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化学实验基础第十章第四节化学实验方案的设计与评价考纲解读考纲要求备考指南真题追踪命题趋势根据化学实验的目的和要求，能做到：(1)设计实验方案；(2)正确选用实验装置；(3)掌握控制实验条件的方法；(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论；(5)评价或改进实验方案。2018·全国卷Ⅰ26(4)，全国卷Ⅱ28(2)④，全国卷Ⅲ26(1)；2017·全国卷Ⅰ26，全国卷Ⅱ10(B、C、D)；2016·全国卷Ⅰ10；2015·全国卷Ⅰ26，全国卷Ⅱ13、26、28高考对本部分的考查一是保持对传统知识的考查；二是结合题目中信息对实验过程进行分析；三是对教材实验进行重新设计或改进创新(实验形式上的创新、实验方案或原理设计上的创新)。题型以选择题和综合实验题为主。预计2020年高考将会以元素及其化合物和典型有机物的性质为基础，依托新的信息背景进行实验设计和方案的评价的考查。备考中要注意有机物的涉入，理清关系，熟记切入点——从安全、环保、可行、简约等角度进行评价分析。栏目导航01夯实考点03真题体验·直击高考02考点突破04配套训练夯实考点11．化学实验方案的设计(1)基本原则。①科学性：实验的原理、操作顺序、操作方法等科学合理。②可行性：原理可行，选用的药品、仪器、设备及实验方法能够满足现行的条件要求。③简约性：装置或方法简单，步骤少，节约药品，短时间能完成，符合绿色化学的要求。④安全性：避免使用有毒药品或进行危险性的实验操作，有毒气体的尾气处理。【知识梳理】(2)基本思路。(3)实验设计的步骤：①明确实验目的、实验原理；②选择药品和仪器；③设计实验操作步骤，实施实验操作；④记录实验现象、实验数据；⑤分析得出结论。(4)实验方案的设计。实验方案设计的流程：设计实验方案a.明确实验目的、要求b.构思实验方法、步骤c.选择实验仪器、药品实验，收集资料a.观察实验现象b.收集实验数据c.处理实验问题分析，得出结论a.整理资料，处理数据b.分析概括，得出结论c.写出实验报告2．化学实验方案的评价对几个实验方案进行评价，主要是看是否正确、严密、准确、可行。同时，有无干扰、是否经济、是否安全、有无污染等也是要考虑的因素。(1)从可行性方面进行评价：①分析实验方案是否科学可行；②实验操作是否安全合理；③实验步骤是否简单方便；④实验效果是否明显。(2)从绿色化学方面进行评价：①实验过程中是否造成环境污染；②原料是否无毒、安全、易得；③原料利用率及反应速率是否较高。(3)从安全性方面进行评价。化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下：①净化、吸收气体，当熄灭酒精灯及左边有挥发性液体加热，气压不恒定时(如乙酸乙酯的制备)要防止液体倒吸；②进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等)；③防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等)；④污染性的气体要进行尾气处理；有粉末状物质参加的反应，要注意防止导气管堵塞；⑤防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解、水解的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的)。(4)从规范性方面进行评价：①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、竖装的干燥管及冷凝管等)；②易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却；③仪器拆卸与组装顺序相反，按照从右向左，从高到低的顺序；④其他(如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等)。(5)最佳方案的选择。几个实验方案都能达到目的，选出一个最佳方案。所谓最佳，就是装置最简单，药品容易取得、价格低廉，现象明显，干扰小，无污染。(6)实验综合题分类(从评价的主要针对点来看)。①实验装置的评价：对比各方案装置，从装置的合理性、操作的简便可行等方面进行全面分析，优选最佳装置。②实验原理的评价：紧扣实验目的，对各方案的原理综合考虑，从原理是否科学正确、是否节省原料、涉及的操作是否简便易行、误差是否较小等方面进行全面分析，设计或优选出最佳方案。1．试设计方案检验乙醇中少量水的存在？如何检验Fe3＋？【答案】取适量乙醇样品于试管中，向其中加少量无水硫酸铜固体，若固体由白色变为蓝色，则说明乙醇中含有水。取待测溶液少许于试管中，向试管中加入几滴硫氰化钾溶液，若溶液变为红色，则说明待测液中含有Fe3＋。【思维深化】2．下列从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、经济上合理的方案是哪个？方案1：C――→在空气中点燃CO――→CuO△CO2――→NaOH溶液△Na2CO3方案2：Cu――→AgNO3溶液Cu(NO3)2溶液――→NaOH溶液Cu(OH)2方案3：CaO――→H2OCa(OH)2溶液――→Na2CO3NaOH溶液方案4：Fe――→点燃Fe2O3――→H2SO4溶液Fe2(SO4)3溶液【答案】方案1，C在空气中燃烧不能得纯净的CO。方案2，AgNO3溶液价格较高，不经济。方案4，Fe燃烧后的产物为Fe3O4，不是Fe2O3。因此，只有方案3合理。考点突破21．(2019·山东济宁模拟)某硫酸厂用氨水吸收尾气中的二氧化硫，防止其污染环境并综合利用。某课题组模拟该生产工艺，进行如下实验探究活动。【探究二氧化硫的性质并吸收二氧化硫】设计如图实验装置。化学实验方案的设计★★★(1)B用于探究二氧化硫的漂白性，则所盛试剂为________；C、D分别探究的是二氧化硫的________性、________性。(2)从实验安全性角度考虑，可以代替上图中E装置的是____________。【探究E中吸收液的成分】(3)该课题组对吸收液中可能存在的含硫阴离子提出如下假设，请你完成假设二：假设一：吸收液中存在SO2－3、SO2－4；假设二：吸收液中存在SO2－3、SO2－4、____________。