高考化學創(chuàng)新實驗方案的設計和評價

1、高考化學創(chuàng)新實驗方案的設計和評價一、化學實驗方案的設計1基本原則2基本思路3實驗設計的內容(1)明確實驗目的、實驗原理；(2)選擇藥品和儀器；(3)設計裝置步驟；(4)記錄 、實驗數(shù)據(jù)；(5)分析得出結論。實驗現(xiàn)象4實驗方案的創(chuàng)新設計的幾種方法通?；瘜W實驗方案的創(chuàng)新性可從以下兩個方面考慮：一是 的創(chuàng)新設計，凡是物質間滿足“反應容易發(fā)生”“速率快慢適當”“產物較純且易分離”的反應均可用于制備所需產物；二是 的創(chuàng)新設計，根據(jù)現(xiàn)有儀器，考慮題給的藥品狀態(tài)、反應條件及儀器用途等，可大膽改進制備裝置、凈化裝置、收集裝置、除雜裝置，體現(xiàn)創(chuàng)新精神。實驗原理實驗裝置(1)尾氣處理裝置的設計：在設計尾氣處理裝置

2、時，要充分考慮裝置是否符合以下幾點：能充分吸收氣體、不能倒吸、尾氣處理裝置應與大氣相通。如：下列吸收氨氣的裝置(未標出的液體為水) 均能防止倒吸， 均不能。A、C、E、F、GB、D(2)防污染安全裝置設計：如：下列尾氣處理裝置中，A可吸收 的尾氣(如Cl2、SO2等)，B和C裝置吸收 的尾氣(如HCl、NH3等)，D可用于除去CO等 氣體，E可用于收集所有氣體。有毒易溶可燃性(3)量氣裝置的設計：如：下列裝置中， 是常規(guī)的量氣裝置， 是改進后的裝置，而裝置 則不能測量氣體體積。AB、C、DE5設計示例設計實驗證明氯酸鉀中含有氯元素。(1)實驗原理： ， 。(2)實驗試劑：氯酸鉀固體、 、 、稀

3、硝酸。MnO2AgNO3溶液AgCl=AgCl(3)操作步驟：將氯酸鉀和MnO2混合共熱。冷卻至室溫，加水充分溶解后， 。取少量濾液于一潔凈試管中，加入幾滴 ，觀察到有白色沉淀生成，證明氯酸鉀中含有氯元素。過濾硝酸酸化的AgNO3溶液二、實驗方案的評價1化學實驗方案的評價角度根據(jù)實驗原理，通過比較、分析和綜合的方法，從以下方面對實驗進行科學論證和評判，并能在必要時提出合理的改進意見。(1)化學實驗原理。(2)試劑與儀器的選用。(3)實驗基本操作及其順序。(4)實驗步驟。2實驗評價試題的常見類型(1)評價實驗原理。(2)評價實驗方法。(3)評價藥品、儀器。(4)評價實驗現(xiàn)象和結論。1下列實驗方案

4、能達到目的的是 ()A除去Fe粉中混有的I2：加熱使I2升華B除去NaCl固體中混有的MgCl2：加入KOH溶液后過濾，濾液蒸發(fā)結晶C除去碳酸鈉中混有的碳酸氫鈉：加入過量的氫氧化鈉溶液，蒸發(fā)結晶D除去氫氧化鎂中混有的氫氧化鈣：放入水中攪拌成漿狀后，加入足量氯化鎂溶液，加適量水過濾洗滌答案： D解析：加熱時鐵粉與I2發(fā)生反應生成FeI2，A項不正確；B項中除去鎂離子的同時帶入K，不正確；C項加入過量NaOH溶液易引入雜質NaOH，D正確。2(2011?？谡{研)下列實驗設計和結論相對應的是 ()A將碘水倒入分液漏斗，加適量乙醇，振蕩后靜置，可將碘萃取到乙醇中B某氣體能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，該氣

