2013高考化学实验方案的设计与评价专题复习

实验方案的设计与评价
一、题型解读
化学实验设计与评价，能根据提供的药品、仪器依据实验原理、实验目的设计一些简单的实验方案，明确科学探究的要素；会对实验方案进行评价。

实验设计与评价是中考的重、难点题型，也是热点题型。

侧重于考查同学们是否理解基本的实验原理，是否掌握基本的实验操作技能。

（一）实验方案的设计
（1）一个比较完整的化学实验设计方案，一般包括以下几个内容：
①实验目的②实验原理；③实验用品（包括仪器和药品等）及规格④实验装置、实验步骤；操作方法及注意事项⑤实验现象及结论。

（2）对于给出实验目的，要求设计实验方案的题一般可以按以下思维程序进行：1根据实验目的，确定实验原理（或假设）；②根据实验原理（或假设），选择需要的仪器和药品（或实验装置图）；③写出实验操作步骤及注意事项；④记录实验现象，分析实验结果，得出正确结论。

（3）实验设计要科学合理，安全可靠，操作简便、现象明显、结论可信、绿色环保。

（二）实验方案的评价
（1）对于给出的实验方案设计，要求评价方案的合理性，推断实验中的现象和分析。

归纳出结论（或规律）的题，可结合有关的化学知识和实验技能，从实验的原理、实验仪器和药品、实验操作和注意事项等方面考虑方案的合理性，描述实验现象，得出实验的结论。

（2）对实验方案的评价要全方位综合评价。

如看方案是否科学合理、具有严密性，操作是否安全简单易行；是否节约试剂、成本，保证产品质量；是否有利于保护环境等。

此外解题时要仔细审题，针对题意，运用评价的各个标准逐步逐项进行全面的分析评价。

二、中考典例
1．以物质的制取、性质实验为背景的实验设计
例１．某兴趣小组同学将CO2分别通入澄清
石灰水和氢氧化钠溶液中，观察到前者变浑浊，
后者无明显现象。

（1）写出上述澄清石灰水变浑浊的化学方程
式。

（2）为探究CO2和NaOH是否发生了化学反应，
王强设计了如图所示的A、B实验，验证CO2与
NaOH溶液发生了化学反应。

实验现象为：A中试管内液面上升;B中气球胀大。

①王强认为上述实验是可行的，其共同原理是。

②李莉提出质疑，她认为上述实验不严谨，其理由是。

要得到科学严谨的结论，仍利用该装置，补做的对比实验是。

③杨红通过检验生成物：向B实验后的溶液中加入，观察到现象，从而也证明CO2与NaOH发生了反应。

【解析】本题以二氧化碳的性质知识为背景，考查学生能从实验现象中获取信息进行实验的评价，并进行实验设计。

（1）CO2+C a(O H)2=CaCO3↓+H2O （2）①氢氧化钠溶液与CO2发生反应，使容器内气压降低，所以试管内液面上升。

②CO2能溶于水，也能使容器内气压降低，同样也可能出现液面上升现象，实验设计将氢氧化钠溶液换成等体积的水作对比实验进行评价认识③CO2与氢氧化钠发生了反应生成碳酸钠，碳酸钠能与稀盐酸反应产生CO2，有气泡产生(或加氯化钙溶液，有沉淀生成也可检验)
【答案】（1）CO2+C a(O H)2=CaCO3↓+H2O （2）①氢氧化钠溶液与CO2发生反应，使
容器内气压降低②CO2能溶于水，也能使容器内气压降低将氢氧化钠溶液换成等体积的水③稀盐酸有气泡产生(或加氯化钙溶液有沉淀生成)
2．实验方案的评价
实验方案的评价题是中考的热点题。

主要包括题中所设计的实验方案、实验装置、操作步骤等用批判的思维方式，从某角度否定、排除不合理的或可行但不是最优的方法，选择、创新更好的实验方案。

(1)评价内容：
①科学性：反应能否发生，即方案在理论上是否科学、严密；
②简约性：操作是否简便易行、优化，反应条件是否易达到；
③可行性：所有原料是否常见、易得、廉价；
④安全性：操作是否安全可靠；
⑤环保性：反应过程是否节能与环保；
⑥创意性：操作更简单，实验误差更小。

(2)解题的一般步骤：
明确目的→确定实验原理→评价实验方案的优劣(或可行性) →提出改进建议(依题解答)
例２．某兴趣小组对氢氧化钠固体暴露在空气中的变质情况进行了研究。

