高三化学实验设计和评价

实验设计和评价考试大纲要求1．掌握化学实验的记录方法和运用化学知识设计一些基本实验。（1）根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论。（2）根据实验试题要求，设计基本实验方案。（3）能绘制和识别典型的实验仪器装置图。2．实验知识与技能的综合应用。知识规律总结运用化学实验知识和技能设计简单的实验方案，是综合能力和迁移能力的具体体现。这有助于提高化学实验知识和技能的水平，培养信息提取和加工能力、自学能力和创造能力，并能发挥大实验题多方位、多层面的考核、检测功能。一、解答简单实验设计题的一般过程与思路化学实验设计题（如高考大实验题）重在培养或考查把已有知识和技能运用于新情景的能力，它所选择的课题往往是没有直接、系统实践过的。从信息加工角度分析解答时，还要能够从题目中敏捷地接受信息，分析评价信息，选择、调用自己贮存的相关知识，将新信息与已有知识有机地结合起来，以解决实验设计的新问题。大致过程与思路如下：1．接受信息接受、分析、筛选信息，明确实验设计的课题、条件和要求。要求迅速、全面地吸收题目中的新信息，分析提供这些信息的目的，把信息归类、并对各个信息在实现实验设计中的作用做初步评估。接受信息主要解决以下问题：一是明确实验课题；二是明确实验条件；三是明确设计要求。2．实验设计原理通过对新旧信息的加工开发，实现指定的实验设计。从设计的要求及解决问题的顺序分析，大致有以下两个层次：一是实验方法的选定。这是从总体上考虑实验方案的设计。一般说来，实验方法主要取决于实验原理，并受实验条件的制约。二是实验装置和实验操作设计。装置和操作都是为了具体实施实验方法，完成实验任务，通常属于实验方案细节的设计。和基本实验方法比较，它们往往更贴近实验的基础知识与基本技能。3．实验设计内容概括地讲，设计一个实验通常包括以下几个方面内容：（1）根据命题要求，说明设计该实验的原理，画出实验装置图。（2）列出实验操作步骤，说明实验中应注意的事项。（3）观察、记录实验现象，分析实验结果（包括写出有关的化学方程式），得出正确的结论。二、实验设计的思维模型三、实验设计试题的类型掌握化学实验的记录方法和运用化学知识设计一些基本实验。1．根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论在高考化学实验试题中，实验现象的考查可以是直接考实验现象，也可由现象得出正确的结论，还可将有关实验现象与实验方法、正确的结论等联系起来。实验结果的分析，通常是分析实验关系、细节和误差等等。实验结果的处理，可以直接报道数据，也可能是找出相关关系得出公式，或绘制一定的变化曲线等。2．根据实验试题要来，设计基本实验方案近些年来高考化学实验题中，设计简单实验方案的试题较多。其中有某个实验操作顺序的设计，也有设计确定某混合气中组分的实验；有验证某个化学原理的设计实验，也有设计某物质纯度的测定实验；有定性实验的设计，也有定量实验的设计……从题型上看，有简答题、填充题，也有两者兼有的混合题。这些简单实验的试题，大都思考性、综合性较强，考生必须细心、冷静地审题，联系所学过的实验知识和技能技巧，进行知识迁移、联想、重组，全面而细致地思考，才能设计出正确的方案或回答试题中的问题。3．能识别和绘制典型的实验仪器装置图识别典型实验装置和绘制其简图，也是从事化学实验的一种必备的能力。在高考化学实验题中识图的试题也是很多的，主要是有图示实验，由图来说明某具体实验；对一些基本操作或实验装置图判断正误，或将错误部分改正；对所给的单个仪器、导管、或者几个小装置的识别，然后加以组装，连接成大装置图。绘图的试题目前还不多，主要是绘制很典型的实验装置简图，或是在题中所给的位置补绘一些仪器简图。所有这些试题都要求学生熟悉常见仪器和典型实验的装置图，并掌握一定的绘制简图的方法。4．各部分知识与技能综合的实验设计题近几年在高考化学试题的Ⅱ卷，设置一道大的化学实验题，这些大题的特点是把一些分散的实验综合起来，形成一个整体的实验题；或者是某些与基本操作、技能或典型实验有关而又易被忽略的重要细节的试题，主要以教材内容为主进行不同的分解与综合，以达到新的境地。四、实验复习方法1．实验复习必须集中和分散相结合，提高重要实验的复现率“集中”，就是集中复习实验的基本操作和技能，集中复习一些综合性的实验专题，集中归纳总结实验知识。而“分散”则是指一些性质实验、制法实验、验证或探索性实验等应分散到元素化合物、有机物、基本理论等的复习过程中去。通过实验，进一步理解元素化合物等知识，进一步理解相关的实验原理，提高运用实验手段解决化学问题的能力，节省复习时间，提高考试成绩。2．训练发散思维以增强实验设计能力，提高信息迁移水平实验方案的设计往往有许多途径。