5、體水溶液一定顯堿性C某無色溶液中滴加Ba(NO3)2溶液，產生白色沉淀，則原溶液中一定有SOD某氣體能使澄清石灰水變渾濁，該氣體一定是CO2答案： B解析： A項，C在空氣中燃燒不能得純凈的CO。B項，AgNO3溶液價格較高，不經(jīng)濟。D項，F(xiàn)e燃燒后的產物為Fe3O4，不是Fe2O3。答案： C4(2011沈陽四校測試)如圖裝置可用于收集氣體并驗證其某些化學性質，你認為正確的是 ()選項氣體試劑現(xiàn)象結論ANH3酚酞試液溶液變紅色NH3的水溶液顯堿性BNO2KI淀粉溶液溶液變藍NO2有氧化性CX澄清石灰水溶液變渾濁X是CO2DCl2紫色石蕊試液溶液先變紅后褪色Cl2有酸性和漂白性解析： NH3極

6、易溶于水，進行檢驗時，導管不能插入溶液中，否則會造成倒吸；能使澄清石灰水變渾濁的氣體除CO2外，還有SO2；Cl2能使紫色的石蕊試液先變紅后褪色，是由于Cl2與水反應生成HCl和HClO，其中HCl具有酸性，HClO具有漂白性。答案： B5(2011貴州模擬)某研究性學習小組設計兩套實驗方案制備氨氣并探究其還原性(部分夾持裝置已省略)。甲方案：乙方案：根據(jù)方案回答下列問題：(一)甲方案：(1)B裝置盛裝堿石灰，A裝置中藥品可以是_a氯化銨固體和燒堿b碳酸氫銨固體c氯化銨固體d硫酸銨和熟石灰(2)實驗完畢后，設計簡單實驗檢驗D試管收集到的物質(簡述操作過程、現(xiàn)象和結論)_。(3)寫出C中發(fā)生反應

7、的化學方程式_。(二)乙方案：(4)A為濃氨水，B為生石灰，簡述實驗原理：_。E裝置里盛裝的藥品是_。(5)能證明氨氣具有還原性的實驗現(xiàn)象_(任寫兩條)。(6)銅有2價、1價、0價，根據(jù)氧化還原反應原理，D玻璃管里還原產物除銅外，還可能有_。假設有銅以外的還原產物生成，寫出D中發(fā)生反應的化學方程式：_。解析：本實驗的目的是制備氨氣，并探究氨氣的還原性。實驗流程為：氨氣的發(fā)生裝置氨氣干燥裝置氨氣還原氧化銅檢驗產物水收集氮氣。(1)碳酸氫銨分解生成氨氣、二氧化碳和水，用堿石灰吸收二氧化碳和水，能制取純凈的氨氣。氯化銨固體分解生成氨氣與氯化氫，而氯化氫和氨氣在試管口附近遇冷會產生氯化銨，不能制取氨氣

8、。綜上所述，在四組物質中，選擇硫酸銨和熟石灰或碳酸氫銨制氨氣較合適。(2)氨氣沸點較低，冰水混合物不能使氨氣液化，故D試管收集到的是水，不是液氨，未反應的氨氣導入水槽，氨氣極易溶于水，E試管收集的氣體是氮氣。(3)氨氣與赤熱氧化銅反應生成銅、氮氣、水。(4)生石灰溶于水放出大量的熱，氨氣在水中的溶解度隨溫度的升高而降低，且生石灰與水反應，消耗了水；E中盛裝無水硫酸銅，用來檢驗產物水。考綱展示考點關注(1)能根據(jù)試題要求設計、評價或改進實驗方案(2)了解控制實驗條件的方法(3)能分析或處理實驗數(shù)據(jù)，得出合理結論(1)在物質的制備與性質的聯(lián)合實驗中，考查實驗原理和典型裝置的設計(2)以物質的制備流

