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初中化学实验方案设计与评价
一、实验设计
1．特点及类型
实验设计题考查的方向是以化学实验为基础，联系科学研究、生产、生活、环境保护的实际去发现并提出问题、设计实验去探讨和解决实际问题并得出科学的结论。它包括物质的制备、物质的鉴别、物质的分离、物质的组成分析、气体的净化与转化等实验方案的设计。
2．设计要求
实验设计要科学，安全可靠，操作简便，药品经济，现象明显。
3．一般流程
(1)根据某一主题，“发现问题”“提出猜想”“确定假设”；
(2)根据假设设计实验方案；
(3)通过实验收集证据或实验现象；
(4)做出假设是否成立的结论；
(5)对结论进行反思与评价。
4．解题策略
(1)分析题给条件，明确实验目的；
(2)根据反应原理，选择恰当的仪器和药品；
(3)对仪器装置进行科学的连接；
(4)制定操作步骤；
(5)结合物质性质，根据实验现象，得出正确的结论。
温馨提示 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：要先除去其他杂质，后干燥。
(2)水作为产物的检验：先检验水，再检验其他产物。
(3)水的定量测量：前后都要排除外来水的干扰。
二、实验评价
1．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。
2．评价方法
(1)化学反应原理是否正确，是否与实验目的相符；
(2)实验装置是否科学、优化、安全；
(3)操作方法是否可行，简捷；
(4)绿色化学的理念是否符合，对环境是否会造成污染；
(5)推理过程是否严密。

考点一：　探究物质成分的实验设计
【例1】水田或池塘里常常冒出一些气泡，几位同学决心弄清这种气泡的成分。请你与他们一起完成如下探究：

【收集气体】他们设计了如上图所示的取气方法：将空的塑料瓶装满水，倒放在池塘中，瓶口对准水底冒出的气泡进行收集，由于瓶口太小不便于收集，在不换瓶的情况下，你的改进方法是____________________________________________________________________。
【查阅资料】收集的气体可能是CH4、CO2、CO中的一种或几种，其中CH4、CO是难溶于水的可燃性气体。
【实验探究】如图1，将塑料瓶A中收集到的气体依次通入B、C中，在D处点燃。

图1

图2：注水装置
(1)要将A中的气体通入后面的装置中，应选图2中的________(填序号)。
(2)若B中石灰水变浑浊，则说明A中含有________气体。
(3)装置C作用是________________________________________________________。
(4)若D处倒扣的是干冷的大烧杯，杯壁有水雾出现，有同学认为此现象不能证明收集到的气体中一定含有CH4，理由是____________________，要排除这种干扰可采取的措施是______________________________________________________。
(5)采取(4)中的排除干扰措施后，在D处倒扣涂有澄清石灰水的烧杯，出现浑浊，再在D处倒扣干冷的烧杯，若杯壁有水雾，则证明A中肯定含有________，若杯壁无水雾，则证明A中肯定含有________。
(6)经进一步探究得知，收集的气体是CH4、CO2、CO的混合物，这几位同学拟用下图装置，粗略测定取样气体中CO2的含量。装置E中发生的反应方程式是_________________；若取样气体为100 mL，装置G读数为65.0 mL，则取样气体中CO2体积含量约为________%。

解析：在不换瓶的情况下，瓶口太小不便于收集气体，需要扩大瓶口的面积，所以可在瓶口插一个倒扣的漏斗，增大收集气体的速率等；(1)注水时不能让A中气体逸出，应选②，由分液漏斗加水，气体通过导气管溢出；(2)在初中阶段只有CO2能使石灰水变浑浊；(3)氢氧化钠可用来吸收气体中的CO2；(4)气体通过溶液时会带走部分水分，为了实验的严谨，应加入干燥装置，除去水对实验的影响；(5)D处石灰水变浑浊和杯壁有水雾，说明A中肯定含有CH4，若D处石灰水变浑浊，杯壁无水雾，说明A中肯定含有CO；(6)CO2和NaOH反应生成碳酸钠和水；CO2的体积为100 mL－65.0 mL＝35.0 mL，气体中CO2的体积含量＝×100%＝35%。
参考答案：
在瓶口插一个倒扣的漏斗(或其他合理的答案)
(1)②　(2)CO2
(3)除去气体中没反应的二氧化碳
(4)水雾有可能是从B、C溶液中带出的　在C装置后加一个(浓硫酸)干燥装置
(5)甲烷(CH4)　一氧化碳(CO)
(6)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　35
方法归纳 解答此类题目的关键是明确各装置的作用和特征物质的相关反应；通过对实验数据进行分析，得出结论。
考点二：　仪器组合装置的实验设计
【例2】 如下图所示，老师在演示用过氧化氢和二氧化锰制取氧气的实验中，收集完氧气后，反应还在继续进行。小明同学认为，这个装置的缺点是不能控制反应随时发生、随时停止，造成了药品的浪费。

为了解决小明提出的问题，请你对原实验装置加以改进，或设计新的简易实验装置，以便有效地控制过氧化氢的分解反应。
友情提示：你可从下列用品中选取，也可自行选用其他仪器。

请你至少写出两种方案：
方案一：_________________________________________________________________；
方案二：_________________________________________________________________。
解析：要想控制过氧化氢分解反应，就要控制过氧化氢与二氧化锰的接触，方法有很多，如将长颈漏斗改用注射器或分液漏斗，逐滴加入过氧化氢，或将二氧化锰装入布袋中，通过抽动连在小袋子上的铁丝来控制二氧化锰与过氧化氢的接触，方法合理即可。
参考答案：
(1)将长颈漏斗改用分液漏斗
(2)将长颈漏斗改用注射器
(3)将长颈漏斗改用胶头滴管
(4)选用盛装二氧化锰的小布袋，将连在小袋子上的铁丝穿过橡皮塞并上下抽动
(5)仿启普发生器原理的简易实验装置(答案合理即可)
方法归纳 解答此类试题时，一般应考虑以下几点：(1)根据实验目的选择合适的药品；(2)根据药品的性质设计合理的装置、选择所需的仪器；(3)检验评价实验设计的装置是否操作简便、安全可控等。
考点三：　对不同实验方案的评价
【例3】 下列实验设计能达到实验目的的是(　　)。
选项
A
B
C
D
实验设计

实验目的
验证二氧化碳与水反应生成碳酸
确定石蜡成分中含有碳元素
探究可燃物燃烧需要氧气和温度达到着火点
证明铁生锈是水和氧气共同作用的结果
　　解析：本题是对实验设计做出评价。二氧化碳与水反应无明显现象，故A设计不能达到目的；冷碟子罩在石蜡的火焰上，底部会出现黑色的碳，由此可确定石蜡的成分中含有碳元素，故B设计正确；C设计只能验证可燃物燃烧需要温度达到着火点，要验证需要氧气，还需在烧杯内放一块白磷，故达不到目的；D设计只能证明铁生锈与氧气有关，无法证明与水有关，故达不到目的。
参考答案：B
方法归纳 进行方案评价时一般从以下几个方面入手：(1)方案在理论上是否科学合理，具有严密性；(2)在满足安全性的前提下，操作上是否简单易行；(3)从经济角度评价，是否节约试剂、降低成本和提高产量；(4)从环境角度考虑，是否会造成环境污染等。