高考二轮复习臻品专题40实验设计与实验方案高考名师伴学化学考点讲解——解析.pdf

考情报告】考查角度考查内容命题特点根据题干给予的新信息，预测实验现象，考查药品使用创新、仪器功能拓展、 实验操作改变创新和实验操作新途径等技巧 面对新情境， 能够正确提取并处理信息( 准确提炼规律、严密推理分析、 做出合理解释等 ) ，准确做出深刻评价的能力实 验 设 计流 程 与 实验 方 案 评价本部分考点通常以科技、生产、 生活中的新材料为载体，考查实验评价、误差分析和定量计算等方面能力，通过对课本实验的改进考查学生分析问题和解决问题的能力以及学生思维的灵活性， 同时结合实验方案的设计与评价考查学生选择、组装仪器的能力以及绘制简单实验装置图等学科内综合知识的能力考查考向预测】本节内容在高考实验中处于核心位置，每年必考通过近几年的高考实验研究发现，以物质的制备流程、物质的性质探究为载体，考查化学实验的设计及评价能力已成为高考实验的首选近年高考综合实验试题往往是在教材实验、演示实验或考生已有实验知识的基础上进行改进，创设新情镜，提出新问题，考查考生的创新意识和对实验过程的评价能力主要体现在以下几个方面：(1) 根据题干给予的新信息，预测实验现象等2) 药品使用创新、仪器功能拓展、实验操作改变创新和实验操作新途径开辟等。

3) 面对新情境，能够正确提取并处理信息( 准确提炼规律、严密推理分析、做出合理解释等) 4) 面对新问题，能够全面深入思考，合理优化结构，准确深刻评价等经典】1. 知识梳理一、化学实验设计化学实验题包括的题型很多，其中比较典型的有物质性质探究型、化学现象探究型、物质制备和应用探究型等，化学实验设计时遵循的原则：科学性：实验原理准确，实验流程合理；安全性：保护人身、保护环境、保护仪器；可行性：条件允许，效果明显，操作方便；简约性：做到步骤少、时间短、节省药品、效果好等基本要求通常有一下实验设计步骤：(1) 明确目的、原理首先必须认真审题，明确实验的目的及要求，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，从而明确实验原理2) 选择仪器、药品根据实验的目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态，能否腐蚀仪器、反应是否加热及温度是否控制在一定的范围等，从而选择合理的化学仪器和药品3) 设计装置、步骤根据实验目的和原理，以及所选用的仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤学生应具备识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力，实验步骤应完整而又简明。

4) 记录现象、数据根据观察，全面而准确地记录实验过程中的现象和数据5) 分析得出结论根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论二、化学实验方案设计的分类( 1) 物质制备实验方案的设计发生装置净化装置干燥装置收集装置尾气处理装置(2) 物质性质实验方案的设计是从物质的结构特点和所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，然后据此设计出合理的实验方案，去探索它可能具有的性，质我们推测的物质的性质不一定准确，所以进行实验时要注意分析实验现象，从而得出正确结论可分为：探索性性质实验方案的设计，分析物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计合理实验方案，探索可能具有的性质；验证性性质实验方案的设计，对物质具备的性质进行求证，关键是设计出简捷的实验，操作简单安全，实验现象明显三、创新探究型实验题创新探究型实验题在知识点的涵盖上既可以考查基本概念、基本理论又可以考查元素化合物的相关知识，而且符合新课改在学习方法上强调的“探究学习”、 “自主学习”，因此探究类实验题将会是以后高考试题中的一个亮点( 尤其是广东、上海、江苏考卷) 。

创新探究类试题一般有以下几种命题形式：探究化学反应机理、探究化学实验中的反常现象、探究对经典问题的质疑、探究未知物的成分、探究物质的性质、探究化学反应的条件以及探究化学反应的现象等1探究实验的一般思路提出假设 实验探究 得出结论2探究实验的两种类型(1) 未知物的探究虽然探究型实验主要考察学生的探究能力，但在问题的设置上常常包含了对实验基础知识的考查，如：常见物质分离提纯方法：结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取、渗析法等常见气体的制备、净化、干燥、收集方法熟悉重点操作：a. 气密性检查； b. 量气操作； c. 防倒吸、防污染操作；d. 蒸发、灼烧操作四、化学实验方案的评价对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断要考虑是否完全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等1从可行性方面对实验方案做出评价科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求，在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；(2) 反应速率是否较快；(3) 原料利用率以及生成物质的产率是否较高；(4) 实验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) 。