为了适应中学生的知识能力水平，中学课本中的某些实验可能不是最优的方案。所以在实验复习中要根据实验原理来设计实验步骤和装置，掌握一些装置和仪器药品的替代方法，力求使设计的实验仪器简单、操作便捷、节省试剂、现象明显、安全防污等，培养和增强实验设计能力和创造性思维能力。近年来，实验题中新情境试题不断增多，这类试题的特点是将基本的实验操作设计置于新的情境中（主要是中学课本没有的新反应或新装置或是能使中学生理解的最新科技知识、简化的改进的装置等），结合学生原有的知识和能力，来进行仪器组装、现象描述、数据分析、考虑安全和防污等，用来考查考生自学能力、思维能力、分析综合及评价的能力。由于这类实验试题情境新颖、设问巧妙、铺垫得当、知识新、思维量大、所以区分度很好，能确实将一些基础扎实、自学能力强、思维敏捷、心理素质好的考生选拨出来。所以，新情境实验试题将是今后实验试题的命题方向。思维技巧点拨【例1】某学生根据高中课本中硝酸钾受热分解的实验操作来判断硝酸铅的分解产物之一是氧气；将试管中的硝酸铅加热到熔融，把带有火星的细木条伸进试管口，检验放出的气体，当发现木条复燃时该学生即断言，硝酸铅受热分解有氧气放出。请你对上述实验及结论的合理性作出评价。如有必要，可提出改进的实验方案。【解析】有关反应的方程式为：①2KNO32KNO2＋O2↑②2Pb（NO3）22PbO＋4NO2＋O2↑比较反应式①和②，其不同之处是②中除生成O2外，还生成了NO2。这一不同又产生了两个结果。一方面NO2稀释了O2，O2仅占混合气体的20％，而这与空气中O2的含量相近，因而此处O2不可能使带火星的木条复燃；另一方面NO2本身也能使带火星的木条复燃。因为NO2受热能放出O2：2NO22NO＋O2。分析到此，问题便一清二楚。【答案】上述实验及结论在科学上是错误的。由于NO2干扰了O2的检验，因此应选用NaOH溶液除掉NO2后再检验之。【例2】研究某一化学反应的实验装置如下图所示：A～F属于下列物质中的六种物质：浓硫酸、浓盐酸、浓氨水、稀硫酸、稀盐酸、稀氮水、水、锌粒、铜片、食盐、高锰酸钾、氯化钙、氧化钙、四氧化三铁、氧化铁、氧化铜、氢气、二氧化碳、二氧化氮、一氧化碳、氯气、氯化氢、氨气、氮气、氧气。实验现象：（1）D物质由黑色变为红色（2）无水硫酸铜粉末放入无色透明的E中得到蓝色溶液（3）点燃的镁条伸入无色无味的F中。镁条表面生成一种灰黄色固体物质。将该发黄色物质放入水中，有气体放出，该气体具有刺激性气味。并能使润湿的红色石蕊试纸变蓝。通过分析回答：1．写出A～F的物质名称：A________________，B________________，C________________，D________________，E________________，F________________。2．写出有关的化学方程式：A与B________________________________；C与D_______________________________；E与无水硫酸铜______________________________；F与Mg______________________________；F与Mg的反应产物与水______________________________。【解析】“该气体具有刺激性气味，并能使润湿的红色石蕊试纸变蓝”是解答此题的突破口，此气体只能是NH3，结合题意，F就是N2。因此，从限定的反应物中，只能设法从氨水中获取．然后结合发生装置特点（固、液、不加热）及其他实验现象，便可推断其他的物质。【解答】1．A．浓氨水；B．氧化钙；C．氨气；D．氧化铜；E．水；F．氮气。2．（略）【例3】Cu+在酸性溶液中不稳定，可发生自身氧化还原反应生成Cu2+和Cu。现有浓硝酸、稀硫酸、稀硝酸、FeCl3稀溶液及pH试纸，而没有其它试剂。简述如何用最简便的实验方法来检验CuO经氢气还原所得到的红色产物中是否含有碱性氧化物Cu2O。【解析】Cu2O是碱性氧化物，一定可以跟稀硫酸反应，Cu+进入溶液后又可自发生成Cu2+和Cu，Cu2+在水溶液中呈蓝色，而Cu不跟稀硫酸反应。因此可以设想，若CuO被H2还原的产物全部是Cu，将其放入稀H2SO4中，无变化；若红色产物中含有Cu2O，将其放入稀H2SO4中，溶液会变成蓝色。运用已学过的知识分析其它试剂是否可用，如浓H2SO4、浓HNO3、稀HNO3，因为它们都有较强的氧化性，不论红色产物是Cu还是Cu和Cu2O的混合物，将其分别放入这3种酸中均被氧化为Cu2+，无法检验是否存在Cu2O。FeCl3溶液中的Fe3+也能将Cu氧化为Cu2+，也无法检验。而pH试纸则不能用。所以检验方法是取少量该红色物质放入稀H2SO4中，振荡，若溶液变为蓝色，说明产物中有Cu2O；若溶液不变色，说明产物中无Cu2O。