号）A．浓硫酸B．NaOH溶液C．水D．四氯化碳仪器F的作用。（3）该小组称取5.000g制取的样品溶于水配成250.0mL溶液，取25.00mL溶液于锥形瓶中，用0.1000mol/L酸性KMnO4溶液进行滴定，实验所得数据如下表所示：滴定次数1234消耗KMnO4溶液体积/mL20.7020.1220.0019.88①第一次实验数据出现异常，造成这种异常的原因可能是（填字母代号）。A．锥形瓶洗净后未干燥B．酸式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准液润洗C．滴定终点时仰视读数②酸性KMnO4溶液滴定亚硝酸钠溶液的离子方程式为。③该样品中亚硝酸钠的质量分数为。【答案】（15分）（除标注外其余每空2分）(其它合理答案也给分)（一）NaCl（1分）；NO2－+H2OHNO2+OH－（2分）（二）（1）可以控制反应的