河南 馮存良

曉設(shè)計與評價 破化學(xué)實驗

高考對化學(xué)實驗的設(shè)計與評價的考查一是保持對傳統(tǒng)知識的考查；二是結(jié)合題目中信息對實驗過程進(jìn)行分析；三是對教材實驗進(jìn)行重新設(shè)計或改進(jìn)創(chuàng)新(在實驗方案形式上或原理設(shè)計上創(chuàng)新)。題型仍將以選擇題和綜合實驗題為主。備考中要注意有機(jī)物的涉入，理清關(guān)系，熟記切入點——從安全、環(huán)保、可行、簡約等角度進(jìn)行評價分析。

一、解讀題型,曉破題關(guān)鍵

1．化學(xué)實驗方案的設(shè)計

(1)基本原則

(2)基本內(nèi)容

(3)基本思路

(4)實驗方案設(shè)計的步驟

2．化學(xué)實驗方案的評價

(1)化學(xué)實驗評價的內(nèi)容

評價實驗原理是否明確、合理評價實驗方案是否安全、可行評價藥品、儀器是否方便、易得評價實驗現(xiàn)象和結(jié)論是否明顯、清晰

(2)化學(xué)實驗評價的五大視角

①可行性視角：只有合理且切實可行的實驗方案才有意義?？尚行允欠桨傅牡谝灰?，評價方案時應(yīng)注意從實驗原理和操作兩個方面分析：

a．理論上要科學(xué)合理。

b．操作上要簡單可行。

②經(jīng)濟(jì)效益視角：評價一種實驗方案，不僅要從科學(xué)性上判斷是否可行，還要從經(jīng)濟(jì)效益上考慮是否切合實際。

③綠色化視角

a．分析實驗藥品是否有毒，是否會造成環(huán)境污染。

b．儀器藥品是否價格低廉、是否易得。

c．反應(yīng)是否充分，原子經(jīng)濟(jì)性如何。

④安全性視角

a．避免炸裂：受熱不均勻、液體倒吸、氣流不暢、易燃?xì)怏w中混有助燃?xì)怏w等。

b．防污染：有毒尾氣未經(jīng)處理、剩余藥品隨意丟棄、實驗產(chǎn)生的廢液肆意傾倒等。

c．防失火：點燃或熄滅酒精燈的方法不正確、易燃試劑與明火接觸等。

d．防吸水：極易水解、吸水性強(潮解)的物質(zhì)未密封保存或與潮濕空氣接觸，大量吸水導(dǎo)致液體溢出或藥品變質(zhì)等。

⑤規(guī)范性視角

a．儀器的安裝與拆卸。

b．試劑添加的順序與用量。

c．加熱的方式和時機(jī)。

d．儀器的查漏、氣密性檢驗。

e．溫度計的規(guī)范使用。

f．實驗數(shù)據(jù)的讀取。

g．冷卻、冷凝的方法等。

二、依題說法

題型一：猜想型實驗設(shè)計

【例1】漂白粉是生產(chǎn)生活中常用的消毒劑和殺菌劑。實驗室有一瓶密封不嚴(yán)的漂白粉樣品，其中肯定存在CaCl2，請設(shè)計實驗，探究該樣品中可能存在的其他固體物質(zhì)。

(1)提出合理假設(shè)。

假設(shè)1：該漂白粉未變質(zhì)，只含有________；

假設(shè)2：該漂白粉全部變質(zhì)，只含有________；

假設(shè)3：該漂白粉部分變質(zhì)，既含有Ca(ClO)2，又含有CaCO3。

(2)設(shè)計實驗方案，進(jìn)行實驗。請寫出實驗步驟、預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。

限選用的儀器和藥品：試管、滴管、帶導(dǎo)管的單孔塞、蒸餾水、自來水、1 mol·L-1鹽酸、品紅溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必檢驗Ca2+和Cl-)

實驗步驟預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論①取少量上述漂白粉于試管中，②

[思維流程]

第一步 明確目的原理

設(shè)計實驗探究漂白粉變質(zhì)后物質(zhì)的成分，涉及反應(yīng)：

第二步 提出合理假設(shè)

根據(jù)假設(shè)3提供的物質(zhì)及反應(yīng)原理判斷樣品中可能含有Ca(ClO)2或CaCO3或二者的混合物。

第三步 尋求驗證方法

用CaCO3與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生能使澄清石灰水變渾濁的CO2來驗證CaCO3的存在。