9、程為載體，考查實驗方案的設計與評價(3)通過對常見實驗的改進，考查學生分析問題、解決問題的能力及思維的靈活性2實驗方案設計中的安全問題(1)防爆炸：點燃可燃性氣體(如H2、CO、CH4、C2H4)或用CO、H2還原Fe2O3、CuO之前，要檢驗氣體的純度。(2)防暴沸：配制硫酸的水溶液或硫酸的酒精溶液時，要將密度大的濃硫酸緩慢倒入水中或酒精中；加熱液體混合物時要加沸石(或碎瓷片)。(3)防中毒：制取有毒氣體(如Cl2、CO、SO2、H2S、NO2、NO)時，應在通風櫥中進行，且進行尾氣處理。(4)防倒吸：加熱法制取并用排水法收集氣體或吸收溶解度較大的氣體(如NH3、HCl)時，要注意熄燈順序或

10、加裝安全瓶。特別提醒 設計實驗方案時，需要注意的問題：(1)圍繞主要問題思考，例如：選擇適當?shù)膶嶒灺肪€、方法；所用藥品、儀器簡單易得；實驗過程快速、安全；實驗現(xiàn)象明顯。(2)注意有關物質的制備、凈化、吸收和存放等有關問題。例如：制取在空氣中易水解的物質(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物質時，往往在裝置末端再接一個干燥裝置，以防止空氣中的水蒸氣進入。例1 (2011北京高考)甲、乙兩同學為探究SO2與可溶性鋇的強酸鹽能否反應生成白色BaSO3沉淀，用下圖所示裝置進行實驗(夾持裝置和A中加熱裝置已略，氣密性已檢驗)。實驗操作和現(xiàn)象：操作現(xiàn)象關閉彈簧夾，滴加一定量濃硫酸，加熱A中

11、有白霧生成，銅片表面產生氣泡B中有氣泡冒出，產生大量白色沉淀C 中產生白色沉淀，液面上方略顯淺棕色并逐漸消失操作現(xiàn)象打開彈簧夾，通入N2，停止加熱，一段時間后關閉從B、C中分別取少量白色沉淀，加稀鹽酸均未發(fā)現(xiàn)白色沉淀溶解(1)A 中反應的化學方程式是_。(2)C 中白色沉淀是_，該沉淀的生成表明SO2具有_性。(3)C中液面上方生成淺棕色氣體的化學方程式是_。(4)分析B中不溶于稀鹽酸的沉淀產生的原因，甲認為是空氣參與反應，乙認為是白霧參與反應。為證實各自的觀點，在原實驗基礎上：甲在原有操作之前增加一步操作，該操作是_；乙在A、B間增加洗氣瓶D，D中盛放的試劑是_。進行實驗，B中現(xiàn)象：甲大量白

12、色沉淀乙少量白色沉淀檢驗白色沉淀，發(fā)現(xiàn)均不溶于稀鹽酸。結合離子方程式解釋實驗現(xiàn)象異同的原因：_。(5)合并(4)中兩同學的方案進行實驗。B中無沉淀生成，而C中產生白色沉淀，由此得出的結論是_。飽和亞硫酸氫鈉的洗氣瓶D，排除白色酸霧的干擾； 甲、乙兩同學的實驗中，B中均有不溶于稀鹽酸的白色沉淀，說明有硫酸鋇沉淀生成，甲是酸霧引起的，乙是氧氣引起的，根據(jù)甲同學得到的沉淀多，說明酸霧的量遠大于裝置中氧氣的量。合并甲、乙兩同學的裝置實驗，既除去了氧氣又除去了酸霧，裝置B 中無白色沉淀生成，說明二氧化硫與可溶性鋇的強酸鹽不能反應生成亞硫酸鋇沉淀。11.(2011廣東理綜)某同學通過系列實驗探討 Mg 及

13、其化合物的性質，操作正確且能達到目的的是 ()A將水加入濃硫酸中得稀硫酸，置鎂片于其中探討 Mg 的活潑性B將 NaOH溶液緩慢滴入MgSO4溶液中，觀察Mg(OH)2沉淀的生成C將 Mg(OH)2 濁液直接倒入已裝好濾紙的漏斗中過濾， 洗滌并收集沉淀D將Mg(OH)2 沉淀轉入表面皿中，加足量稀鹽酸，加 熱蒸干得無水MgCl2固體 解析：本題考查化學實驗基本操作，意在考查考生對化學實驗基本操作的熟練運用能力以及對實驗的簡單設計與評價能力。濃硫酸稀釋時，應將濃硫酸沿玻璃棒緩慢加入水中以防止液滴飛濺，A項錯誤；將NaOH溶液與MgSO4 溶液混合即可得到Mg(OH)2沉淀，B項正確；過濾時，應使

