1、专题五实验方案设计与评价专题五实验方案设计与评价第二板块第二板块内容索引专题知识整合专题知识整合热点考向例析热点考向例析专题知识整合专题知识整合一、实验设计一、实验设计1.设计要求设计要求实验设计要科学实验设计要科学,安全可靠安全可靠,操作简便操作简便,药品经济药品经济,现象明显。现象明显。2.一般流程一般流程(1)根据某一主题根据某一主题,“发现问题发现问题”“提出猜想提出猜想”“确定假设确定假设”;(2)根据假设设计实验方案根据假设设计实验方案;(3)通过实验收集证据或实验现象通过实验收集证据或实验现象;(4)得出假设是否成立的结论得出假设是否成立的结论;(5)对结论进行反思与评价。对结论
2、进行反思与评价。3.解题方法解题方法(1)分析题给条件分析题给条件,明确实验目的明确实验目的;(2)根据反应原理根据反应原理,选择恰当的仪器和药品选择恰当的仪器和药品;(3)对仪器装置进行科学的连接对仪器装置进行科学的连接;(4)制定操作步骤制定操作步骤;(5)结合物质性质结合物质性质,根据实验现象根据实验现象,得出正确的结论。得出正确的结论。注意注意在进行实验方案设计时要特别注意水的处理。在进行实验方案设计时要特别注意水的处理。(1)水作为杂质要除去水作为杂质要除去:要先除去其他杂质要先除去其他杂质,后干燥。后干燥。(2)水作为产物的检验水作为产物的检验:先检验水先检验水,再检验其他产物。再
3、检验其他产物。(3)水的定量测量水的定量测量:前后都要排除外来水的干扰。前后都要排除外来水的干扰。二、实验评价二、实验评价1.评价内容评价内容实验方案的评价包括实验原理的评价、方案的评价、实验实验方案的评价包括实验原理的评价、方案的评价、实验装置的评价、实验操作的评价、实验现象的描述与结论分析装置的评价、实验操作的评价、实验现象的描述与结论分析的评价等。的评价等。2.评价方法评价方法(1)科学性科学性:反应能否发生反应能否发生,即方案在理论上是否科学、合理、即方案在理论上是否科学、合理、严密严密;(2)简约性简约性:操作是否简便易行、优化操作是否简便易行、优化,反应条件是否易达到反应条件是否易
4、达到;(3)可行性可行性:所有原料是否常见、易得、廉价所有原料是否常见、易得、廉价;(4)安全性安全性:操作是否安全可靠操作是否安全可靠;(5)注意环保注意环保:反应过程是否节能与环保反应过程是否节能与环保;(6)要有创意要有创意:操作更简单操作更简单,实验误差更小。实验误差更小。热点考向例析热点考向例析考向一考向二考向三【例【例1】亮亮同学做镁条在空气中燃烧的实验时亮亮同学做镁条在空气中燃烧的实验时,发现镁条发现镁条燃烧除生成白色固体燃烧除生成白色固体(MgO)外外,还有少量的淡黄色固体生成。还有少量的淡黄色固体生成。这种淡黄色固体是什么呢这种淡黄色固体是什么呢?亮亮在老师的指导下进行有关实
5、亮亮在老师的指导下进行有关实验探究。验探究。【实验探究】将该淡黄色固体投入到盛有水的烧杯中。【实验探究】将该淡黄色固体投入到盛有水的烧杯中。【实验现象】在烧杯中产生白色沉淀【实验现象】在烧杯中产生白色沉淀,并有刺激性的氨味气并有刺激性的氨味气体产生。体产生。【教师指导】上述反应产生的白色沉淀为【教师指导】上述反应产生的白色沉淀为Mg(OH)2,生成的生成的气体为气体为NH3;反应过程中没有任何元素化合价的改变。反应过程中没有任何元素化合价的改变。考向一考向一探究物质成分的实验设计探究物质成分的实验设计考向一考向二考向三【问题解决】此淡黄色固体中肯定含有镁元素和【问题解决】此淡黄色固体中肯定含有
6、镁元素和元元素素,判断的依据是判断的依据是;若该物质仅由若该物质仅由2种元素组成种元素组成,其化学式为其化学式为,此物质与水反应的化此物质与水反应的化学方程式为学方程式为。【相关结论】空气中氮气【相关结论】空气中氮气(N2)和氧气和氧气(O2)的体积比约为的体积比约为,但镁条在空气中燃烧只生成少量的淡黄色固体但镁条在空气中燃烧只生成少量的淡黄色固体,由此得出由此得出的一个结论是的一个结论是。考向一考向二考向三解析解析:【问题解决】由于淡黄色固体与水反应产生的白色沉【问题解决】由于淡黄色固体与水反应产生的白色沉淀为淀为Mg(OH)2,生成的气体为生成的气体为NH3,反应过程中没有任何元素反应过程
