24化学实验方案的设计与评价技巧

1高考化学解题技巧与应试策略系列24策略24化学实验方案的设计与评价技巧金点子：设计性实验主要有以下三种形式：(1)在演示实验或学生实验的基础上加以改装，并在条件或器材上加以限制。(2)给定实验器材，要求考生根据所学知识自行设计实验方案和过程以完成实验。(3)只提实验目的，要求考生自行选择实验器材，安排实验步骤，设计实验数据处理方法以及分析实验误差。设计性实验看似新颖，变化多端，但万变不离其宗，这个“宗”，就是在中学阶段学过的实验原理和方法。因此，在解答设计性实验题时，一是要注意与我们学过的实验联系起来，尤其是注意学过的实验原理和方法。二是应注意几个设计原则：(1)科学性原则。方案所依据的原理要符合基本规律，并能通过实验现象揭露其本质，达到测量、研究和探索的目的。(2)安全性原则。实验设计时应避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。(3)可行性原则。实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。(4)简约性原则。实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。化学实验方案的评价要求与实验设计的要求相同。即遵守实验方案设计的四大原则。经典题：例题1：（1997年全国高考）甲基丙烯酸甲酯是世界上年产量超过100万吨的高分子单体,旧法合成的反应是：(CH3)2C＝O+HCN→(CH3)2C(OH)CN(CH3)2C(OH)CN+CH3OH+H2SO4—→CH2＝C(CH3)COOCH3+NH4HSO490年代新法的反应是:与旧法比较,新法的优点是()A．原料无爆炸危险B．原料都是无毒物质C．没有副产物,原料利用率高D．对设备腐蚀性较小方法：从反应条件、反应中消耗的物质，以及使用的物质有无毒性等多方面分析。捷径：新法中的丙炔、CO都是易燃易爆的气体，且CO有毒，所以A、B都舍去。新法中只有一种产物，所以C正确。老法中使用了硫酸，易腐蚀设备，而新法中无酸性物质，所以对设备腐蚀性较小，D正确。以此得答案为CD。总结：通过新旧之间条件、原料、毒性的比对，采用淘汰法方可快速获得结果。例题2：（1998年全国高考）按下列实验方法制备气体，合理又实用的是（）A．锌粒与稀硝酸反应制备氢气B．向饱和氯化钠溶液中滴加浓硫酸制备HClC．亚硫酸钠与浓硫酸反应制备SO2D．大理石与浓硫酸反应制备CO2方法：从实验原理上去分析。捷径：锌粒与硝酸反应不能制备H2，只能生成氮的氧化物；氯化氢气体是固体氯化钠与浓硫酸共热而制得；大理石与浓硫酸反应生成微溶于水的CaSO4，而CaSO4覆盖在大理石上，不可能使反应进行完全、迅速。故合理又实用的是C。总结：制备气体合理即符合化学反应原理，如A反应不能生成H2，B中因反应物的状态不符合反应要求，D反应虽然能制取少量CO2气体，但因生成微溶物而使反应中断。当然，若反2应太快也不能控制，如用金属钾制氢气，也不能算作合理的方案。实用应符合便于操作，得到气体纯净，反应时间适宜等条件。例题3：（1992年三南高考）三位学生设计了下述三个方案,并都认为如果观察到的现象和自己设计的方案一致,即可确证试液中有SO42—。试评价上述各种方案是否严密,并分别说明理由。方法：从实验现象分析，是否有其它离子也具有相同的现象。捷径：从实验现象分析知：甲方案不严密,因为含有Ag+(或Hg22+、Pb2+),而不含SO42－的无色透明溶液,也会出现此方案的现象。总结：确证试液中有SO42—的方法是：在溶液中首先加入足量的稀盐酸，若无沉淀出现，证明没有离子与H+或Cl－产生沉淀，再加入BaCl2溶液产生沉淀，证明只有SO42—。例题4：（2002年全国高考）已知化合物甲和乙都不溶于水，甲可溶于质量分数大于或等于98%的硫酸，而乙不溶。现有一份甲和乙的混合物样品，通过实验进行分离，可得到固体甲。(实验中使用的过滤器是用于过滤强酸性液体的耐酸过滤器。)请填写表中空格，完成由上述混合物得到固体甲的实验设计。