高三化学037.doc

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期数： 0512 HXG3 037
学科：化学 年级：高三 编稿老师：张晓娟
审稿老师：曲宝琦

[同步教学信息]
复 习 篇

第六单元 化学实验方案的设计（十三）
《化学实验方案的设计与评价》
复习篇
【教材阅读提示】
化学实验方案的设计是对上述各部分实验的整合，是化学学习中最基础最重要的方面，也是化学实验部分的难点。通过实验设计，初步掌握从实践到理论，再从理论到实践一再到理论的科学思维方法。了解化学实验方案设计的基本要求
【基础知识梳理】
（一）化学实验方案设计的原则：科学性、安全性、可行性、简约性
（二）化学实验设计的类型
1、从化学实验在学习过程中的作用划分
（1）探索性实验方案的设计 这类实验是为认识某物质的性质而设计的，故一定要求现象明显，过程严密，结论准确。
（2）验证性实验方案的设计 这类实验是为验证假说和理论，故更重要的是要说服力强。
（3）运用性实验方案的设计 这类实验是综合运用所学的化学知识和技能来解决一些实际问题。因此综合性、灵活性、开放性很强，可设计各种方案从中比较进行优选。
2、从化学实验工具上划分
（1）化学实验仪器装置和药品的改进和替代。
（2）化学实验方法的改进
①对于教材中比较繁杂、不易操作、效果不明显的实验的改进
②由于缺少仪器、药品，自制仪器装置，代用品而设计的实验方案
3、依化学实验内容划分
（1）物质的组成，结构和性质实验设计
（2）物质的制备实验设计
（3）物质的分离，提纯，鉴别实验设计
总之，化学实验知识和技能是否真正掌握，必须在应用中加以考查，设计一个化学实验，是对这种应用能力的较全面的考查。近年来高考化学实验项目中，设计实验方案的试题较多。从内容上看：有为达到一定目的实验操作顺序的设计，有验证某一化学原理的设计，有测定浓度的设计，有验证某些官能团的设计，还有制备某一物质的设计，有分离提纯、检验等方面的设计，有定性实验，也有定量实验，从题型上看有选择题、简答题、填空题，也有混合题型。这些设计实验的试题，大多思考性强、综合性较强，还提供一些新信息，但只要细心、冷静地审题，联系所学过的知识，进行知识的类比、迁移、重组便可正确解答。
（三）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，设计一个实验能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。
4、实验设计的注意事项
（1）明确实验目的和设计反应原理。
当有许多途径能达到实验目的时，应选择反应步骤少条件易控制药品易得的化学反应，所以首先必须认真审题，明确实验的目的要求，弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而选择实验原理。
（2）选择实验药品
选择药品应尽量避免腐蚀性强，毒性大的药品，对于给出药品若有剩余，则应进行筛选和淘汰。
有些题目要求指出药品的名称，这类问题最难答准确，如有些药品的准确描述为：硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。
（3）选择仪器设计实验装置
根据反应条件、实验目的、原理，设计实验的功能，选择仪器，设计实验装置，选择仪器要注意药品用量选择合适的仪器规格，设计实验装置应尽量规范、易于操作、安全可靠、避免污染。
（4）设计实验步骤：实验步骤是依据实验目的和实验原理设计的，实验步骤应尽量少，实验操作应方便，实验现象应易观察，实验数据应易测得而且科学。
（四）实验设计的思维模型

