2018中考总复习实验方案的设计和评价提高知识讲解

2018中考总复习实验方案的设计和评价提高知识讲解

‎2018中考总复习：实验方案的设计和评价（提高）‎ ‎【考纲要求】‎ ‎1.了解实验设计的基本要求，了解实验设计的几种类型，学会实验设计的方法和技巧。‎ ‎2.了解实验设计评价的原则。‎ ‎3.掌握对比实验设计和条件控制实验设计；了解实验设计的改进和创新， ‎ ‎【知识网络】 ‎ ‎ 多种仪器连接方式的设计 ‎ 气体制备方案的设计 实验设计 金属活动性顺序探究的设计 混合物分离方法的设计 ‎ 物质性质探究实验的设计 ‎ 明确目的原理 ‎ 选择仪器药品 思路方法 设计装置步骤 记录现象数据 ‎ 分析得出结论 ‎ 评价理论上是否可行 ‎ 评价操作是否简便 实验评价 评价是否安全可靠 评价原料是否经济 ‎ 评价是否给环境造成污染 ‎【考点梳理】‎ 考点一、实验设计 ‎1.实验设计基本要求： ‎ ‎（1）科学性：实验原理、实验方法和操作过程必须科学、严谨、合理。‎ ‎（2）安全性：实验操作要尽量防止带有危险性的操作，尽量避免与有毒物质接触。若无法避免有毒物质，则应采取安全措施，以防造成环境污染和人体伤害。‎ ‎（3）可行性：设计的实验方案要真正切实可行，所选药品、仪器、装置经济可靠。‎ ‎（4）简约性：实验设计应简单易行。装置简单，实验操作简便，实验现象明显。‎ ‎2.实验方案设计的几种思路：‎ ‎（1）对比实验设计：对比实验是实验设计的一种基本思路，有利于实验现象观察对比，有利于推理论证结论。如某学生欲探究碳酸具有酸性而二氧化碳不具有酸性，按下图进行实验。‎ ‎ ‎ ‎（2）控制变量实验设计：一个问题常常受多方面的因素制约，为了研究每一个因素对问题的影响程度，常常采取控制变量法逐个检验，每一个现象只说明一个问题，换一个条件再检验。综合各个因素对问题的影响作出综合性的判断。如课本上燃烧条件实验设计和铁的生锈条件设计都是控制变量实验设计。‎ ‎（3）综合实验设计：设计一个实验探究多方面的问题，如设计一个组合实验探究某一混合气体的成分、某一气体的性质和组成等。‎ ‎3.实验设计题的类型：‎ ‎（1）单项实验设计题：设计实验求证某一单项问题，或求证某一规律。设计的特点是围绕某一问题设计一个指向很单一的实验，而且实验通常一步到位。如证明中和反应是放热反应（如下图所示）。‎ ‎ ‎ ‎（2）综合实验设计题：设计实验求证多个问题，其特点是多步操作、装置复杂、现象多样。常见的有对某气体从制取到组成、成分含量、性质、尾气处理等多项目标进行实验检验和求证。如下图所示的装置，将其组合起来制取气体，验证其性质等。‎ ‎ ‎ ‎（3）定量实验设计：通过实验，获取有关数据，然后分析数据推理出结论。定量实验设计要精密一些，要尽可能地回避一些误差的引入。常见的定量实验有：分子组成测定、混合物成分含量的测定、物质溶解度的测定、气体体积的测定等。‎ ‎（4）开放型实验设计：试题从提出问题、实验的方向、仪器的选择、装置的设计、现象的观察记录到结论的推理完全自主完成。解答此类试题，过程要合理完整，方法简便，现象叙述要准确，推理要符合逻辑。‎ ‎【要点诠释】‎ ‎1.解答实验设计题的方法技巧：‎ ‎（1）解答实验设计题首先应具备良好的实验操作基本知识，懂得操作的一般步骤和原理，熟悉相关物质的性质、制备原理和变化规律。同时要读懂题，明确实验目的，充分利用题中所给信息（如装置、药品、题干中描述的目的等），分析题意设计相关的猜想（假设），提出问题，设计实验的程序，再分析现象得出相关的结论和启示。‎ ‎（2）解答实验题还应具备整体、全局意识，即审题时要先统观全局，逐字逐句把整个题审读一遍再细致地读懂每一步要求，这样才能在答题时少丢分或不丢分。