用Ca(ClO)2與鹽酸反應(yīng)生成能使品紅溶液褪色的HClO來驗證Ca(ClO)2的存在。

第四步 設(shè)計操作步驟

①固體樣品中加入稀鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中(用于檢驗CO2)。

②向步驟①反應(yīng)后的溶液中滴入1～2滴品紅溶液，振蕩(用于檢驗HClO)。

第五步 分析得出結(jié)論

若步驟①中石灰水未變渾濁，則說明樣品中無CaCO3，即假設(shè)1成立。

若步驟①中石灰水變渾濁，且步驟②中品紅溶液不褪色，說明存在CaCO3，不存在Ca(ClO)2，即假設(shè)2成立。

若步驟①中石灰水變渾濁，且步驟②中品紅溶液褪色，說明有CaCO3和Ca(ClO)2存在，即假設(shè)3成立。

【答案】(1)假設(shè)1：只含有Ca(ClO)2；假設(shè)2：只含有CaCO3

(2)如下表：

實驗步驟預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論①加入適量1mol·L-1鹽酸溶解后，再將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中若澄清石灰水未見渾濁，則假設(shè)1成立；若澄清石灰水變渾濁，則假設(shè)2或假設(shè)3成立②向步驟①反應(yīng)后的試管中滴入1～2滴品紅溶液，振蕩(或另外取樣操作)若品紅溶液褪色，則假設(shè)3成立；若品紅溶液不褪色，則假設(shè)2成立

題型二：定量分析型實驗設(shè)計

【例2】(2015·浙江高考)某學(xué)習(xí)小組按如下實驗流程探究海帶中碘含量的測定和碘的制取。

實驗(一) 碘含量的測定

取0.010 0 mol·L-1的AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液裝入滴定管，取100.00 mL海帶浸取原液至滴定池，用電勢滴定法測定碘含量。測得的電動勢(E)反映溶液中c(I-)的變化，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表：

V(AgNO3)/mL15．0019．0019．8019．9820．0020．0221．0023．0025．00E/mV-225-200-150-10050．0175275300325

實驗(二) 碘的制取

另制海帶浸取原液，甲、乙兩種實驗方案如下：

請回答：

(1)實驗(一)中的儀器名稱：

儀器A________，儀器B________。

(2)①根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制滴定曲線：

②該次滴定終點時用去AgNO3溶液的體積為________mL，計算得海帶中碘的百分含量為________%。

(3)①分液漏斗使用前須檢漏，檢漏方法為________________。

②步驟X中，萃取后分液漏斗內(nèi)觀察到的現(xiàn)象是________________。

③下列有關(guān)步驟Y的說法，正確的是________。

A．應(yīng)控制NaOH溶液的濃度和體積

B．將碘轉(zhuǎn)化成離子進(jìn)入水層

C．主要是除去海帶浸取原液中的有機(jī)雜質(zhì)

D．NaOH溶液可以由乙醇代替

④實驗(二)中操作Z的名稱是________。

(4)方案甲中采用蒸餾不合理，理由是________________。

【解析】(1)實驗(一)中干海帶需要灼燒，故儀器A為坩堝，根據(jù)最后得到的含I-的溶液的體積可以判斷儀器B(定容)為500 mL容量瓶。

(3)①分液漏斗使用前要檢漏，主要是檢驗旋塞及玻璃塞處是否漏水，檢查方法：向分液漏斗中加入少量水，檢查旋塞處是否漏水；將漏斗倒轉(zhuǎn)過來，檢查玻璃塞是否漏水。

②用CCl4萃取后，因為CCl4的密度比水大，故有機(jī)層在下層，現(xiàn)象為溶液分層，上層幾乎為無色，下層呈紫紅色。

④碘在水溶液中的溶解度較小，因此可以通過過濾的方法分離碘和水。

(4)采用蒸餾不合理，主要是因為碘易升華，會導(dǎo)致碘的損失。

【答案】(1)坩堝 500 mL容量瓶

(2)①

②20.00 0.635

(3)①向分液漏斗中加入少量水，檢查旋塞處是否漏水；將漏斗倒轉(zhuǎn)過來，檢查玻璃塞是否漏水 ②液體分上下兩層，下層呈紫紅色 ③AB ④過濾

(4)碘易升華，會導(dǎo)致碘的損失

[思路點撥]

1.如何用好、選好數(shù)據(jù)，是解決化學(xué)定量實驗題的關(guān)鍵所在。解決化學(xué)定量實驗題的一般方法為比較數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)變物質(zhì)、分析利弊、確定方案