（五）化学实验方案设计的基本要求
完整的实验方案包括以下内容：（1）实验名称；（2）实验目的（3）实验原理；（4）实验用品 （仪器、药品及规格）；（5）实验步骤（包括实验仪器装配和操作）；（6）实验现象记录及结果处理；（7）问题和讨论（误差分析）。
（六）化学实验方案的评价
对实验方案的评价，指为达到一定的实验目的而对实验方案进行价值判断的能力。这种评价基于对实验原理的理解，对元素化合物知识的融会贯通，对实验手段优劣的辨析，通过分析和综合，比较和论证，选择解决问题的最佳方案。对实验方案的评价的考查，其中大多要求对方案的简便性、可靠性做出评价。考题大多思考性、综合性较强，要求考细心、冷静地审题，将学过的知识类比、迁移、重组，从而做出正确合理的评价。
1、对方案可行性的评价
针对一个实验可以设计出多种方案，但只有合理且切实可行的方案有有意义。可行是方案的第一要素，评价方案时应注意从原理和操作两个方面分析方案是否可行：（1）理论上要科学合理；（2）操作上要简单可行。
2、从经济效益角度评价
评价一种实验方案不仅要从科学性上判断是否可行，还要从经济效益上考虑是否切合实际。
3、从环保角度评价
防治污染根本途径在于控制“三废”的排放，在对实验方案进行评价时切不可忽视环境保护的重要性。
【疑难点悟及例题解析】
例1 使用镁粉、盐酸、醋酸设计一个实验，证明在同温同压下，当上述两种酸的物质的量相同时，与镁粉反应生成氢气的体积也相同，但两者的反应速率不同。通过这个实验，能说明什么？
解答：本实验可用相同物质的量浓度、相同体积的不同电解质溶液进行对比来加以设计。如图所示，将仪器装置固定后，观察反应情况。刚开始时盐酸与镁粉反应快，醋酸与镁粉反应慢，过一段时间以后，盐酸几乎完全反应，气泡很少，而醋酸与镁粉的反应速率较盐酸的快。最后至两个量筒中都不再逸出气体时，在同温同压下，收集至氢气体积几乎完全相同。因此从两种酸的物质的量相同、置换出的氢气体积相同，但反应过程中的反应速率不同，可在一定意义上说明醋酸溶液中存在着电离平衡，随着反应的进行，醋酸的电离平衡不断向右移动，直至完全反应。

注意：本实验所用烧瓶、导管长短、量筒的内体积都应该一样，酸的浓度应相同，还要注意镁粉表面不能氧化。
例2、设计一个以CaCl2为原料制取Ca(NO3)2溶液的方案，并写出实验步骤。
[解答]实验步骤：
（1）在烧杯1中放入一份CaCl2，加适量蒸馏水使其溶解。
（2）在烧杯2中放入1份Na2CO3，加适量蒸馏水使其溶解。
（3）将烧杯1中和烧杯2中溶液混合，将沉淀过滤。
（4）把沉淀转移到烧杯里，用蒸馏水洗涤2~3次，至洗涤液不含Cl-。
（5）过滤，得到固体Ca CO3。
（6）将CaCO3放入烧杯中，加适量稀HNO3，使CaCO3完全溶解，即得Ca(NO3)2溶液。
【高考真题演练】
（2004、江苏）有两个实验小组的同学为探究过氧化钠与二氧化硫的反应，都用如右图所示的装置进行实验。通入SO2气体，将带余烬的木条插入试管C中，木条复燃。请回答下列问题：
（1）第1小组同学认为Na2O2与SO2反应生成了Na2SO3和O2，该反应的化学方程式是：
（2）请设计一种实验方案证明Na2O2与SO2反应生成的白色固体中含有Na2SO3。
（3）第2小组同学认为Na2O2与SO2反应除了生成Na2SO3和O2外，还有Na2SO4生成。为检验是否有Na2SO4生成，他们设计了如下方案：
将B中反应后的
固体溶解于水

白色
沉淀

仍有部分白色沉淀不溶
解，证明有Na2SO4生成
上述方案是否合理? 。请简要说明两点理由：
① ；② 。
答案：（1）2Na2O2＋2SO2＝2Na2SO3＋O2
（2）取白色固体，加稀硫酸，产生能使晶红溶液褪色的气体
（3）不合理 稀硝酸能将亚硫酸钡氧化为硫酸钡
如果反应后的固体中还残留Na2O2，它溶于水后能将亚硫酸根氧化成硫酸根
（2004、北京）资料显示：“氨气可在纯氧中安静燃烧……”。某校化学小组学生设计如下装置（图中铁夹等夹持装置已略去）进行氨气与氧气在不同条件下反应的实验。