(4)请你设计实验验证假设一，写出实验步骤和结论：实验步骤实验结论【答案】(1)品红溶液还原氧化(2)a、c(3)HSO－3(4)实验步骤实验结论取适量吸收液于试管中，滴加BaCl2溶液至过量，过滤，向沉淀中加入过量稀盐酸若沉淀部分溶解且有无色、有刺激性气味的气体放出，则证明假设一成立(其他合理答案均可)2.(2019届湖北八校第一次联考)工业上废弃资源回收再利用，可以更大限度地发挥原材料的价值。某教师在指导学生做研究性学习时，拟利用废铁屑在实验室制备FeSO4溶液，再与等物质的量的(NH4)2SO4反应，制备补血剂硫酸亚铁铵晶体[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，相对分子质量为392]。硫酸亚铁铵晶体比一般亚铁盐稳定，在空气中不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇。(1)废铁屑的净化：将废铁屑投入10%的碳酸钠溶液中并加热5～10min，通过倾析法弃去纯碱溶液，并用蒸馏水洗净废铁屑，待用。(2)酸浸净化后的废铁屑：将2gFe粉、10mL3mol·L－1的H2SO4溶液加入烧瓶中反应，保持温度70～80℃，适当添加水以补充被蒸发掉的水分，并控制溶液的pH，至反应无明显气泡产生，停止加热，过滤，称量残留固体的质量。①反应过程中会产生少量H2S、PH3等气体，需使用封闭装置。写出用CuSO4溶液吸收H2S气体的化学反应方程式：__________________。②反应过程中使用过量铁粉的目的是____________________________。(3)制备(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O：向FeSO4溶液中加入一定质量的(NH4)2SO4固体，70～80℃条件下溶解后，趁热倒入50mL乙醇中，析出晶体。实验中，需对过滤出产品的母液(pH1)进行处理。室温下，分别取母液并向其中加入指定物质，反应后的溶液中主要存在的一组离子正确的是____________(填序号)。A．通入过量Cl2：Fe2＋、H＋、NH＋4、Cl－、SO2－4B．加入过量KSCN溶液：K＋、NH＋4、Fe3＋、SO2－4、SCN－C．加入过量NaOH溶液：Na＋、Fe2＋、NH＋4、SO2－4、OH－D．加入过量NaClO的NaOH的混合溶液：Na＋、Cl－、ClO－、SO2－4、OH－(4)产品纯度测定：称取ag产品溶于水，配制成500mL溶液，取25.00mL待测液，用浓度为cmol·L－1的酸性KMnO4溶液滴定。重复上述操作2次，实验结果如下：实验次数第一次第二次第三次消耗高锰酸钾溶液的体积/mL25.5225.0224.98该产品的纯度为________________________(用含a、c的代数式表示)。有同学提出，测定产品SO2－4的含量也可测定产品的纯度，请补充完整实验方案：称取约0.4g样品，溶于70mL水，______________________________，将沉淀移入坩埚，灼烧至恒重，记录数据(实验中必须使用的试剂有：2mol·L－1的HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液)。【答案】(2)①CuSO4＋H2S==CuS↓＋H2SO4②避免Fe2＋被氧化为Fe3＋(3)D(4)980ca×100%加入2mol·L－1HCl溶液酸化，滴加BaCl2溶液至沉淀完全，过滤，洗涤沉淀，直到滤液滴加AgNO3溶液不出现浑浊3．某研究小组在实验室中模拟工业制取NaHCO3的实验步骤如下：①连接好装置，检验气密性，在仪器内装入药品。②先让某一装置发生反应，直到产生的气体不能再在C中溶解，再通入另一装置中产生的气体，片刻后，C中出现固体。继续向C中通入两种气体，直到不再有固体产生。③分离C中所得的混合物，得到NaHCO3固体。④向滤液中加入适量的某固体粉末，有NH4Cl晶体析出。化学实验方案的评价★★★★(1)下图所示装置的连接顺序是：a接________；________接________；b接____________(填接口编号)。ABCD(2)A中反应的离子方程式为__________________；B中常选用的液体反应物为________；D中应选用的液体为________。(3)步骤②让________装置先发生反应。(4)C中用球形干燥管而不用直导管，其作用是________________；装有无水CaCl2的U形管的作用是_______________________。(5)步骤③分离出NaHCO3固体的操作是__________________。(6)步骤④中所加固体粉末化学式为__________________。所得的晶体中常含有少量的NaCl和NaHCO3(占5%～8%)，请设计一个简单的实验，不使用其他任何试剂，证明所得晶体大部分是NH4Cl。简要写出操作和现象：__________________。【答案】(1)fedc(2)CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑浓氨水饱和碳酸氢钠溶液(或饱和NaHCO3溶液)(3)B(4)防止倒吸吸收多余的NH3(5)过滤(6)NaCl取少量固体放入试管中，加热，固体大部分消失，在试管口内壁又有较多的固体凝结4．某同学想利用图示装置(夹持装置已略去)实验探究SO2与Na2O2反应的产物。测得反应前C管的质量为m1g，反应后C管的质量为m2g，反应后装置D质量增加了ng。请分析：Ⅰ.装置B的作用__________________；装置D的作用__________________。Ⅱ.如何检验反应中是否有O2生成：____________________________。Ⅲ.对C中固体产物提出如下假设：假设1：只有Na2SO3；假设2：只有Na2SO4；假设3：______________________________。(1)若Na2O2反应完全，为确定C中固体产物的成分，甲同学设计如下实验：将C中的固体配成溶液，加Ba(NO3)2溶液，得到白色沉淀，加足量稀硝酸，沉淀不溶解。得出结论：产物是Na2SO4。该方案是否合理________(填“是”或“否”)，理由是___________________________________