把一小块固体氢氧化钠放在表面皿里，长时间暴露在空气中，发现其固体表面逐渐湿润，部分溶化成液体后又逐渐形成晶体，最终变成粉末。

请回答兴趣小组提出的下列问题：
(1)实验室中，氢氧化钠固体应怎样保存? _________ 。

(2)氢氧化钠固体暴露在空气中，表面容易变湿，主要原因是什么? ________ 。

(3)氢氧化钠固体长期暴露在空气中，最终产物主要是什么 _______ 。

(4)用酚酞试液 ______ (填“能”或“不能”)检验氢氧化钠变质。

为什么_____ 。

(5)除加酸以外，怎样用其他方法检验氢氧化钠固体已经变质? ________ 。

(6)为了检验氢氧化钠是否已经全部变质，兴趣
小组中小薇同学设计了如下实验方案：
准确称取一定质量的变质固体样品，放在右
图所示装置中，然后从分液漏斗中加入足量的盐
酸，用排水法收集产生的二氧化碳，根据二氧化
碳的体积和密度计算变质产物的质量，确定是否
全部变质。

①你认为这个方案 _______ (填“行”或“不行”)。

理由是什么？ __________ 。

②请你另外设计一个方案，并简要说明实验方法和结论。

________ ，________ 。

【解析】氢氧化钠固体具有潮解性，同时能吸收空气中的二氧化碳反应发生变质，所以保存时必须密封保存。

氢氧化钠吸收二氧化碳变质后生成物是碳酸钠。

要检验氢氧化钠是否变质，就是要检验固体中是否存在碳酸钠成分。

方法较多，但不能采用酸碱指示剂的方法检验，原因是氢氧化钠和碳酸钠溶液都是显碱性。

要检验氢氧化钠是否全变质，可采用两种方法，一是排除氢氧化钠的碱性的干扰。

二是排除碳酸钠的存在，然后看是否有氢氧化钠的存在。

实验方案的设计的评价，主要考虑的是方案是否合理或可行性，从最优化角度进行分析。

【答案】(1) 密封保存(2) 氢氧化钠固体吸收水（或潮解）(3) 碳酸钠(4) 不能碳酸钠溶液也能使酚酞试液变红(5) 取试样溶于水，加入CaCl2[Ca(NO3)2或BaCl2或Ba(NO3)2或Ba(OH)2或Ca(OH)2等]溶液，有白色沉淀生成(6) ①不行；变质产物（含结晶水等）不是纯净的碳酸钠；CO2能溶水不能用排水法集气，用排水法收集误差较大。

②将试样溶于水，加入足量CaCl2(或Ca(NO3)2、B aCl2、Ba(NO3)2等)溶液，过滤，在滤液中
滴加酚酞试液，不变色，则氢氧化钠已经全部变质，变红，则部分变质。

（或在滤液中滴加其他酸碱指示剂来检验滤液是中性还是碱性，或在滤液中滴加可溶性的弱碱盐如硫酸铜、氯化铁等溶液看有无沉淀来检验滤液是否呈碱性。

不过滤也可以。

）
3．开放型的实验设计
开放性实验设计是指对某一实验课题有多种方案的实验设计，一般从提出问题、设计实验、选择仪器、组装仪器、观察记录现象到结论的推理完全自主完成。

开放型的实验设计，一般在物质制备、检验、分离除去杂质的实验中出现较多；它能够全面综合考查学生的化学知识、实验技能、思维及表达能力。

属于较难的题目。

应注意以下几个方面：
①实验设计原理必须遵循科学性；
②实验设计的实验仪器、原料必须注意可行性；
③实验设计方案必须注意安全、环保。

如点燃可燃性气体(H2、CO、CH4等)或用CO、H2、还原CuO、Fe2O3之前，要检验气体纯度，以防爆炸事故的发生。

进行有毒气体(如CO、SO2、NO2)的性质实验时，要在通风橱中进行，并注意尾气处理（CO要燃烧掉，SO2、NO2用碱性溶液吸收，避免中毒）。

还有实验中防倒吸现象等。

例３．已知某金属X有下列相关信息：①它的主要矿物的化学成分是X2O3；②它主要通过热还原法冶炼而成；③它的年产量位于金属之首。

(1)据此推断X是 (填选项字母)。

A．钛 B．铁 C．铝 D．铜
(2)在高炉中用含X2O3的矿物冶炼该金属的原理是
(用化学方程式表示)。

(3)同学们设计了如下实验方案测定该矿物中X2O3的质量分
数(装置气密性良好；矿物中的杂质不参加反应；假设矿物样品
中的X2O3完全反应)：
①取矿物样品并称量该样品的质量；
②测出反应前广口瓶和瓶内物质总质量；
③测出反应后广口瓶和瓶内物质总质量；
④计算得出矿物样品中x2O3的质量分数。

你认为，该实验方
案 (填“一定”或“不一定”)能准确测出矿物中X2O3的质量分数，理由是。

不改变装置和药品，你还可以通过测定哪些数据，再通过计算得出矿物中X2O3的质量分数：。

从环保角度看，该装置的不足之处是。

【答案】(1)B (2)X2O3+3CO 2X+3CO2 (或Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2)
(3)不一定生成的二氧化碳气体不一定被石灰水完全吸收(或石灰水可能吸收空气中的二氧化碳)
分别测出反应前玻璃管和矿物样品的总质量、反应后玻璃管和剩余固体总质量(或测出反应后玻璃管内剩余固体的质量) 无尾气处理装置。