化學(xué)實驗的設(shè)計與評價

備考提示

實驗設(shè)計及評價和評價后的再設(shè)計，這是高考中考查學(xué)生化學(xué)能力的一種較難的考查形式。通常考查的實驗設(shè)計及評價都可以從教材安排的演示實驗中找到它們的影子，即來源于教材又高于教材。要求熟練操作教材中的各實驗，包括科學(xué)探究實驗和其他課外實驗，還要求對這些實驗進(jìn)行評價和改進(jìn)。專題備忘

1.實驗方案的設(shè)計往往有許多途徑。為了適應(yīng)中學(xué)生的知識能力水平，中學(xué)課本中的某些實驗可能不是最優(yōu)的方案。所以在實驗復(fù)習(xí)中要根據(jù)實驗原理來設(shè)計實驗步驟和裝置，掌握一些裝置和儀器藥品的替代方法，力求使設(shè)計的實驗儀器簡單、操作便捷、節(jié)省試劑、現(xiàn)象明顯、安全防污等，培養(yǎng)和增強(qiáng)實驗設(shè)計能力和創(chuàng)造性思維能力。

課本實驗的改進(jìn)

例1下圖甲是課本中驗證銅和濃硝酸反應(yīng)的裝置，乙、丙是師生對演示實驗改進(jìn)后的裝置：

（1）甲、乙、丙三個裝置中共同發(fā)生的離子反應(yīng)方程式是_____________________________________。（2）和甲裝置相比，乙裝置的優(yōu)點是_______________________________________________________。（3）為了進(jìn)一步驗證NO2和水的反應(yīng)，某學(xué)生設(shè)計了丙裝置。先關(guān)閉彈簧夾__________，再打開彈簧夾____________，才能使NO2氣體充滿②試管。（4）當(dāng)氣體充滿②試管后，將銅絲提起與溶液脫離，欲使燒杯中的水進(jìn)入②試管應(yīng)如何操作___________________________。（5）當(dāng)②試管中的NO2和水充分反應(yīng)，所得溶液物質(zhì)的量濃度的最大值是__________（不考慮NO2與N2O4的轉(zhuǎn)化且該實驗條件下氣體摩爾體積設(shè)為VmL/mol）。

實驗方案的評價及其再設(shè)計

例2氫氧化銅是一種常用試劑。例如，可利用新制氫氧化銅驗證醛類物質(zhì)的還原性。

Ⅰ.實驗室制取氫氧化銅懸濁液的操作方法：在試管里加入10%的氫氧化鈉溶液2mL，滴入2%的硫酸銅溶液4~6滴，振蕩即成。這樣操作的目的是：_________________________________。

Ⅱ.下面是三個研究性學(xué)習(xí)小組分別從不同層面開展的研究性學(xué)習(xí)活動：（1）研究性學(xué)習(xí)小組甲：對教材實驗結(jié)論“乙醛與新制氫氧化銅反應(yīng)生成的紅色沉淀是Cu2O”提出質(zhì)疑，他們認(rèn)為紅色沉淀不一定是氧化亞銅。為了確定紅色沉淀的成分，開展了如下研究：提出猜想：_________________________________________；查閱資料：①氧化亞銅屬于堿性氧化物；②+1價的銅離子在酸性條件下易發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)：③在空氣中灼燒氧化亞銅生成氧化銅。設(shè)計方案：方案1取該紅色沉淀溶于足量的稀硝酸中,觀察溶液顏色變化方案2取該紅色沉淀溶于足量的稀硫酸中，觀察是否有殘渣方案3稱取紅色沉淀ag，在空氣中充分灼燒至完全變黑，并在干燥器里冷卻，再稱重，反復(fù)多次至固體恒重，稱得質(zhì)量為bg,比較a，b關(guān)系方案4取紅色固體沉淀裝入試管里，加入酸化的硝酸銀溶液，觀察是否有銀白色銀析出。你認(rèn)為合理的方案是_________________________________；

（2）研究性學(xué)習(xí)小組乙針對小組甲的質(zhì)疑，設(shè)計新的探究方案，裝置如下圖所示。你認(rèn)為要測定上述紅色沉淀成分必須測定下列哪些物理量（只填序號）：____________________；①通入氫氣體積；②反應(yīng)前，紅色沉淀+硬質(zhì)玻璃管的總質(zhì)量；③完全反應(yīng)后紅色固體+硬質(zhì)玻璃管的總質(zhì)量；④實驗前，干燥管質(zhì)量；⑤硬質(zhì)玻璃管質(zhì)量；⑥鋅粒質(zhì)量；⑦稀硫酸中含溶質(zhì)的量；⑧實驗后，干燥管質(zhì)量