序号实验步骤简述实验操作(不必叙述如何组装实验装置)①溶解将混合物放入烧杯中，加入98%H2S04，充分搅拌直到固体不再溶解。②③④⑤洗涤沉淀⑥检验沉淀是否洗净方法：根据题中信息“甲可溶于质量分数大于或等于98%的硫酸，而乙不溶”，利用98%的硫酸先溶解甲，再通过稀释，获得乙的沉淀物，过滤即可得到乙。捷径：从方法、原理和操作要求得：序号实验步骤简述实验操作(不必叙述如何组装实验装置)①溶解将混合物放入烧杯中，加入98%H2S04，充分搅拌直到固体不再溶解。3②过滤安装好过滤装置，将①的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器中过滤。③稀释（或沉淀）在另一烧杯中，放入适量蒸馏水，将②的滤液沿玻璃棒慢慢加入该烧杯中，并不断搅拌。④过滤重新安装过滤装置，将③的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器中过滤。⑤洗涤沉淀向④的过滤器中注入少量蒸馏水，使水面浸过沉淀物，等水滤出后，再次加水洗涤，连洗几次。⑥检验沉淀是否洗净用小试管从⑤的漏斗下口取少量洗出液，滴入BaCl2溶液，没有白色沉淀，说明沉淀已洗净。总结：此题为一新情境题，要求考生从题中信息分析获解。例题5：（2001年全国高考）回答下面问题：（l）分离沸点不同但又互溶的液体混合物，常用什么方法？。（2）在分液漏斗中用一种有机溶剂提取水溶液里的某物质时，静量分层后，如果不知道哪一层液体是“水层”，试设计一种简便的判断方法。。方法：(1)根据混合物性质确定分离方法，(2)根据水与有机溶剂溶解性的不同确定判断方法。捷径：（1）因液体混合物的沸点不同，但又互溶。故选用蒸馏方法。（2）采取在下层液体中加水，看是否分层来确定。方法是：取一支小试管，打开分液漏斗的活塞，慢慢放出少量液体，往其中加入少量水，如果加水后，试管中的液体不分层，说明分液漏斗中，下层是“水层”，反之，则上层是水层。总结：本题的第(2)问虽属易题，但如不能从水与有机物溶解性的不同去考虑，正确作答仍是有一定困难的。例题6：（1998年全国高考）测定一定质量的铝锌合金与强酸溶液反应产生的氢气的体积，可以求得合金中铝和锌的质量分数。现有下列实验用品：中学化学实验常用仪器、800mL烧杯、100mL量筒、短颈玻璃漏斗、铜网、铝锌合金样品、浓盐酸（密度1.19g/mL）、水。按图示装置进行实验，回答下列问题。（设合金样品完全反应，产生的气体体积不超过100mL）（1）补充下列实验步骤，直到反应开始进行（铁架台和铁夹的安装可省略）：①将称量后的合金样品用铜网小心包裹好，放在800mL烧杯底部，把短颈漏斗倒扣在样品上面。。（2）合金样品用铜网包裹的目的是：。方法：根据实验要求和物质性质确定补充的实验步骤和部分操作的目的。捷径：（1）依据巳写出的第一步操作，要使反应得以进行，其它步骤为：②往烧杯中注入水，直至水面没过漏斗颈（没答水面没过漏斗颈算错）。③在100mL量筒中装满水，倒置在盛水的烧杯中（量筒中不应留有气泡），使漏斗颈插入量筒中。烧杯中水面到杯口至少保留约100mL空间。④将长颈漏斗（或玻璃棒）插入烧杯并接近烧杯底部，通过它慢慢加入浓盐酸，直至有气体产生。4（2）合金样品用铜网包裹的目的是：使样品在反应时能保持在烧杯底适当的位置（或避免反应时样品漂浮）。总结：(1)实验步骤顺序写错，或者步骤②中加入盐酸，则不论其它步骤回答是否正确，评分时均算错。(2)中合金样品用铜网包裹的目的有，部分考生未能考虑到反应物有气体生成，可能造成固体漂浮，而错误认为起原电池的作用而出错。例题7：（1994年全国高考）氨跟氧化铜反应可以制备氮气（2NH3+3CuO3Cu+3H2O+N2）。而氮气跟镁在高温下反应可得到氮化镁,但氮化镁遇水即反应生成Mg(OH)2和NH3。下面是甲、乙两位学生提出的制备氮化镁的两种实验方案示意框图(实验前系统内的空气已排除；图中箭头表示气体的流向)。填空和回答问题:(1)甲、乙两生提出的实验方案是否能制得氮化镁？(填能或不能)甲乙。小题不用回答)。答：。