14、用玻璃棒引流，C項錯誤；對MgCl2溶液直接加熱，Mg2易水解，不能得到MgCl2固體，D項錯誤。答案：B12.現(xiàn)有一工業(yè)純堿樣品(含少量氯化鈉等不與酸反應的雜質)，用如圖裝置測定樣品中碳酸鈉的質量分數(shù)，其中正確的是 ()解析：實驗目的可知想通過排出液體體積計算樣品中碳酸鈉的質量分數(shù)，而裝置A、B由于進氣管長，出水管短，不能排出液體；D項廣口瓶中的液體Na2CO3溶液可與CO2反應，導致排出液體體積變小使實驗不準確。答案：C13.(2011山東高考)某同學設計實驗驗證H2SO3酸性強于H2CO3：將SO2和CO2氣體分別通入水中至飽和，立即用酸度計測兩溶液的pH，若前者的pH小于后者，則H2S

15、O3酸性強于H2CO3。該實驗設計不正確，錯誤在于_。設計合理實驗驗證H2SO3酸性強于H2CO3(簡要說明實驗步驟、現(xiàn)象和結論)。儀器自選。供選擇的試劑：CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸餾水、飽和石灰水、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、pH試紙。解析：該實驗設計的錯誤在于二者的飽和溶液的物質的量濃度不同，可以利用反應：SO2NaHCO3=CO2NaHSO3，或比較同濃度的NaHCO3溶液和NaHSO3溶液的堿性等驗證H2SO3的酸性強于H2CO3。答案：用于比較pH的兩種酸的物質的量濃度不相等三種參考方案如下：方案一：配制相同物質的量濃度的NaHSO3

16、和NaHCO3溶液，用酸度計(或pH試紙)測兩溶液的pH，前者的pH小于后者，證明H2SO3酸性強于H2CO3；方案二：將SO2氣體依次通過NaHCO3(或Na2SO3)溶液、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、澄清石灰水，品紅溶液不褪色，且澄清石灰水變渾濁，證明H2SO3酸性強于H2CO3；方案三：將CO2氣體依次通過NaHSO3(或 Na2SO3)溶液、品紅溶液，品紅溶液不褪色，證明H2SO3酸性強于H2CO31從可行性方面對實驗方案做出評價科學性和可行性是設計實驗方案的兩條重要原則，在對實驗方案進行評價時，要分析實驗方案是否科學可行，實驗方案是否遵循化學理論和實驗方法要求，在實際操作時能否做到

17、可控易行。評價時，從以下5個方面分析：(1)實驗原理是否正確、可行；(2)實驗操作是否安全、合理；(3)實驗步驟是否簡單、方便；(4)實驗裝置的選擇與連接順序是否合理；(5)實驗現(xiàn)象及效果是否明顯等。2從“綠色化學”視角對實驗方案做出評價“綠色化學”要求設計安全的、對環(huán)境友好的合成線路，降低化學工業(yè)生產過程中對人類健康和環(huán)境的危害，減少廢棄物的產生和排放。據(jù)此，對化學實驗過程或方案從以下4個方面進行綜合評價：(1)反應原料是否易得、安全、無毒；(2)反應速率是否較快；(3)原料利用率以及合成物的產率是否較高；(4)合成過程中是否造成環(huán)境污染。3從“安全性”方面對實驗方案做出評價化學實驗從安全角

