11-3实验方案的设计与评价

的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的）；
（5）冷凝回流（有些反应中，为减少易挥发液体反应 物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝 回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等）；
（6）易挥发液体产物（导出时可为蒸气）的及时冷却；
（7）仪器拆卸的科学性与安全性（也从防污染、防氧
化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑）； （8）其他（如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方 法使用顺序等）。 特别提醒 近几年高考中,有些省份对实验评价的考查
1.药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余。 若药品和仪器只部分给出，则应作必要的补充， 若有剩余，则应进行筛选和淘汰。 2.题目条件有无特殊要求 如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对 我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作
步骤都作了限定，必须高度重视。
3.实验过程中的隐蔽性操作 如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实 验中必不可少的，但容易被忽略。
在：
（1）在仪器或装置上的创新，如多装置一用或一 装置多用。 （2）实验形式上的创新。 （3）实验方案或反应原理设计上的创新，如仪器、
用品的选择。
【典例导析5】 课题式课堂教学是研究性学习的一
种方式，其基本教学模式为：
如图是甲同学设计的证明“CO具有还原性”的实
验 装置。
（1）实验时应先点燃
酒精灯。
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mol,2 mol，所以丙方案最佳。
答案
（1）检查装置气密性 Cu(NO3) 2+2NO2↑+2H2O
（2）Cu+4HNO3(浓)
反应变慢，气体颜色变淡 （3）丙 耗酸量最少，无污染 （4）向d中加入KBr溶液，c中加入固体KMnO4，由a向
c中加入浓盐酸
c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为
4.药品的规格
有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最 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。此外也应注意
某些仪器的规格。
5.会画简单的实验装置图
考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，
可用“示意装置图”表示。
（5）如果开始时通入的是CO和CO2的混合气体， 则应如何设计才能达到实验目的？ 。
思路导引 解答本题要注意以下两点:（1）通过
哪些实验现象能确定CO具有还原性。（2）CO有毒，
怎样进行尾气的处理。
解析 （1）CO为污染性有毒气体，由于先通CO 排空气，故应先点燃B处的酒精灯。 （2）CO能还原CuO生成CO2。 （3）贮气瓶应从a口进气，水从b口排出。 （4）由于整个设计过程中CO开始通过了澄清石灰水， 故没必要排除CO的干扰。 （5）应先除去CO2再通入装臵
【典例导析4】请设计一个简单的一次性完成的实验
装置，验证醋酸溶液、二氧化碳水溶液、苯酚溶液
的酸性强弱顺序是：CH3COOH>H2CO3>C6H5OH。 （1）利用下图所示仪器可以组装实验装置，则仪 器的连接顺序为: 接 。 接 ， 接 ，
（2）写出实验步骤、现象和有关的化学方程式： 。
答案
（1）A D
实际操作时能否做到可控易行。评价时，从以下4个
方面分析：
（1）实验原理是否正确、可行； （2）实验操作是否安全、合理； （3）实验步骤是否简单、方便； （4）实验效果是否明显等。 2.从“绿色化学”视角对实验方案做出评价 “绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线 路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危 害，减少废弃物的产生和排放。据此，对化学实验过 程或方案从以下4个方面进行综合评价： （1）反应原料是否易得、安全、无毒；
E B C F
（2）连接好装置并检查气密性，在相应仪器内装 入所需药品，打开分液漏斗活塞，使醋酸溶液滴入 锥形瓶中，有气体生成： 2CH3COOH+Na2CO3
2CH3COONa+H2O+CO2↑;
试管中苯酚钠溶液变浑浊；CO2+H2O+C6H5ONa C6H5OH+NaHCO3。
要点三
实验方案设计应注意的几个问题
5.简约性：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，能在较短的
时间内完成实验，且效果明显。 6.经济性：综合考虑原料的用量、价格。 7.创新性：创新性是设计的灵魂。近几年的高考化 学实验题，最显著的特点就是由基础知识、基本
实验或常见题型创新而成的。通常化学实验设计
方案的创新性可从以下两个方面考虑；一是反应 原理的创新设计,凡是物质间满足“反应容易发生”、
1.设计思路：实验目的→实验原理→反应的仪器装置