2. 经典精讲例 1. 某研究小组利用下图装置探究温度对CO还原 Fe2O3的影响 ( 固定装置略 ) MgCO3的分解产物为装置 C的作用是，处理尾气的方法为将研究小组分为两组，按上图装置进行对比实验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置D 加热，反应产物均为黑色粉末（纯净物），两组分别用产物进行以下实验步骤操作甲组现象乙组现象1 取黑色粉末加入稀盐酸溶解，无气泡溶解，有气泡2 取步骤 1 中溶液， 滴加 K3Fe(CN)6溶液蓝色沉淀蓝色沉淀3取步骤 1 中溶液，滴加KSCN 溶液变红无现象4 向步骤 3 溶液中滴加新制氯水红色褪去先变红，后褪色乙组得到的黑色粉末是甲组步骤1 中反应的离子方程式为乙组步骤4 中，溶液变红的原因为；溶液褪色可能的原因及其验证方法为从实验安全考虑，该装置还可采取的改进措施是【答案】MgO 、CO2除 CO2、点燃 Fe Fe3O48H=2Fe3Fe24H2O Fe2被氧化成Fe3，Fe3遇 SCN显红色；假设SCN被 Cl2氧化，向溶液中加入KSCN 溶液，若出现红色，MgCO3Zn 粉Fe2O3无水 CaCl2澄清石灰水足量 NaOH 溶液A B C D E F 则假设成立 ( 其它合理答案均可) 在装置BC之间添加装置E防倒吸 ( 其它合理答案均可给分) 例 2. 为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。

AgNO3的氧化性将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出为检验溶液中Fe 的氧化产物，将溶液中的 Ag+除尽后，进行了如下实验可选用的试剂：KSCN 溶液、 K3Fe(CN)6 溶液、氯水1）请完成下表：操作现象结论取少量除尽Ag+后的溶液于试管中，加入KSCN溶液，振荡存在 Fe3+取少量除尽Ag+后的溶液于试管中，加入，振荡存在 Fe2+【实验结论】Fe的氧化产物为Fe2+和 Fe2+AgNO3的热稳定性用下图所示的实验装置A加热 AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体当反应结束后，试管中残留固体为黑色2）装置 B的作用是3）经小组讨论并验证该无色气体为O2，其验证方法是4） 【查阅资料】 Ag2O和粉末状的Ag均为黑色； Ag2O可溶于氨水提出设想】试管中残留的黑色固体可能是：.Ag ； .Ag2O； .Ag 和 Ag2O实验验证】该小组为验证上述猜想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验实验编号操作现象a 加入足量氨水，振荡黑色固体不溶解b 加入足量稀硝酸，振荡黑色固体溶解，并有气体产生【实验评价】根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是（填实验编号） 。

实验结论】根据上述实验结果，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有答案】（ 1）溶液呈红色K2Fe(CN)6 溶液产生蓝色沉淀（2）防倒吸（3）用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明无色气体为O2（4） b Ag、NO2、O2 【经典考题3】 FeCl3在现代工业生产中应用广泛某化学研究性学习小组模拟工业生产流程制备无水FeCl3，再用副产品FeCl3溶液吸收有毒的H2SI. 经查阅资料得知：无水FeCl3在空气中易潮解，加热易升华他们设计了制备无水FeCl3的实验方案，装置示意图（加热及夹持装置略去）及操作步骤如下：检查装置的气密性；通入干燥的Cl2，赶尽装置中的空气；用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成. 体系冷却后，停止通入Cl2，并用干燥的N2赶尽 Cl2，将收集器密封请回答下列问题：（1）装置 A中反应的化学方程式为（2）第步加热后，生成的烟状FeCl3大部分进入收集器，少量沉积在反应管A的右端要使沉积得FeCl3进入收集器，第步操作是，（3）操作步骤中，为防止FeCl3潮解所采取的措施有（填步骤序号）（4）装置 B中的冷水作用为；装置 C的名称为；装置D 中FeCl2，全部反应完后，因为失去吸收Cl2的作用而失效，写出检验FeCl2是否失效的试剂： （5）在虚线框内画出尾气吸收装置E并注明试剂II.该组同学用装置D中的副产品FeCl3溶液吸收H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解滤液。

6）FeCl3与 H2S反应的离子方程式为，（7）电解 池中 H+再阴极放电产生H2，阳极的电极反应为8）综合分析实验II的两个反应，可知该实验有两个显著优点：H2S的原子利用率100% ；答案】（1）2Fe+3Cl22FeCl3（2）在沉积的的FeCl3固体下方加热（3）、（4）冷却 FeCl3使其沉积，便于收集产品干燥管 K3Fe（CN ）6溶液或酸性高锰酸钾溶液（5）见解析（6）2Fe3+H2S= 2Fe2+S+ 2H+（7）Fe2+-e-= Fe3+（8）FeCl3可以循环利用【经典考题4】 今有某学生设计的用氨催化氧化法制取少量HNO3溶液并收集反应生成的纯净氮气的实验装置，如下图所示：已知，氨在高温下催化氧化时还有副反应发生：4NH3 3O2=高温2N26H2O 1)A 装置及氨水的作用是_ _ C装置中浓硫酸的作用是_，气球的作用是_ 2)B 装置中发生的最主要的反应的化学方程式是_ D 装置中一步生成硝酸的两个化合反应为( 用化学反应方程式表示) ： _ ； _ _3) 该套实验装置中有两处明显的缺陷，其一是_ ，其二是 _4) 若采用上述的不完善装置进行实验，同时不考虑气体在装置中的残留，实验结束时，实际测得D 中有1.0mol L 1的 HNO3溶液 150mL ，气球中收集。