18、度常考慮的主要因素如下：(1)凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防液體倒吸；(2)進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如H2還原CuO應先通H2，氣體點燃前先驗純等)；(3)防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”，白磷切割要在水中等)；(4)防吸水(如實驗取用、制取易吸水、潮解、水解的物質時宜采取必要措施，以保證達到實驗目的)；(5)冷凝回流(有些反應中，為減少易揮發(fā)液體反應物的損耗和充分利用原料，需在反應裝置上加裝冷凝回流裝置，如長玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等)；(6)易揮發(fā)液體產物(導出時可為蒸氣)的及時冷卻。例2(2011莆田高三質檢)硫酸工業(yè)尾氣中二氧化硫的含量超過0.05%(體積分數(shù)

19、)時需經(jīng)處理后才能排放。某校興趣小組欲測定硫酸工業(yè)尾氣中二氧化硫的含量，采用以下方案：甲方案：如下圖所示，圖中氣體流量計B用于準確測量通過尾氣的體積。將尾氣通入一定體積已知濃度的碘水中測定SO2的含量。當洗氣瓶C中溶液藍色消失時，立即關閉活塞A。(1)洗氣瓶C中導管末端連接一個多孔球泡D，可以提高實驗的準確度，其理由是：_。(2)洗氣瓶C中的溶液可以用其他試劑替代，請你舉出一種：_。(3)洗氣瓶C中溶液藍色消失后，沒有及時關閉活塞A，測得的SO2含量_(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)。 乙方案：實驗步驟如下面流程圖所示：(4)寫出步驟中反應的化學方程式_。(5)步驟中洗滌沉淀的方法是_。(

20、6)通過的尾氣體積為V L(已換算成標準狀況)時，該尾氣中二氧化硫的含量(體積分數(shù))為_(用含有V、m的代數(shù)式表示)。丙方案：將乙方案中步驟省略，直接將尾氣通入過量Ba(OH)2溶液中，其余步驟與乙方案相同。(7)你認為丙方案是否合理，說明理由：_。解析 (1)甲方案利用的原理為：SO2I22H2O=H2SO42HI，洗氣瓶C中導管末端連接一個多孔球泡D，可以增大SO2與碘水的接觸面積，使SO2和碘水充分反應。(2)洗氣瓶C中的溶液還可以用酸性高錳酸鉀溶液、溴水等代替。(3)洗氣瓶C中溶液藍色消失后，沒有及時關閉活塞A，則通入尾氣的體積增大，因此SO2含量偏低。(4)乙方案利用的原理為：SO2

21、H2O2=H2SO4，H2SO4Ba(OH)2=BaSO42H2O。步驟中反應的化學方程式為：H2SO4Ba(OH)2=BaSO42H2O。探規(guī)尋律對實驗方案的合理與否，嚴密與否作出判斷要從“合理選擇、排除干擾、操作準確”等方面入手?！昂侠磉x擇”是指儀器、藥品、連接方式的選擇；“排除干擾”是指反應條件的控制、防止空氣成分介入、副反應盡量避免、雜質的除去等；“操作準確”則要求熟悉主要儀器的性能與使用方法和化學實驗的操作方法等。21.下列符合化學實驗“綠色化學”的有 ()在萃取操作的演示實驗中，將CCl4萃取溴水改為CCl4萃取碘水在銅與濃硫酸反應的實驗中，將銅片改為可調節(jié)高度的銅絲將實驗室的廢酸

22、液與廢堿液中和后再排放ABC D答案：D解析：此題對中學化學教學有很好的導向作用，要求學生在實驗中探究更合理的實驗方案。溴水有揮發(fā)性，溴蒸氣有毒，利用銅絲可控制反應、同時反應速率快一些，酸液對環(huán)境有腐蝕性，故應中和后排放。三組實驗都有綠色化學思想。答案： A解析：C、D項Cl2與H2光照時發(fā)生爆炸，不能用此法制HCl；B比A步驟多，原料利用率低；所以最合理的生產途徑是A。23.某無色混合氣體中可能含有乙烯、二氧化碳、二氧化硫和氧氣，為確定其中一定含有二氧化碳、二氧化硫，甲、乙、丙3位同學分別設計了下述實驗方案，并都認為：如果觀察到的現(xiàn)象與自己設計的方案一樣，就可確認無色氣體中一定含有二氧化碳和二氧化硫。試用簡要語言評價上述各實驗