→操作步骤→数据处理方法→形成方案—
2.实验操作的顺序 （1）连接仪器。按气体发生→除杂质→干燥→主体
实验→尾气处理顺序连接好实验仪器。
（2）检查气密性。 （3）装药品，进行实验操作。
【典例导析3】设计简单实验说明下列物质的氧化性 由强到弱：Cl2>FeCl3>I2，可选用的药品有：氯水、
B、C）反应器，反应器内可观察到的现象是
该反应的化学方程式为
，
。
（3）上述制N2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ三个方案中，a、c方案结合使用越来越
受到人们的关注，这种方法与b方案相比，其优越性在
于 。
解析 （1）由题中所给信息可知，可适用于制备气体
的装臵是B、E，而E装臵的优点是能控制反应的进程， 而B装臵只能一次性加入所需要的反应物，不能控制 反应的进程，所以选择E更好，其中发生的反应是 CaO+NH3·H2O Ca(OH)2+NH3↑,用此法制得的
（2）反应速率是否较快；
（3）原料利用率以及合成物质的产率是否较高； （4）合成过程中是否造成环境污染。
3.从“安全性”方面对实验方案做出评价
化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下： （1）净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸； （2）进行某些易燃易爆实验时要防爆炸（如H2还原 CuO应先通H2，气体点燃先验纯等）； （3）防氧化（如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”， 白磷切割宜在水中等）； （4）防吸水（如实验取用、制取易吸水、潮解、水解
（3）下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学 理念的最佳方案是 方案 甲 乙 丙 ，理由是 反应物 Cu、浓HNO3 Cu、稀HNO3 Cu、O2、稀HNO3 。
（4）该小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4＞ Cl2＞Br2。操作步骤为 ，
实验现象为
但此实验的不足之处是
；
。
解析 加2 mL蒸馏水，浓HNO3的浓度减小，化学反应速 率减慢。
6.其他应注意的问题 （1）冷凝回流的问题。
（2）冷却问题。
（3）防止倒吸问题。 （4）具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液 漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通 装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装 置中的漏斗末端套住一支小试管等。
特别提醒 近年来许多高考试题都是通过对教材实 验进行重新设计或改进创新而成，其创新主要体现
出如图所示装置来改进教材中
“铜与硝酸反应”的实验，以 探究化学实验的绿色化。 （1）实验前，关闭活塞b,试管 d中加水至浸没长导管口，塞紧
试管c和d的胶塞，加热c，其目
的是 。 （2）在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分
液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸，c中反应的化学方程
式是 再由a向c中加2 mL蒸馏水，c中的实验现象是 。 。
(1)若按a方案制N2时需要的氨气用生石灰和浓氨水作 原料制取，则宜采用上述仪器中的 学反应方程式为 要制取并收集纯净的N2（允许含有少量水蒸气），还 （填A、 ，
B、C„„）作NH3的发生器，该发生装置中发生的化
须使用到上述仪器中的（按气流从左到右的流向顺序
列出） （填A、B、C„„）。 （2）若按c方案制N2，用E装置将空气缓慢通入（填A、
处（填“A”或“B”）的
。
（2）硬质玻璃管中反应的化学方程式为
（3）乙同学认为甲装置有待优化，如
尾气可先储存在瓶内，然后再处理。 如图乙是他设计的贮气瓶，尾气应从 （填“a” 或“b”）口通入（其他 装置略）。 （4）丙同学质疑：CO能否使澄清石灰水变浑浊？ 因此，他设计在CO通入CuO之前，应先通入澄清 石灰水，以比较排除CO与澄清石灰水反应，试对 此作出评价。你认为丙的设计是否有必要 理由是 ， 。
N2中还会含有未反应的NH3，因此还需要用试剂吸收
NH3，但由于NH3是一种极易溶于水的气体，所以用 排水法即可除去N2中含有的NH3，所以还需要使用的 装臵是A、D；
（2）利用分液漏斗中的水将空气从烧瓶中排入到A装臵 中，在加热条件下将Cu氧化，从而除去O2，这样可得到
纯净的氮气，O2+2Cu
2CuO;
涉及到定量评价，即通过对所给化学实验数据的分析
处理，对实验进行评价。评价的关键是准确破译数据 的含义，进行合理取舍，提炼出有效数据。一些数据 隐含着化学规律及化学原理，要找出数据的具体含义， 分析比较数据之间的内在联系，建立题中的隐含数据 与题目解答之间的联系，继而得出正确结论。
【典例导析1】某兴趣小组设计
（3）在a、c方案中可将Cu和CuO交替使用，进行循环， 从而降低成本，而b方案中用到了有毒的NaNO2。 答案 （1）E Ca(OH)2+NH3↑ A、D CaO+NH3·H2O
(2)A
紫红色固体逐渐变黑
O2+2Cu
2CuO
(3)CuO和Cu可循环利用，避免使用有毒物质NaNO2
要点二
设计实验的思路
甲：Cu+4HNO3(浓)
乙：3Cu+8HNO3（稀） 丙：2Cu+O2 CuO+2HNO3(稀)