‎ ‎（3）实验方案设计题的解答思路与方法 ‎ ①明确目的原理——明确实验的目的要求，弄清题给的新信息。‎ ‎ ②选择仪器药品——选择合理的化学仪器和药品。‎ ‎ ③设计装置步骤——设计出合理的实验装置和实验操作步骤。‎ ‎ ④记录现象数据——全面、及时而准确地记录实验过程中的数据和现象。‎ ‎ ⑤分析得出结论——根据实验的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。‎ ‎2.信息综合实验设计题：‎ ‎（1）信息实验设计综合题是中考中难度较大的试题，又是中考的热点题。此类题有如下特点：‎ ‎ ①材料陌生，试题以信息的方式给出大家没有学习过的物质，介绍此种物质的部分性质；‎ ‎ ②反应复杂，此类物质反应常常不符合四个基本反应类型，可能是很复杂的氧化还原反应；‎ ‎ ③装置复杂，实验设计多种仪器组合，实验多步完成；‎ ‎ ④试题较长，用实验探究组成性质定性定量结合。‎ ‎（2）解题思路：‎ ‎ ①逐字逐句审读完整个试题，了解实验的目的，每一步的要求；‎ ‎ ②迅速理解题给知识条件、规律、方法以及与原来学习过的知识之间的相关性或相似性；‎ ‎ ③运用临场学习的知识、方法、技能解答试题中提出的问题；‎ ‎ ④分析实验装置，理解实验步骤是关键，要认识实验设计中每个装置作用，每步实验的意图，要能描述每步实验的现象，并能理解产生现象的原因；‎ ‎ ⑤试题中给出的实验数据都是为推理结论服务的，要分析数据规律，应用数据准确计算作出结论。‎ 考点二、实验方案评价 ‎1.实验方案评价：以批判的思维方法对所设计的实验方案、实验方法、装置设计从某角度否定，排除不合理或可行但不是最优的方法，选择、创新更好的方法。‎ ‎2.实验评价的原则：‎ ‎（1）理论正确，设计方案一定要符合化学变化规律和实验原理；（2）操作可行；（3）经济合理；（4）推理严密；（5）保护环境。‎ ‎3.评价实验方案的方法：实验方案的评价包括实验原理及方案的评价，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。进行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、降低成本和提高产品质量。‎ ‎（4）从环境角度考虑，是否会给环境造成污染。‎ ‎【要点诠释】‎ ‎1.实验方案的评价是一个深刻、复杂的思维活动，要根据严密性、安全性、节约性、环保性四个方面，通过分析和结合，比较和论证，才能评选出最佳方案。‎ ‎2.装置设计题：主要评价装置设计原理是否科学，实验操作步骤是否合适，仪器排列顺序是否合理。‎ ‎3.实验方案评价题：关键看实验途径是否合理。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一、考查实验方案的设计和评价 ‎1.（2011辽宁）下列实验方案不可行的是（　　）‎ A．用生石灰可以配制少量石灰水 ‎ B．CO还原氧化铁时，先通入CO，排净空气后再加热 ‎ C．直接用镁带在空气中燃烧的实验验证质量守恒定律 ‎ D．通过镁与稀盐酸的反应可以说明化学反应常伴随能量变化 ‎【思路点拨】‎ A、氧化钙和水反应生成氢氧化钙；‎ B、一氧化碳为可燃性气体，和氧气混合在点燃的条件下可能会发生爆炸，实验时应先通一氧化碳；‎ C、验证质量守恒定律时，如果反应物中有气体参加反应，或生成物中有气体生成，应该选用密闭装置；‎ D、镁和稀盐酸反应放出热量。