晓设计与评价破化学实验

2017-12-14河南冯存良

教学考试(高考化学) 2017年5期

河南冯存良

晓设计与评价破化学实验

高考对化学实验的设计与评价的考查一是保持对传统知识的考查；二是结合题目中信息对实验过程进行分析；三是对教材实验进行重新设计或改进创新(在实验方案形式上或原理设计上创新)。题型仍将以选择题和综合实验题为主。备考中要注意有机物的涉入，理清关系，熟记切入点——从安全、环保、可行、简约等角度进行评价分析。

一、解读题型,晓破题关键

1．化学实验方案的设计

(1)基本原则

(2)基本内容

(3)基本思路

(4)实验方案设计的步骤

2．化学实验方案的评价

(1)化学实验评价的内容

评价实验原理是否明确、合理评价实验方案是否安全、可行评价药品、仪器是否方便、易得评价实验现象和结论是否明显、清晰

(2)化学实验评价的五大视角

①可行性视角：只有合理且切实可行的实验方案才有意义。可行性是方案的第一要素，评价方案时应注意从实验原理和操作两个方面分析：

a．理论上要科学合理。

b．操作上要简单可行。

②经济效益视角：评价一种实验方案，不仅要从科学性上判断是否可行，还要从经济效益上考虑是否切合实际。

③绿色化视角

a．分析实验药品是否有毒，是否会造成环境污染。

b．仪器药品是否价格低廉、是否易得。

c．反应是否充分，原子经济性如何。

④安全性视角

a．避免炸裂：受热不均匀、液体倒吸、气流不畅、易燃气体中混有助燃气体等。

b．防污染：有毒尾气未经处理、剩余药品随意丢弃、实验产生的废液肆意倾倒等。

c．防失火：点燃或熄灭酒精灯的方法不正确、易燃试剂与明火接触等。

d．防吸水：极易水解、吸水性强(潮解)的物质未密封保存或与潮湿空气接触，大量吸水导致液体溢出或药品变质等。

⑤规范性视角

a．仪器的安装与拆卸。

b．试剂添加的顺序与用量。

c．加热的方式和时机。

d．仪器的查漏、气密性检验。

e．温度计的规范使用。

f．实验数据的读取。

g．冷却、冷凝的方法等。

二、依题说法

题型一：猜想型实验设计

【例1】漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂。实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。

(1)提出合理假设。

假设1：该漂白粉未变质，只含有________；

假设2：该漂白粉全部变质，只含有________；

假设3：该漂白粉部分变质，既含有Ca(ClO)2，又含有CaCO3。

(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。

限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1 mol·L-1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca2+和Cl-)

实验步骤预期现象和结论①取少量上述漂白粉于试管中，②

[思维流程]

第一步明确目的原理

设计实验探究漂白粉变质后物质的成分，涉及反应：

第二步提出合理假设

根据假设3提供的物质及反应原理判断样品中可能含有Ca(ClO)2或CaCO3或二者的混合物。

第三步寻求验证方法

用CaCO3与盐酸反应产生能使澄清石灰水变浑浊的CO2来验证CaCO3的存在。

用Ca(ClO)2与盐酸反应生成能使品红溶液褪色的HClO来验证Ca(ClO)2的存在。

第四步设计操作步骤

①固体样品中加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中(用于检验CO2)。

②向步骤①反应后的溶液中滴入1～2滴品红溶液，振荡(用于检验HClO)。

第五步分析得出结论

若步骤①中石灰水未变浑浊，则说明样品中无CaCO3，即假设1成立。

若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液不褪色，说明存在CaCO3，不存在Ca(ClO)2，即假设2成立。

若步骤①中石灰水变浑浊，且步骤②中品红溶液褪色，说明有CaCO3和Ca(ClO)2存在，即假设3成立。

【答案】(1)假设1：只含有Ca(ClO)2；假设2：只含有CaCO3

(2)如下表：

实验步骤预期现象和结论①加入适量1mol·L-1盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中若澄清石灰水未见浑浊，则假设1成立；若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立②向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡(或另外取样操作)若品红溶液褪色，则假设3成立；若品红溶液不褪色，则假设2成立