（3）研究性學(xué)習(xí)小組丙上網(wǎng)查閱新聞得知，“2005年諾貝爾化學(xué)獎授予了三位研究綠色化學(xué)的科學(xué)家”。綠色化學(xué)強(qiáng)調(diào)對環(huán)境友好，實現(xiàn)零排放?！白儚U為寶”符合綠色化學(xué)要求。他們收集上述紅色沉淀制備化學(xué)試劑—藍(lán)礬。請你幫助他們設(shè)計一個簡單且符合綠色化學(xué)要求的實驗方案：__________________________。

2.解綜合設(shè)計實驗題目應(yīng)注意的幾個問題（1）實驗操作的順序：①連接儀器：按發(fā)生→除雜→干燥→主體實驗→尾氣處理的順序連接儀器，并注意，“自下而上、自左而右的順序”；②檢驗氣密性；③裝藥品進(jìn)行實驗操作。

（2）可燃性氣體點燃之前應(yīng)檢驗氣體純度。（3）加熱和拆卸裝置的安全性。

先通原料氣排盡空氣，再點燃酒精燈，以防爆炸或發(fā)生副反應(yīng)，即“先通后點”；反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)入原料氣至裝置冷卻，再熄滅氣體發(fā)生的酒精燈，即“先冷后停”。（4）防止倒吸問題,某些氣體溶于液體涉及要防倒吸的問題。①用倒扣的漏斗吸收氣體；②導(dǎo)管中連接球形干燥管或其他容積較大的容器；③導(dǎo)管口不插入液面下；④裝置中安放安全瓶。典例精析例1.某校研究性實驗小組同學(xué)設(shè)計了如圖所示實驗裝置進(jìn)行實驗(夾持裝置已略去)。(1)該小組同學(xué)用該裝置進(jìn)行鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)制取氣體及其燃燒性質(zhì)探究實驗。①反應(yīng)開始前，往量氣管C中加入一定體積的液體為(寫出化學(xué)式)_________。②實驗開始時往燒瓶中加液體操作是___________________________________________________。③氣體點燃前，需要驗純。簡述驗純的操作方法：_____________________________________________________________________________________________________。④在導(dǎo)管口d處點燃?xì)怏w，觀察到的現(xiàn)象是________________。H2O

打開旋塞b及分液漏斗上口塞子，再打開分液漏斗旋塞a

用排水法收集一小試管氣體，拇指堵住試管口，靠近火焰點燃，若只聽到輕微的響聲，證明氣體比較純凈有淡藍(lán)色火焰(2)該裝置還可用于制取并收集少量其他氣體。請幫助該小組同學(xué)完成下表：制取氣體藥品化學(xué)方程式aAB、C①______雙氧水②______NO③______④___________________________O2MnO2H2O

3Cu+8HNO33Cu(N3O)2+2NO↑+4H2O(3)某同學(xué)用該裝置進(jìn)行實驗，確定某飽和醇的結(jié)構(gòu)。反應(yīng)前，先對量氣管進(jìn)行第一次讀數(shù)；反應(yīng)后，待裝置溫度冷卻到室溫，再對量氣管進(jìn)行第二次讀數(shù)(表中讀數(shù)已折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的數(shù)值)。實驗數(shù)據(jù)記錄如下：飽和醇的質(zhì)量金屬鈉的質(zhì)量量氣管第一次讀數(shù)量氣管第二次讀數(shù)①0.92g8.0g(足量)30mL366mL②0.46g4.0g(足量)30mL198mL已知該飽和醇的相對分子質(zhì)量為92。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可確定該飽和醇的結(jié)構(gòu)簡式為_____________________。CH2OHCHOHCH2OH典例精析變式2

某小組同學(xué)設(shè)計了下圖所示的實驗裝置。該裝置既可以用于制取和收集某些氣體，又可用于檢驗氣體的性質(zhì)。(1)用此裝置制取氧氣，A、B及E中分別裝入的試劑是___________________。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程______________________。檢查好裝置氣密性后，先打開K2，關(guān)閉K1，反應(yīng)一段時間后，再關(guān)閉K2打開K1，目的是_____________________。