7、中没有任何元素化合价的改变化合价的改变,由质量守恒定律可知由质量守恒定律可知,此淡黄色固体中肯定含此淡黄色固体中肯定含有镁元素和氮元素有镁元素和氮元素,若该物质仅由若该物质仅由2种元素组成种元素组成,由于镁显由于镁显+2价价,氮为氮为-3价价,其化学式为其化学式为Mg3N2,此物质与水反应的化学方程此物质与水反应的化学方程式为式为Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2+2NH3;【相关结论】氮气【相关结论】氮气(N2)约占空气体积的约占空气体积的,氧气氧气(O2)约占空气体积的约占空气体积的,故它们的故它们的体积比约为体积比约为4 1,但镁条在空气中燃烧只生成少量的淡黄色但镁条在空气中燃烧只生成
8、少量的淡黄色固体固体,说明只有少量氮气与镁发生反应说明只有少量氮气与镁发生反应,由此得出的一个结论由此得出的一个结论是氮气化学性质稳定是氮气化学性质稳定,不易发生化学反应。不易发生化学反应。考向一考向二考向三答案答案:【问题解决】氮质量守恒定律【问题解决】氮质量守恒定律Mg3N2Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2+2NH3【相关结论】【相关结论】4 1氮气化学性质稳定氮气化学性质稳定,不易发生化学反应不易发生化学反应考向一考向二考向三【例【例2】下面的实验仪器省去了固定装置下面的实验仪器省去了固定装置,请根据要求回答请根据要求回答问题问题:考向二考向二气体制取的实验设计气体制取的实验设计考向
9、一考向二考向三考向一考向二考向三(1)甲图中仪器甲图中仪器的名称为的名称为。(2)乙图中的微型装置乙图中的微型装置H可用于实验室制备可用于实验室制备CO2,此微型装置此微型装置在操作上的优点是在操作上的优点是;在甲图中在甲图中可选择可选择(填序号填序号)代替装置代替装置H中的注射器中的注射器可得到功能相同的装置。用稀盐酸和大理石制取的二氧化碳可得到功能相同的装置。用稀盐酸和大理石制取的二氧化碳常含有少量的氯化氢气体和水蒸气常含有少量的氯化氢气体和水蒸气,可用丙图装置将其除去可用丙图装置将其除去,得到干燥纯净的二氧化碳得到干燥纯净的二氧化碳,则丙图中的则丙图中的A、B两瓶分别应该盛两瓶分别应该盛
10、装装和和。(3)装配用装配用KClO3制备制备O2的发生装置的发生装置,甲图中除固定装置外甲图中除固定装置外还差的仪器是还差的仪器是(写名称写名称);该反应的化学该反应的化学方程式为方程式为。考向一考向二考向三(4)用铁片和稀硫酸在微型装置用铁片和稀硫酸在微型装置H中制取氢气中制取氢气,其化学方程式其化学方程式为为;I是医用输液观察滴液快慢的滴壶是医用输液观察滴液快慢的滴壶,若用它作微型洗气装置若用它作微型洗气装置,则气体应从则气体应从(填填“a”或或“b”)进入进入,其中所装洗气的液其中所装洗气的液体不能装满的原因是体不能装满的原因是。考向一考向二考向三解析解析:(2)乙图中可以通过注射器来
11、控制滴加液体的速率从乙图中可以通过注射器来控制滴加液体的速率从而控制反应速率而控制反应速率,图甲中的分液漏斗也能控制滴加液体的速图甲中的分液漏斗也能控制滴加液体的速率。要得到纯净干燥的二氧化碳率。要得到纯净干燥的二氧化碳,可先通过盛有饱和碳酸氢可先通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶除去氯化氢气体钠溶液的洗气瓶除去氯化氢气体,再通过盛有浓硫酸的洗气再通过盛有浓硫酸的洗气瓶除去水蒸气。瓶除去水蒸气。(3)用用KClO3制备制备O2需要加热需要加热,故缺少的仪器故缺少的仪器是酒精灯。是酒精灯。(4)用用I作为洗气装置作为洗气装置,则气体应该从则气体应该从b端进入端进入,以使以使气体和液体充分接触达到洗
12、气的目的。所装洗气的液体如果气体和液体充分接触达到洗气的目的。所装洗气的液体如果太满就会被气体压入太满就会被气体压入a端端,从从a处流出来。处流出来。考向一考向二考向三答案答案:(1)长颈漏斗长颈漏斗(2)可控制反应速率可控制反应速率D饱和碳酸氢钠溶液浓硫酸饱和碳酸氢钠溶液浓硫酸(4)Fe+H2SO4FeSO4+H2b液体会被压往液体会被压往a处流出处流出考向一考向二考向三【例【例3】“一般不用一般不用K、Ca、Na等活泼金属来置换盐溶液等活泼金属来置换盐溶液中的其他金属元素。中的其他金属元素。”小科对这种说法进行了思考小科对这种说法进行了思考,并查阅资并查阅资料料,对金属钠和硫酸铜溶液的反应