（1）用装置A制取纯净、干燥的氨气，大试管内碳酸盐的化学式是 ；碱石灰的作用是 。
（2）将产生的氨气与过量的氧气通到装置B（催化剂为铂石棉）中，用酒精喷灯加热：
①氨催化氧化的化学方程式是 ；试管内气体变为红棕色，该反应的化学方程式是 ；
②停止反应后，立即关闭B中两个活塞。一段时间后，将试管浸入冰水中，试管内气体颜色变浅，请结合化学方程式说明原因
（3）将过量的氧气与A产生的氨气分别从a、b两管进气口通入到装置C中，并在b管上端点燃氨气：
①两气体通入的先后顺序是 。
其理由是 。
②氨气燃烧的化学方程式是 。
答案：（1）①(NH4)2CO3[或NH4HCO3] ②吸收水和二氧化碳
（2）①4NH3＋5O24NO＋6H2O 2NO＋O2＝2NO2
②2NO2(气)N2O4(气)＋热量，降低温度使平衡正向移动，部分红棕色NO2转化为无色N2O4。
（3）①先通入O2，后通入NH3。若先通氨气，氨在空气中不能点燃，逸出造成污染。
②4NH3＋3O22N2＋6H2O
【教材参考答案】
教材93页复习题参考答案
习题一
1．（1）K+、I、NH4+ （2）Cu2+、Fe2+、Al3+、CO （3）NO、SO
2．水、氨水、氢氧化钠、二氧化碳、盐酸
3．A．NaOH B．NaNO3 C．Ba(NO3)2 D．HNO3 X．MgSO4(MgSO3也可以)
习题二
1．C 2．B 3．C、D 4．C 5．B 6．C 7．B、D
习题三：
选用的试剂是NaOH
实 验 现 象
反应的离子方程式
结 论
无反应

Na2SO4
有刺激性气味的气体生成

(NH4)2SO4
有白色沉淀生成

MgSO4
先生成白色沉淀，后沉淀溶解

Al2(SO4)3
有淡绿色沉淀生成

FeSO4
有红褐色沉淀生成

Fe2(SO4)3
有淡蓝色沉淀生成

CuSO4
习题五：
溶液①：[Ag(NH3)2]+和Ba2+ 沉淀②：Al(OH)3和Fe(OH)3
溶液③：AlO 沉淀④：Fe(OH)3
沉淀⑤：Al(OH)3 固体⑥：Fe2O3 固体⑦：Fe