题型二：定量分析型实验设计

【例2】(2015·浙江高考)某学习小组按如下实验流程探究海带中碘含量的测定和碘的制取。

实验(一) 碘含量的测定

取0.010 0 mol·L-1的AgNO3标准溶液装入滴定管，取100.00 mL海带浸取原液至滴定池，用电势滴定法测定碘含量。测得的电动势(E)反映溶液中c(I-)的变化，部分数据如下表：

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

实验(二) 碘的制取

另制海带浸取原液，甲、乙两种实验方案如下：

请回答：

(1)实验(一)中的仪器名称：

仪器A________，仪器B________。

(2)①根据表中数据绘制滴定曲线：

②该次滴定终点时用去AgNO3溶液的体积为________mL，计算得海带中碘的百分含量为________%。

(3)①分液漏斗使用前须检漏，检漏方法为________________。

②步骤X中，萃取后分液漏斗内观察到的现象是________________。

③下列有关步骤Y的说法，正确的是________。

A．应控制NaOH溶液的浓度和体积

B．将碘转化成离子进入水层

C．主要是除去海带浸取原液中的有机杂质

D．NaOH溶液可以由乙醇代替

④实验(二)中操作Z的名称是________。

(4)方案甲中采用蒸馏不合理，理由是________________。

【解析】(1)实验(一)中干海带需要灼烧，故仪器A为坩埚，根据最后得到的含I-的溶液的体积可以判断仪器B(定容)为500 mL容量瓶。

(3)①分液漏斗使用前要检漏，主要是检验旋塞及玻璃塞处是否漏水，检查方法：向分液漏斗中加入少量水，检查旋塞处是否漏水；将漏斗倒转过来，检查玻璃塞是否漏水。

②用CCl4萃取后，因为CCl4的密度比水大，故有机层在下层，现象为溶液分层，上层几乎为无色，下层呈紫红色。

④碘在水溶液中的溶解度较小，因此可以通过过滤的方法分离碘和水。

(4)采用蒸馏不合理，主要是因为碘易升华，会导致碘的损失。

【答案】(1)坩埚 500 mL容量瓶

(2)①

②20.00 0.635

(3)①向分液漏斗中加入少量水，检查旋塞处是否漏水；将漏斗倒转过来，检查玻璃塞是否漏水 ②液体分上下两层，下层呈紫红色 ③AB ④过滤

(4)碘易升华，会导致碘的损失

[思路点拨]

1.如何用好、选好数据，是解决化学定量实验题的关键所在。解决化学定量实验题的一般方法为比较数据、转变物质、分析利弊、确定方案

(1)对数据进行比较是解决问题的突破口，注意比较数据的交点与重合区。(2)转变物质是实现实验目标的重要途径，在一些物质提纯与制备的问题中，往往会提供一些物质沉淀的pH范围，物质的沸点、密度、溶解性等呈现物质物理性质的数据。在许多情况下，一些物质的相关数据是重叠的，而不利于问题的解决，一般可通过转变物质来解决，如CH3COOH与CH3CH2OH的沸点很接近，要分离二者的混合物，可以通过将CH3COOH转变为CH3COONa的方法，扩大其与CH3CH2OH沸点上的差异，然后通过蒸馏的方法进行分离。(3)在实际生产、生活中，除了涉及是否能够通过相应反应来实现实验目标外，还涉及经济效益的问题，在原理、环保等方面没有大的差异时，选择廉价原料完成相应的实验成为首选。

2.实验数据筛选的一般方法和思路

实验所得的数据，可分为有用、有效数据，正确、合理数据，错误、无效数据及无用、多余数据等。能从大量的实验数据中找出有用、有效、正确、合理的数据是实验数据分析处理题的一个重要能力考查点，也是近年来命题变化的一个重要方向。对实验数据筛选的一般方法和思路为“五看”：一看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精确度为0.1g，若数值超过了这个范围，说明所得数据是无效的；二看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去；三看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用；四看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算；五看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。

题型三：综合性实验设计

【例3】(2016·全国新课标1)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题:

(1)氨气的制备