(1)對數(shù)據(jù)進(jìn)行比較是解決問題的突破口，注意比較數(shù)據(jù)的交點與重合區(qū)。(2)轉(zhuǎn)變物質(zhì)是實現(xiàn)實驗?zāi)繕?biāo)的重要途徑，在一些物質(zhì)提純與制備的問題中，往往會提供一些物質(zhì)沉淀的pH范圍，物質(zhì)的沸點、密度、溶解性等呈現(xiàn)物質(zhì)物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)。在許多情況下，一些物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)是重疊的，而不利于問題的解決，一般可通過轉(zhuǎn)變物質(zhì)來解決，如CH3COOH與CH3CH2OH的沸點很接近，要分離二者的混合物，可以通過將CH3COOH轉(zhuǎn)變?yōu)镃H3COONa的方法，擴(kuò)大其與CH3CH2OH沸點上的差異，然后通過蒸餾的方法進(jìn)行分離。(3)在實際生產(chǎn)、生活中，除了涉及是否能夠通過相應(yīng)反應(yīng)來實現(xiàn)實驗?zāi)繕?biāo)外，還涉及經(jīng)濟(jì)效益的問題，在原理、環(huán)保等方面沒有大的差異時，選擇廉價原料完成相應(yīng)的實驗成為首選。

2.實驗數(shù)據(jù)篩選的一般方法和思路

實驗所得的數(shù)據(jù)，可分為有用、有效數(shù)據(jù)，正確、合理數(shù)據(jù)，錯誤、無效數(shù)據(jù)及無用、多余數(shù)據(jù)等。能從大量的實驗數(shù)據(jù)中找出有用、有效、正確、合理的數(shù)據(jù)是實驗數(shù)據(jù)分析處理題的一個重要能力考查點，也是近年來命題變化的一個重要方向。對實驗數(shù)據(jù)篩選的一般方法和思路為“五看”：一看數(shù)據(jù)是否符合測量儀器的精度特點，如用托盤天平測得的質(zhì)量的精確度為0.1g，若數(shù)值超過了這個范圍，說明所得數(shù)據(jù)是無效的；二看數(shù)據(jù)是否在誤差允許范圍內(nèi)，若所得的數(shù)據(jù)明顯超出誤差允許范圍，要舍去；三看反應(yīng)是否完全，是否是過量反應(yīng)物作用下所得的數(shù)據(jù)，只有完全反應(yīng)時所得的數(shù)據(jù)，才能進(jìn)行有效處理和應(yīng)用；四看所得數(shù)據(jù)的測試環(huán)境是否一致，特別是氣體體積數(shù)據(jù)，只有在溫度、壓強一致的情況下才能進(jìn)行比較、運算；五看數(shù)據(jù)測量過程是否規(guī)范、合理，錯誤和違反測量規(guī)則的數(shù)據(jù)需要舍去。

題型三：綜合性實驗設(shè)計

【例3】(2016·全國新課標(biāo)1)氮的氧化物(NOx)是大氣污染物之一，工業(yè)上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2。某同學(xué)在實驗室中對NH3與NO2反應(yīng)進(jìn)行了探究?；卮鹣铝袉栴}:

(1)氨氣的制備

①氨氣的發(fā)生裝置可以選擇如圖中的________，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。

②欲收集一瓶干燥的氨氣，選擇如圖中的裝置，其連接順序為:發(fā)生裝置→________(按氣流方向，用小寫字母表示)。

(2)氨氣與二氧化氮的反應(yīng)

將上述收集到的NH3充入注射器X中，硬質(zhì)玻璃管Y中加入少量催化劑，充入NO2(兩端用夾子K1、K2夾好)。在一定溫度下按圖示裝置進(jìn)行實驗。

操作步驟實驗現(xiàn)象解釋原因打開K1，推動注射器活塞，使X中的氣體緩慢通入Y管中①Y管中②反應(yīng)的化學(xué)方程式為將注射器活塞退回原處并固定，待裝置恢復(fù)到室溫Y管中有少量水珠生成的氣態(tài)水凝聚打開K2③④

【思路流程】解答綜合性實驗設(shè)計與評價題的基本流程:

原理→反應(yīng)物質(zhì)→反應(yīng)條件→儀器裝置→現(xiàn)象→結(jié)論→作用意義→聯(lián)想。具體分析如下：

(1)實驗是根據(jù)什么性質(zhì)和原理設(shè)計的？實驗的目的是什么？

(2)反應(yīng)物的性質(zhì)、狀態(tài)及發(fā)生反應(yīng)時的條件，根據(jù)實驗?zāi)康暮拖嚓P(guān)的化學(xué)反應(yīng)原理，進(jìn)行全面的分析比較和推理，并合理選擇。

(3)有關(guān)裝置：性能、使用方法、適用范圍、注意問題、是否有替代裝置可用、儀器規(guī)格等。(4)有關(guān)操作：操作方法、操作順序、注意事項或操作錯誤的后果。

(5)實驗現(xiàn)象：自下而上，自左而右全面觀察。

河南省鄢陵縣第一高中)