教材96页总复习题参考答案
复习题一：
1．Mg+Br2=MgBr2 产生淡黄色沉淀，Ag++Br-=AgBr↓
2．（1）H2O （2）绿 （3）+6，+3 （4）2×1024
3．①化学反应速率 ②化学平衡移动 ③催化剂的活性等因素 化学反应速率已经很大，压强加大对生产设备的要求会更高
4．
5．（1）b （2）吸 （3）b
6．（1）加成反应：C、F 取代反应：A、B 消去反应：D、E
（2）有，羧酸分子里的羟基与醇分子里的氢原子结合成水，其余部分互相结合成酯。
复习题二
1．B 2．A、C 3．B、C 4．A 5．C 6．D 7．A、C 8．C 9．B 10.C 11.A、D 12.B 13.A 14.B 15.D 16.B 17.A、D 18.A 19.C 20.C 21.B 22.A 23.A、C
复习题三：
1． 2．3H2S+2HNO3=3S↓+2NO↑+4H2O
3．H2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI 4．4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓
5．2KMnO4+5H2S+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+5S↓
6．2FeCl3+2KI=2FeCl2+2KCL+I2
复习题四：
1．①碳酸铵、生石灰 ②NH3 ③[Ag(NH3)2]+
④Fe(OH)3、Al(OH)3 ⑤蔗糖、硫酸 ⑥葡萄糖、果糖
2．（1）Na2O2、NaHSO4、Na2CO3、NaHCO3
（2）淡黄色，固
（3）①Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH ②HSO+HCO=H2O+CO2↑+SO
③HSO+Ba2++OH-=BaSO4↓+H2O ④
3．（1）过滤 （2）B
复习题六：
1．（1）NaHCO3 （2）（V2-V1）：（V2+V1）
2．（1）0.01mol(L·S) （2）1.1 （3）0.2mol
3．（1）0.0030mol/L （2）0.12g
4． 9%, 16%, 1, 6
5．CH4、 C3H6 含CH4 75%， C3H6 25%
提示：从生成水的物质的量较二氧化碳多出的部分可求得含烷烃的物质的量，再从混合烃的物质的量中减去烷烃的，即得烯烃的物质的量。
【本周达标训练（※）】
1、某人设计了4种制备气体的方案：①加热稀硫酸和乙醇制备乙烯；②加热稀盐酸和二氧化锰制备氯气；③用稀硫酸和大理石制备二氧化碳；④用稀硝酸和硫化亚铁制备硫化氢。你认为不宜采用的方案是（ ）
A、只有①和② B、只有②和 ③ C、只有③和④ D、①②③④
2、海带中含碘元素。有人设计如下步骤来提取碘：①通足量氯气；②将海带烧成灰，向灰中加水搅拌；③加CCl4振荡；④过滤；⑤用分液漏斗处理。合理的操作顺序为（ ）
A、②→④→①→③→⑤ B、②→①→③→④→⑤
C、①→③→⑤→②→④ D、③→①→②→⑤→④
3、下列每组有三种物质的量浓度相等的溶液，分别将它们取等体积充分混合后，不会产生沉淀的是（ ）
A、AgNO3、BaBr、稀HNO3 B、FeCl3、HCl、KSCN
C、CaCl2、NaHCO3、NaOH D、NaAlO2、Ba(OH)2、HCl
4、为了区别五瓶无色溶液；HCl、AlCl3、Ba(NO3)2、NaCl、Na2CO3，四位学生都没用酒精灯，三位学生另用了试剂，一位学生没有另用任何试剂。其中操作步骤一定最少的是（ ）
A、甲别用了酚酞试液 B、乙另用了NaOH溶液
C、丙另用了石蕊试液 D、丁不另用任何试剂
1．某工厂排放的污水中含有Mg2+，Al3+，Hg2+，Fe3+，Cu2+等离子，甲、乙、丙三位同学设计从污水中回收金属铜的方案如下：

试回答问题：(1)甲、乙、丙提出的实验方案能否制得铜。(2)在能制得铜的方案中，哪一步操作还会导致环境污染________，采取怎样的防止措施________。

【本周达标训练（※※）】
2．为测定碳酸钙纯度(设含杂质SiO2)，学生设计了如下几个实验方案，请回答每个方案中的问题。
方案I
①称取碳酸钙样品mg；②加入过量盐酸；③收集并测定生成的气体体积VmL。
(1)如果称量样品时，砝码底部有一处未被人发现的残缺，那么测得的碳酸钙纯度会________(偏高、偏低、无影响)。
方案II
①称取碳酸钙样品mg；②用cmol/L盐酸VmL(过量)溶解样品；③取溶解后的溶液mL，用mol/L NaOH溶液滴定，恰用去mL。
(2)列出本实验中所用到的仪器名称(除铁架台、烧杯、铁架台附件外)_________________。
(3)加盐酸后是否需要滤出SiO2后再用NaOH滴定_______(填选项编号)。
A．需要 B．不需要 C．均可
(4)碳酸钙纯度计算公式__________________。
方案Ⅲ
①称取碳酸钙样品mg；②高温煅烧1000℃直至质量不再改变，冷却后称量，质量为。
(5)为什么要煅烧至1000℃且“直至质量不再改变”？___________________。
(6)本方案中的“冷却”应如何操作？为什么？_________________________。
方案Ⅳ
①称量碳酸钙样品mg；
②加入足量c mol/L盐酸VmL使之完全溶解；
③过滤并取滤液；
④在滤液中加入过量c mol/L Na2CO3溶液V ml；
⑤将步骤④中的沉淀滤出、洗涤、干燥、称重为。
(7)此方案中不需要的数据是_________(填选项编号)
A．c、V B．、 C． D．m
(8)为减少实验误差，必要的操作是________(填选项编号)。
A．精确测定Na2CO3体积mL
B．精确配制Na2CO3溶液浓度mol/L
C．将步骤③所得沉淀洗涤，洗液也应并入④中。
D．将步骤③所得沉淀洗涤，干燥、称量其质量备用。
(9)步骤⑤中要将沉淀进行洗涤，如果未经洗涤，则测定结果，碳酸钙纯度将________(偏高、偏低、无影响)。
(10)综上所述，你认为四个方案中，最好的方案是______。其他方案的缺点分别是：_____________________________________________。
3．现用浓盐酸、MnO2共热制备Cl2，并用Cl2和Ca(OH)2反应制少量漂白粉，现已知反
应2Cl2+2Ca(OH)2Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O；△H《0，温度稍高即发生副反应6Cl2+6Ca(OH)25CaCl2+Ca(ClO3)2+6H2O。甲、乙、丙三人分别设计三个实验装置，如图所示。

