高考实验设计考查分类例析

安徽 郭丽敏

高考中的实验设计题一般通过创设真实、具体的实验情景，要求学生对实验的目的或者实验中出现的问题进行分析探究，考查学生分析问题、解决问题及创新的能力。高考化学实验设计题的特点是思考性和综合性强，能力要求高，一般是基于化学基础知识和化学实验能力的综合考查。从内容上来看，这类试题主要运用已有知识，根据题目提供的新情境，设计合理正确的实验方案。笔者通过对近年来高考试题的总结分析，对高考中实验设计题型进行了简单分类归纳如下：

一、简单化学原理验证型实验设计

这类实验设计题主要的特点是具有一定的开放性，理论性较强，但是一般受实验合理性和可行性的限制。现对教材中出现的这类题总结如下：

1.酸性比较：可通过强酸制弱酸、对应盐的碱性、同浓度溶液导电能力或pH等方法来比较。

2.金属性比较：可通过与水或酸反应置换H的能力、最高价氧化物对应水化物的碱性、置换反应、原电池的正负极、电解池中阴极阳离子或活性电极中金属的放电顺序等方法来比较。

3.非金属性比较：可通过最高价氧化物对应水化物的酸性、气态氢化物的稳定性、与H2化合的难易程度、相互之间的置换、对应阴离子的还原性等方法来比较。

4.弱酸酸式盐的电离程度与水解程度比较：可通过测得溶液的酸碱性的方法来比较。

5.Ksp的大小比较(以AgCl、AgI为例)：

a.向盛有少量AgNO3溶液中滴加NaCl溶液至不再有白色沉淀生成，再向其中滴加KI溶液产生黄色沉淀；

b.向浓度均为0.1 mol/L的NaCl、NaI混合溶液中滴加0.1 mol/L AgNO3溶液先产生黄色沉淀；

c.向AgCl沉淀中滴加0.1 mol/L KI溶液白色沉淀转化为黄色沉淀。

6.离子化合物还是共价化合物的判断：可通过熔融状态时是否导电。

7.纯净物还是混合物的判断：可通过测定熔点是否有固定熔点。

8.晶体与非晶体的区别：可通过X - 射线衍射实验确定。

9.一元酸、二元酸：可用NaOH溶液进行中和滴定测定消耗V(NaOH)来比较。

10.醛基的数目：可通过银镜反应中关系式—CHO～2Ag来确定。

11.羟基的数目：可通过取一定量试剂与足量Na反应测定放出氢气的量来确定。

12.羧基的数目：可通过取一定量试剂与足量 NaHCO3反应测定放出CO2的量来确定。

二、 装置连接型实验设计

这类实验题主要考查常用仪器的用途和使用方法，常见气体的制备除杂和收集，常见物质的检验、分离、提纯、尾气处理等。其实验目的通常为制备收集某种纯净的气体、检验反应的产物或者定量测定某物质的纯度，然后根据实验的目的选择实验装置并连接，选择每个装置中所用的试剂等。

例1：2016全国卷Ⅰ第26题节选：

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：

氨气的制备

①氨气的发生装置可以选择上图中的________，反应的化学方程式为______________________。

②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→__________(按气流方向，用小写字母表示)。

分析：①中的两个空要注意对应，若选择NH4Cl和Ca(OH)2制备NH3则应选装置A，若用浓氨水制备NH3则应选择装置B；②的关键在于干燥，所以收集氨气要注意吸水干燥、收集方式向下排空气法及尾气处理防倒吸，应选择dcfe(dc)i

②dcfei

三、探究物质组成或性质型实验设计

这类实验设计题主要考查物质的检验及常见离子的检验方法。在解题过程中要注意排除其他物质或离子的干扰。

例2：2017北京卷第28题节选：

向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。

检验产物

①取少量黑色固体，洗涤后，______________(填操作和现象)，证明黑色固体中含有Ag。

分析：黑色固体的成分是过量的铁粉和铁置换出来的Ag，可以利用Fe和Ag的还原性差异即加入足量稀盐酸(或稀硫酸)，固体未完全溶解来证明，也可以将Ag转化成Ag+利用AgCl的难溶性进行验证即加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀。

答案：①加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀

四、控制变量型实验设计

对于典型的变量探究性实验，例如化学反应速率和化学平衡移动等原理的探究，在设计实验时应注意控制变量，即保持其他变量不变，改变其中一个变量进行实验。可控制的变量一般包括：温度、气体的压强、溶液的pH、各物质或离子的浓度(用量)、固体的表面积和质量等。

例3：2015广东卷第33题节选：

设计实验，探究某一种因素对溶液中NH4Cl水解程度的影响。

限选试剂与仪器：固体NH4Cl、蒸馏水、100 mL容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、药匙、天平、pH计、温度计、恒温水浴槽(可调控温度)。

①实验目的：探究________________对溶液中NH4Cl水解程度的影响。

②设计实验方案，拟定实验表格，完整体现实验方案[列出能直接读取数据的相关物理量及需拟定的数据，数据用字母表示；表中V(溶液)表示所配制溶液的体积]。

实验序号V(溶液)/mL……1100……2100……

分析：从限选试剂与仪器中可以看出可以选择的条件为温度和浓度，但是在设计过程中要注意实验条件的控制即比较同温下的浓度的影响和同浓度下的温度的影响，实验结果可通过pH的大小体现。

①温度的影响

实验序号V(溶液)/mLm(NH4Cl)/gT(温度)/℃pH1100m1T1pH12100m1T2pH2

②浓度的影响

实验序号V(溶液)/mLm(NH4Cl)/gT(温度)/℃pH1100m1T1pH12100m2T1pH2

答案:①温度或浓度 ②见分析中表格