‎ ‎【答案】C ‎【解析】‎ A、生石灰和水反应生成氢氧化钙，可以配制少量石灰水，故A选项可行；‎ B、因为一氧化碳具有可燃性，和氧气混合在点燃的条件下可能会发生爆炸，所以实验开始时应先通一氧化碳再加热，目的是排尽玻璃管内的空气，防止加热爆炸，故B选项可行；‎ C、镁带在空气中燃烧，反应后固体质量会增大，因为有氧气参加，另外该装置也不是在密闭容器中进行，故不能达到目的，故C选项不可行；‎ D、镁和稀盐酸反应放出热量，使溶液温度升高，可以说明化学反应常伴随能量变化，故D选项可行。故选C。‎ ‎【总结升华】掌握生石灰的性质、一氧化碳还原氧化铁的实验、质量守恒定律的验证和化学反应中的能量变化等知识是解题的关键。要注意在设计验证质量守恒定律的实验时，有气体参加或气体生成的反应，一定要在密闭容器中进行。‎ ‎2.（北京）下列依据实验目的所设计的实验操作中，正确的是（　　）‎ 选项 实验目的 实验操作 A 检验NaCl中含有Na2CO3‎ 加水溶解 B 鉴别NaOH和Ca（OH）2溶液 加Na2CO3溶液 C 除去CaO中的CaCO3‎ 加足量稀盐酸 D 除去CO2中的CO 通入足量NaOH溶液 ‎ A．A B．B C．C D．D ‎【思路点拨】‎ A、检验NaCl中含有Na2CO3，根据碳酸钠和氯化钠的性质不同来选用合适的试剂；‎ B、要鉴别氢氧化钙和氢氧化钠，所选试剂与这两种溶液混合需有明显的不同现象；‎ C、碳酸钙高温分解就可以得到氧化钙；‎ D、二氧化碳中混有一氧化碳，把混合气体通入灼热的氧化铜，一氧化碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，得到的气体就是二氧化碳了。‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ A、氯化钠和碳酸钠都易溶于水，加水溶解无法检验NaCl中是否含有Na2CO3，故A错；‎ B、碳酸钠溶液与氢氧化钙混合产生白色沉淀，与氢氧化钠溶液混合不反应，可以鉴别，故B正确；‎ C、氧化钙和碳酸钙都能和盐酸反应，达不到除杂目的，故C错；‎ D、将气体通入足量NaOH溶液中，发生反应CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O，除去的是二氧化碳，故D错误。故选B。‎ ‎【总结升华】进行物质鉴别时，根据物质的不同性质，采用物理或化学的方法加以鉴别，所选的鉴别试剂与物质混合时，应有明显的不同的现象。除杂质的原则：首先方法要可行，既要能除掉杂质，又不能和被提纯的物质反应，同时也不能添加新的杂质；其次，实验操作越简单越好；根据杂质的状态不同，要把杂质转化成沉淀、可溶性物质或气体而除去。‎ ‎3.下列各组物质中，仅用一种试剂不能鉴别的一组是（　　）‎ A．Cu粉、Fe粉、Fe2O3粉 B．Na2CO3、BaCl2、 KNO3 ‎ C．NaCl固体、CuSO4固体、CaCO3固体 D.（NH4）2SO4 、KNO3、 NaNO3‎ ‎【思路点拨】‎ A、根据它们与盐酸反应时的不同现象鉴别；‎ B、根据碳酸根离子和钡离子的鉴别方法解答；‎ C、根据物质的溶解性和溶液的颜色鉴别；‎ D、根据硝酸钾和硝酸钠性质相似的特点判断。‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ A、加入稀盐酸或稀硫酸，无明显现象的是铜，溶液变色且有气泡的是铁，溶液只变黄色的是氧化铁，可鉴别；‎ B、加入稀硫酸，有气泡产生的是碳酸钠，有白色沉淀的是氯化钡，无明显现象的是硝酸钾，可鉴别；‎ C、可加水，固体溶解且无色的是氯化钠，固体溶解且溶液呈蓝色的是硫酸铜，固体不溶的是碳酸钙，可鉴别；‎ D、硝酸钾和硝酸钠性质极其相似，用一种试剂无法鉴别。故选D。‎ ‎【总结升华】熟练掌握各种物质的物理性质和化学性质是解题的先决条件。‎ ‎4.