方法：捷径：(1)甲：不能，乙：能(2)甲方案中反应产生的NH3全部被H2SO4吸收,不能进行后续反应.总结：乙方案由NH4Cl与Ca（OH）2固体加热制取NH3，NH3与CuO加热反应生成N2，通过水除去未反应的NH3，经浓H2SO4干燥后得纯净N2，再与镁反应得氮化镁。甲方案第一步制得NH3，第二步后得干燥NH3，通过浓硫酸后，氨气全部被吸收，无法再进行反应。例题8：（2001年上海高考）用实验确定某酸HA是弱电解质，两同学的方案是：甲：①称取一定质量的HA配制0.1mol/L的溶液100mL；②用pH试纸测出该溶液的pH值，即可证明HA是弱电解质。乙：①用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸，分别配制pH=1的两种酸溶液各100mL；②分别取这两种溶液各10mL，加水稀释为100mL；③各取相同体积的两种稀释液装入两个试管，同时加入纯度相同的锌粒，观察现象，即可证明HA溶液是弱电解质。（1）在两个方案的第①步中，都要用到的定量仪器是。（2）甲方案中，说明HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH1（选填﹥、﹤、=）。乙方案中，说明HA是弱电解质的现象是（多选扣分）a．装HCl溶液的试管中放出H2的速率快；b．装HA溶液的试管中放出H2的速率快；c．两个试管中产生气体速率一样快。（3）请你评价：乙方案中难以实现之处和不妥之处、。（4）请你再提出一个合理而比较容易进行的方案（药品可任取），作简明扼要表述。5。方法：根据实验要求，对实验方案进行评价，并根据实验要求接合物质的性质再进行实验设计。捷径：（1）两个方案的第①步均为物质的量浓度溶液的配制，因此都要用到的定量仪器是100mL的容量瓶。（2）因HA为弱电解质，只有部分电离，故0.1mol/L的溶液pH﹥1，乙方案中，因开始时两酸的pH相同，在稀释相同的倍数后，弱酸的电离程度增大，造成其c(H+)大于强酸中的c(H+)，故与纯度相同的锌粒反应，装HA溶液的试管中放出H2的速率快。选b。（3）乙方案中难以实现之处为：如果酸极弱，则配制pH=1的HA溶液难以实现。不妥之处在于加入的锌粒难以做到表面积相同。（4）配制HA酸的钠盐(NaA)溶液，测其pH，如果pH﹥7，即可证明HA是弱电解质。总结：用实验某HA酸的方法较多，除题目提供的两种之外，还有①分别配制0.1mol·L—1的HA和HCl各10mL，分别测定其电阻（尽量使两电极的距离保持相等）电阻大的为弱电解质。②配制HA溶液10mL，测其pH，再将溶液稀释到1000mL，再测其pH，若pH增加不足2，说明HA为弱电解质。③配制NaA溶液，测其pH﹥7，证明HA为弱电解质。其中最简单为捷径中提供的方法。此题的评分中另加了一个要求，即本题的第(4)问的解答，若操作简单、现象明显、又不是化学教材中讲过的常规方法应属创新，经认可后可给予奖励，奖励分不超过2分。第Ⅱ卷得分不超过84分。金钥匙：例题1：要溶解同样一小块Ag，用下列何种酸最好（）Ａ．浓盐酸Ｂ．稀盐酸Ｃ．浓硝酸Ｄ．稀硝酸方法：从能否反应及反应用量分析。捷径：浓、稀盐酸跟Ag均不反应。又因为在同量的Ag溶解时，消耗的稀HNO3少，产生的有毒气体NO也少，故应选D。总结：此题实为中学化学中银镜反应的后处理问题。部分考生未能从反应的用量分析，而仅从反应的快慢判断，因而极易错选C。例题2：用明矾制取Al2（SO4）3晶体和K2SO4晶体，除明矾外，已备好的用品有蒸馏水、氨水、pH试纸。问：（1）除上述药品外，还缺少的试剂有。（2）该实验的操作过程：先把明矾溶于中，再加入而后过滤。向滤渣中加入，到滤渣刚好溶解为止，将所得溶液加热蒸发，可得晶体；向滤液中加入，加热至无刺激性气味的气体产生为止，再加入，调节溶液至中性，加热蒸发，可得晶体。（3）理论上得Al2（SO4）3与K2SO4物质的量之比。方法：明矾的成分是KAl（SO4）2·12H2O，要制取Al2（SO4）3晶体和K2SO4晶体，实际上也就是利用物理及化学方法将其分开。捷径：首先将KAl（SO4）2·12H2O溶于水，然后