H2O2、

MnO2、水2H2O22H2O+O2↑MnO2排盡錐形瓶中的空氣典例精析變式2

某小組同學(xué)設(shè)計了下圖所示的實驗裝置。該裝置既可以用于制取和收集某些氣體，又可用于檢驗氣體的性質(zhì)。(2)一同學(xué)想用此裝置來證明乙醇的結(jié)構(gòu)式，在A中裝入無水乙醇，B中裝入金屬鈉，反應(yīng)中應(yīng)保證_____過量，實驗進(jìn)行時打開K1關(guān)閉K2，需要測定的數(shù)據(jù)是________________________。鈉乙醇的質(zhì)量及氫氣的體積典例精析變式2

某小組同學(xué)設(shè)計了下圖所示的實驗裝置。該裝置既可以用于制取和收集某些氣體，又可用于檢驗氣體的性質(zhì)。(3)若E中不加入任何劑，此裝置還可以用來制取并收集的氣體有__________(寫出2種)。H2、NH3例2、某課外研究小組，用含有較多雜質(zhì)的銅粉，通過不同的化學(xué)反應(yīng)制取膽礬。其設(shè)計的實驗過程為：(1)銅中含有大量的有機(jī)物，可采用灼燒的方法除去有機(jī)物，灼燒時將瓷坩堝置于___上(用以下所給儀器的編號填入，下同)，取用坩堝應(yīng)使用___，灼燒后的坩堝應(yīng)放在___上，不能直接放在桌面上。實驗所用儀器：a.蒸發(fā)皿b.石棉網(wǎng)c.泥三角d.表面皿e.坩堝鉗f.試管夾ceb(2)雜銅經(jīng)灼燒后得到的產(chǎn)物是氧化銅及少量銅的混合物，用以制取膽礬。灼燒后含有少量銅的可能原因是()a.灼燒過程中部分氧化銅被還原b.灼燒不充分銅未被完全氧化c.氧化銅在加熱過程中分解生成銅d.該條件下銅無法被氧氣氧化ab(3)通過途徑Ⅱ?qū)崿F(xiàn)用粗制氧化銅制取膽礬，必須進(jìn)行的實驗操作步驟：酸溶、加熱通氧氣、過濾、______、冷卻結(jié)晶、______、自然干燥。(4)由粗制氧化銅通過兩種途徑制取膽礬，與途徑Ⅰ相比，途徑Ⅱ有明顯的兩個優(yōu)點是____________________________、____________________________。蒸發(fā)過濾產(chǎn)生等量膽礬途徑Ⅱ消耗硫酸少產(chǎn)生等量膽礬途徑Ⅱ產(chǎn)生的有害氣體少1.已知氨氣跟氧化銅反應(yīng)可以制備氮氣(2NH3＋3CuO＝3Cu＋3H2O＋N2)，純氮氣跟鎂高溫下反應(yīng)可得到氮化鎂，但氮化鎂遇水即反應(yīng)生成氫氧化鎂和氨氣。(1)下面是某化學(xué)課外小組的同學(xué)提出的實驗室制備氨氣的幾種方案。(A)硫酸銨固體與消石灰共熱(B)加熱分解氯化銨固體(C)濃氨水逐滴加到新制的生石灰中(D)在一定條件下，氮氣與氫氣化合你認(rèn)為其中較簡單易行的方案有

（填字母）其反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

△AC（NH4)2SO4+Ca(OH)2＝CaSO4+2NH3↑+2H2O△NH3·H2O+CaO＝Ca(OH)2+NH3↑自己動手【方案一】①該方案能否制得純凈的氮化鎂？簡述理由。②裝置C的作用是

。(2)該小組同學(xué)設(shè)計的制備氮化鎂的方案有以下兩個。分別見實驗方案的裝置圖（夾持及加熱儀器沒有畫出）且在實驗前系統(tǒng)內(nèi)的空氣均已排除。不能。因F裝置后缺一干燥裝置，部分Mg3N2與進(jìn)入裝置的空氣中的水蒸氣反應(yīng)生成Mg(OH)2，導(dǎo)致產(chǎn)品不純。作安全瓶，防止裝置D中的水倒流入B中【方案二】已知：3Mg+6NH3＝3Mg(NH2)2+3H2高溫①該方案中存在的問題有：

。②如何才能解決上述問題？因與鎂反應(yīng)的N2中混有NH3，且NH3可與鎂反應(yīng)生成Mg(NH2)2

，造成產(chǎn)品不純。可將裝置D換成一裝有濃硫酸的洗氣瓶，并在裝置C與