（广西）实现“低碳经济”的一种策略是节约能源。如图所示的四种制取氧气的方法中最节能的是（　　）‎ ‎ A．① B．② C．③ D．④‎ ‎【思路点拨】获得氧气的方法有多种，通电分解水能得到氧气，但是要消耗电能；实验室可以用加热氯酸钾或高锰酸钾的方法制氧气，也可以用分解过氧化氢的方法制氧气。选择制取氧气的方法时一定要考虑节约能源。‎ ‎【答案】C ‎【解析】‎ A、用高锰酸钾制氧气时，需要加热，会消耗热能；故此选项错误。‎ B、加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制氧气时，也消耗热能；故此选项错误。‎ C、分解过氧化氢制氧气时，不需要加热，用了催化剂二氧化锰，二氧化锰可以循环使用；故此选项正确。‎ D、水通电分解得到氧气，不仅产生氧气慢而且还要消耗大量的电能，故此选项错误。故选C。‎ ‎【总结升华】“低碳经济”的一种策略是节约能源，在制取氧气的方法选择上也要注意节能、环保等。物质的制备理论上必须正确，反应要符合物质的性质及变化规律；操作上要可行，操作越简便越好；经济上要合理，要求尽可能节约能源、减小生产成本；还要注意环保，对环境无污染或污染越小越好。‎ ‎5. 某化学兴趣小组，设计了验证Fe、Cu、Ag的金属活动性顺序的多种方案，每种方案所需的试剂如下：①Fe、CuSO4溶液、Ag；②FeCl2溶液、Cu、AgNO3溶液；③ Fe、Cu、稀盐酸、AgNO3溶液；④FeSO4溶液、Cu、Ag。‎ 你认为可行的方案是　 　（填序号）。‎ ‎【思路点拨】判断金属活动性顺序的基本方法有两种，一是通过金属与酸反应，二是通过金属与盐溶液反应；先根据现象判断是否反应，根据反应情况判断金属活动性，最后进行综合得出结论。‎ ‎【答案】①②③‎ ‎【解析】‎ ‎①铁能置换出硫酸铜中的铜，得出金属活动性铁大于铜；银不能置换出硫酸铜中的铜，得出金属活动性铜大于银，所以①正确。‎ ‎②铜不能置换出氯化亚铁中的铁，但能置换出硝酸银中的银，说明金属活动性是铁大于铜，铜大于银，所以②正确。‎ ‎③根据铁能和盐酸反应，铜不能和盐酸反应，得出铁的活动性大于铜，再根据铜能置换出硝酸银中的银，得出铜的活动性大于银，所以③正确。‎ ‎④铜、银与硫酸亚铁均不反应，则金属活动性铜、银均小于铁；但无法判断铜、银之间的金属活动性顺序，所以④错误。‎ ‎【总结升华】掌握金属活动性顺序的判断思路和方法，会恰当运用对比的分析方法是解题的前提。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】Na2CO3俗称纯碱，其溶液去油污效果较好。Na2CO3溶液能使酚酞试液变为红色。‎ ‎（1）碳酸钠溶液的pH________7（填“大于”、“小于”或“等于”）。‎ ‎（2）甲同学探究是Na+还是CO32－的作用使酚酞试液变红，其设计方案如下：先往Na2CO3溶液中滴加酚酞试液，再加入适量的Ca(OH)2溶液，观察红色是否消失。‎ ‎ ‎ ‎①老师肯定了乙同学的看法。你认为甲同学方案的不合理之处是________。‎ ‎ ②若想设计一个实验方案证明是否是CO32－的作用使酚酞试液变红，在下列物质中选用一种可行的试剂是________（填序号）。‎ ‎ A．HCl B．NaOH C．CaCl2‎ 实验操作 实验现象 实验结论 ‎ 【答案】（1）大于 （2）①Na2CO3与Ca(OH)2反应生成的NaOH显碱性 ②A（或C）‎ 实验操作 实验现象 实验结论 先往Na2CO3溶液中滴入几滴酚酞试液，再滴入适量的HCl溶液 溶液中有气泡产生，并由红色变为无色 是CO32－的作用使酚酞试液变红 或 实验操作 实验现象 实验结论 先往Na2CO3溶液中滴入几滴酚酞试液，再滴入适量的CaCl2溶液 溶液产生浑浊，红色消失 是CO32－的作用使酚酞试液变红 ‎ 【解析】‎ ‎（1）Na2CO3溶液显碱性，故pH＞7。