(1)请指出三个装置的各自的缺点或错误(如没有可不填)甲________，乙________，丙________。
(2)上图中甲由A、B两部分组成，乙由C、D、E三部分组成，丙由F、G组成，从上述甲、乙、丙三套装置中选出合理的部分(按气流从左到右的方向)组装一套较完善的实验装置(填所选部分的编号)________________________________。
(3)实验中若用12mol·L－1的浓盐酸100mL与足量的MnO2反应，最终生成Ca(ClO)2的物质的量总是小于0.15mol，其可能的主要原因是________。
4、喷泉是一种常见的自然现象，其产生原因是存在压强差。
（1）如右图，I为化学教学中所用的喷泉实验装置。在烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。下列组合中不可能形成喷泉的是（ ）
A、HCl和H2O B、O2和H2O
C、NH3和H2O D、CO2和NaOH溶液
（2）某学生积极思考产生喷泉的其他办法，并设计了如图II所示装置。
①先在图II的锥形瓶中，分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是（ ）
A、Cu一稀硫酸 B、NaHCO3与NaOH溶液
C、CaCO3与稀硫酸 D、NH4HCO3与稀盐酸
②在图II锥形瓶外放一水槽，锥形瓶中加入酒精，水槽中加入冷水后，再加入足量的下列物质，结果也产生了喷泉。水槽中加入 的物质可以是（ ）
A、浓H2SO4 B、食盐 C、硝酸钾 D、硫酸铜
③比较图I和II两套装置，从产生喷泉的原理来分析，图I是 上部烧瓶内气体压强；图II是 下部锥形瓶内气体压强（均填增大或缩小）。
（3）城市中常见的人造喷泉及火山爆发的原理与上述 （填图I或图II）装置的原理相似。
参考答案：
本周达标训练（※）
一、1、D 2、A 3、BD 4、C
二、1、(1)方案乙能制得纯铜，甲、丙均不能。
(2)方案乙第③步加热会产生汞蒸气。采取加冷凝置回收汞，避免污染环境。
本周达标训练（※※）
2、(1)偏低 (2)托盘天平(砝码)、酸、碱式滴定管、锥形瓶、药匙 (3)B
(4) (5)保证CaCO3完全分解
(6)应在干燥器中冷却，防止生成的CaO与空气中的CO2、H2O反应，造成质量改变而产生误差
(7)AB (8)C (9)偏高
(10)方案I：CO2气体微溶于水，体积测量不准确；方案III：实验室难以提供1000℃的高温；方案IV：沉淀的洗涤、干燥、称量操作过程复杂，容易造成较大误差。
3、(1)甲：①发生装置错误，②没有尾气吸收装置。
乙：①没有降温装置，②D应换成U型管，改装硝石灰。
丙：①没有降温装置，②没有尾气处下装置。
(2)C(F)、B、E
(3)MnO2只能氧化浓HCl，随着反应进行，[Cl－]减小，还原性减弱，反应不能继续进行。
4、（1）B （2）①D ；②A ；③减小，增大 （3）图II