13、进行探究。对金属钠和硫酸铜溶液的反应进行探究。【查阅资料】钠常温下就能与水发生剧烈反应【查阅资料】钠常温下就能与水发生剧烈反应,反应的化学反应的化学方程式为方程式为2Na+2H2O2NaOH+H2。【提出猜想】猜想一【提出猜想】猜想一:金属钠与硫酸铜溶液反应会有铜生成。金属钠与硫酸铜溶液反应会有铜生成。猜想二猜想二:金属钠与硫酸铜溶液反应金属钠与硫酸铜溶液反应,生成的沉淀只有氢氧化生成的沉淀只有氢氧化铜。铜。考向三考向三综合性实验探究综合性实验探究考向一考向二考向三【实验及现象】切取不同大小的钠块分别投入到两种不同【实验及现象】切取不同大小的钠块分别投入到两种不同浓度的硫酸铜溶液中浓度的硫酸铜
14、溶液中,有关产生沉淀的现象如表所示。有关产生沉淀的现象如表所示。小科咨询老师后得知蓝绿色沉淀为碱式铜盐。小科咨询老师后得知蓝绿色沉淀为碱式铜盐。考向一考向二考向三【实验结论】【实验结论】(1)上述实验中均未观察到上述实验中均未观察到色固体生成色固体生成,由此判断猜想一错误。由此判断猜想一错误。(2)实验实验中观察到的沉淀是蓝绿色的中观察到的沉淀是蓝绿色的,由此判断猜想二也由此判断猜想二也错误。错误。考向一考向二考向三【实验反思】【实验反思】(1)实验中生成氢氧化铜沉淀的原理是实验中生成氢氧化铜沉淀的原理是。(2)由上述实验可知由上述实验可知,导致钠与硫酸铜溶液反应的产物不同导致钠与硫酸铜溶液反
15、应的产物不同的因素有的因素有。(3)为了用钠置换硫酸铜中的铜元素为了用钠置换硫酸铜中的铜元素,小科设计了如下实验小科设计了如下实验方案。方案。方案一方案一:把钠块和无水硫酸铜直接混合把钠块和无水硫酸铜直接混合,在干燥的空气中加在干燥的空气中加热。热。方案二方案二:把钠块和无水硫酸铜直接混合把钠块和无水硫酸铜直接混合,隔绝空气加热。隔绝空气加热。请从两个方案中选出合理的方案请从两个方案中选出合理的方案,并说明理由。并说明理由。考向一考向二考向三解析解析:【实验结论】【实验结论】(1)猜想一是反应会有铜生成猜想一是反应会有铜生成,铜是红色铜是红色金属金属,由实验结论由实验结论,猜想一错误猜想一错误
16、,因上述实验中均未观察到红色因上述实验中均未观察到红色固体生成。固体生成。【实验反思】【实验反思】(1)由题意由题意,钠常温下就能与水发生剧烈反应钠常温下就能与水发生剧烈反应,生成氢氧化钠生成氢氧化钠,生成的氢氧化钠与硫酸铜溶液反应生成氢氧生成的氢氧化钠与硫酸铜溶液反应生成氢氧化铜蓝色沉淀和硫酸钠。化铜蓝色沉淀和硫酸钠。考向一考向二考向三(2)根据根据“【实验及现象】切取不同大小的钠块分别投入到【实验及现象】切取不同大小的钠块分别投入到两种不同浓度的硫酸铜溶液中两种不同浓度的硫酸铜溶液中”,由产生沉淀的现象可知由产生沉淀的现象可知,钠块钠块大小相同大小相同,硫酸铜溶液浓度不同硫酸铜溶液浓度不同
17、,产生的沉淀不同产生的沉淀不同;钠块大小不钠块大小不同同,硫酸铜溶液浓度相同硫酸铜溶液浓度相同,产生的沉淀不同。则导致钠与硫酸产生的沉淀不同。则导致钠与硫酸铜溶液反应的产物不同的因素有钠块的大小、硫酸铜溶液的铜溶液反应的产物不同的因素有钠块的大小、硫酸铜溶液的浓度。浓度。(3)钠的金属活动性很强钠的金属活动性很强,能与空气中的氧气反应能与空气中的氧气反应,方案二隔方案二隔绝空气加热绝空气加热,能避免钠在空气中被氧化能避免钠在空气中被氧化,故方案二是合理的。故方案二是合理的。考向一考向二考向三答案答案:【实验结论】【实验结论】(1)红红【实验反思】【实验反思】(1)钠与水先反应生成氢氧化钠钠与水先反应生成氢氧化钠,生成的氢氧生成的氢氧化钠与硫酸铜溶液反应生成氢氧化铜蓝色沉淀化钠与硫酸铜溶液反应生成氢氧化铜蓝色沉淀(2)钠块的大小、硫酸铜溶液的浓度钠块的大小、硫酸铜溶液的浓度(3)方案二。隔绝空气加热方案二。隔绝空气加热,能避免钠在空气中被氧化能避免钠在空气中被氧化本本 课课 结结 束束