‎ ‎（2）验证Na2CO3溶液中是Na+还是CO32－使酚酞变红，若想除去CO32－，不应选使CO32－沉淀的Ca(OH)2，否则生成物中有NaOH会影响结论的正确性，故甲同学的方案不合理；应选CuCl2或稀盐酸，这样既能除去CO32－，又不影响实验现象和结论的正确性。‎ ‎【变式2】实验室开放日，我与小娜、小佳、小华、小丽等同学来到实验室，看到实验桌上摆放着四瓶无标签的试剂，分别是两瓶固体和两瓶液体，我们决定对“固体与液体”之间的反应进行一些探究。‎ ‎（1）小娜同学从一瓶固体和一瓶液体中各取少量试剂于试管中进行混合，立即产生了一种无色气体，对气体是何物质，同学们进行了大胆的猜想，小佳同学的猜想可能是①________，②________。‎ ‎（2）我想设计一个实验证明小佳同学的猜想①是正确的，实验设计如下：‎ 实验步骤 现象及结论 ‎（3）小丽同学从另外两瓶试剂中各取少量试剂于试管中，发现混合后固体发生了变化，但无气泡放出。同学们对加入试管中的固体和液体从不同的反应类型、物质类别等方面进行了大胆的猜想：‎ ‎ 猜想一：________________________‎ ‎ 猜想二：________________________‎ ‎ 猜想三：________________________‎ ‎【答案】‎ ‎（1）①CO2 ②H2（或O2） ‎ ‎（2）如①是CO2（或H2、或O2）‎ 实验步骤 现象及结论 将气体通入澄清石灰水中（或将试管口堵住一会儿，点燃此气体；或将带火星的木条插入试管中）‎ 石灰水变浑浊，则证明是二氧化碳（或能燃烧，产生淡蓝色火焰或听到爆鸣声，则证明是氢气；或能让带火星的木条复燃，证明是氧气）‎ ‎ （3）猜想一：金属与盐溶液发生置换反应 ‎ 猜想二：金属氧化物与酸溶液反应 ‎ 猜想三：氧化物（如CaO）与水发生化合反应 ‎【解析】首先要知道在初中化学中利用固体和液体接触来制取的气体主要有哪些，然后针对所猜想的气体设计实验方案进行探究，同样，对固体和液体反应不产生气体的情况进行分析后，提出猜想的可能。‎ ‎【变式3】实验室有如图所示的实验装置和稀硫酸、氧化铜、铁粉三种药品。‎ ‎ ‎ ‎ 请设计两种制取铜的实验方案，填写下表。‎ 实验方案 有关反应的化学方程式 选用装置（填字母代号）‎ 方案一 ‎①‎ ‎②‎ 方案二 ‎①‎ ‎②‎ ‎ 在以上两个设计方案中，你认为________操作更合理，更简便。‎ ‎【答案】‎ 方案一 ‎①Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑‎ ‎②H2+CuOCu+H2O B C 方案二 ‎①CuO+H2SO4==CuSO4+H2O ‎②Fe+CuSO4==FeSO4+Cu D DE ‎ 方案二 ‎【解析】本题考查实验设计与评价的能力，同时考查金属与酸或盐溶液发生的反应。由于设计实验方案的基本要求是根据实验目的确定实验方案，根据化学反应选择合适的试剂，然后确定实验仪器和装置，并由此确定操作步骤，因此，根据本题现有铁、稀硫酸和氧化铜，可考虑：‎ ‎ 方案一：Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑ H2+CuOCu+H2O ‎ 选择制取H2及H2还原CuO的装置 ‎ 方案二：CuO+H2SO4==CuSO4+H2O Fe+CuSO4==FeSO4+Cu ‎ 因方案一中的第二步需加热，故方案二的操作更合理、简便些。‎