1、- 1 -专题 13 化学实验设计与评价一. 基本要求1.科学性：实验原理、实验方法和操作程序必须科学合理。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，若无法避免则应采取安全措施。3.环保性：有毒物质必须处理，以防污染环境。4.可行性：设计的实验方案要切实可行，所选用的药品、仪器、设备和方法在现有的条件下能得到满足。5.简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤，能在较短的时间内完成实验，且效果明显。6.经济性：综合考虑原料的用量、价格。7.创新性：创新性是设计的灵魂。近几年的高考化学实验题，最显著的特点就是由基础知识、基本实验或常见题
2、型创新而成的。通常化学实验设计方案的创新性可从以下两个方面考虑；一是反应原理的创新设计,凡是物质间满足“反应容易发生”、“速度快慢适当”、“产物较纯且易分离”的反应均可用于制备所需产物；二是实验装置的创新设计，根据现有仪器，考虑题给药品的状态，是否需要加热等反应条件，所给仪器还有哪些灵活的用途等，可大胆改进制备装置、净化装置、收集装置、除杂装置，体现创新精神。在设计实验时，应在各种所设计的方案中，通过对比和归纳选择出具有安全性好、药品易得、操作简便、装置简单而且现象明显的最佳方案。例 1 氧化铅( PbO)是黄色固体。实验室用草酸在浓硫酸作用下分解制备 CO，其原理为：H2C2O4 CO+CO
3、 2+H 2O。某课题组同学设计实验探究 CO 还原氧化铅并检验氧化产物(已知 CO 能使银氨溶液产生黑色沉锭)的装置如图所示。下列说法正确的是A 装置中的试剂依次为碱石灰、银氨溶液、澄清石灰水B 实验时，先点燃装置处酒精灯，当装置中产生连续气泡且有明显现象后再点燃- 2 -装置处酒精灯C 实验完毕时，先熄灭装置处酒精灯，再熄灭装置处酒精灯D 尾气处理可选用点燃、气袋收集、NaOH 溶液吸收等方法【答案】B例 2 某化学兴趣小组为探究草酸分解的产物，设计的实验装置如图所示，下列说法正确的是A 实验开始时，先点燃 A 装置处的酒精灯，后点燃 F 装置处的酒精灯B B 装置中的现象为蓝色粉末变白，
4、说明分解产物中有水生成C G 装置中澄清石灰水变浑浊，说明分解产物中有 CO 生成D C、D、E 装置中分别盛放澄清石灰水、浓硫酸、氢氧化钠溶液【答案】A【解析】A. 实验开始时，先点燃 A 装置处的酒精灯，排出装置中的空气，一段时间后点燃 F 装置处的酒精灯，故正确；B. B 装置中的现象应为白色粉末变蓝，说明分解产物中有水生成，故错误；C. G 装置中澄清石灰水变浑浊，可知 F 中一氧化碳还原氧化铜生成二氧化碳，说明分解产物中有 CO 生成，故正确；D. 根据以上分析可知 C、D、E 装置中分别盛放澄清石灰水、浓硫酸、氢氧化钠溶液，故正确。例 3 实验室用 H 2 还原 WO 3 制备金属
5、 W 的装置如下图所示(Zn 粒中往往含有硫等杂质，- 3 -焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)，下列说法错误的是A 反应开始时，先加热管式炉，再打开活塞 KB 往盐酸中加入少量 CuCl 2，可加快产生 H 2 的速率C 、中依次盛装 KMnO 4 溶液、焦性没食子酸溶液、浓 H 2SO4D 装置 Q(启普发生器)也可用于石灰石与盐酸反应制二氧化碳【答案】A二. 实验设计思路1.设计思路：实验目的实验原理反应的仪器装置操作步骤数据处理方法形成方案 优 化 方 案 具 体 设 计2.实验操作的顺序（1）连接仪器。按气体发生除杂质干燥主体实验尾气处理顺序连接好实验仪器。（2）检查气密性。（3）装
6、药品，进行实验操作。【拓展提升】实验方案设计应注意的几个问题1.药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余。 若药品和仪器只部分给出，则应作必要的补充，若有剩余，则应进行筛选和淘汰。- 4 -2.题目条件有无特殊要求。如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。3.实验过程中的隐蔽性操作。如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽略。4.药品的规格。有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最难答准确，如有些药品的准确描述为：硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和 NaHCO3溶液、NaOH
7、 溶液等。此外也应注意某些仪器的规格。5.会画简单的实验装置图。考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图，可用“示意装置图”表示。6.其他应注意的问题（1）冷凝回流的问题。（2）冷却问题。（3）防止倒吸问题。（4）具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管等。三. 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。要考虑是否安全合理、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
8、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- 5 -“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）原料利用率以及合成物质的产
9、率是否较高；（4）合成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
10、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）。例 4 由下列实验和现象能推出相应结论的是实验操作 实验现象 结论A加热盛有少置 NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸石蕊试纸变蓝 NH4HCO3显碱性B向某无色溶液中滴加稀盐酸，将产生的无色气体通入品红溶液品红溶液褪色原溶液中一定含有SO32- 6 -C向 2 支各盛有 2mL 相同浓度银氨溶液的试管中分别加入 2 滴相同浓度的 NaCl 和 NaI 溶液一只试管中产生黄色沉淀，另
11、一支中无明显变化相同温度下，AgCl 在水中的溶解度大于 AgI 的溶解度D在以镁、铝为电极，氢氧化钠溶液为电解质溶液的原电池装置中镁表面有气泡产生金属活动性:Al Mg 【答案】C沉淀，所以 Ksp(AgI)Ksp(AgCl)，选项 C 正确；D、Mg 的活动性大于铝，不能根据该原电池判断，选项 D 错误。例 5 用图所示装置进行下列实验：将中溶液滴入中，预测的现象与实际相符的是（ ） 选项中物质 中物质 预测中的现象A 稀盐酸 碳酸钠与氢氧化钠的混合溶液 立即产生气泡B 浓硝酸 用砂纸打磨过的铝条 产生红棕色气体C 氯化铝溶液 浓氢氧化钠溶液 产生大量白色沉淀D 草酸溶液 高锰酸钾酸性溶液
12、 溶液逐渐褪色- 7 -【答案】D例 6 下列实验能达到相应目的是（ ）选项 A B C D实验 过程实验 目的将乙二醇(HOCH2CH2OH)转化为乙二酸(H2C2O4)比较氯化铁和二氧化锰对 H2O2 分解反应的催化效果证明稀硝酸与铜反应时表现出氧化性用 SO2 与 Ba(NO3)2 反 应获得 BaSO 3沉淀【答案】C例 7 下列装置或操作能达到实验目的的是 - 8 - A 用图所示装置分离 Na2CO3溶液和 CH3COOC2H5的混合物B 装置可用于除去 Cl2中的 HClC 装置可用于氯化氢气体溶于水D 装置：酸性 KMnO4溶液中有气泡出现，且溶液颜色会逐渐变浅直至褪去【答案】
13、D【解析】A.碳酸钠溶液和乙酸乙酯的混合物分层，应选分液漏斗分离，且图中蒸馏时温度计水银球位置不合理，故错误；B.二者都与氢氧化钠反应，不能分离，可选饱和食盐水洗气，故错误；C.苯不能隔绝氯化氢与水，将苯改为四氯化碳可用于吸收氯化氢，且防止倒吸，故错误；D.浓硫酸使蔗糖脱水后，C 与浓硫酸反应生成二氧化硫，二氧化硫使品红、高锰酸钾溶液都褪色，则酸性高锰酸钾溶液中有气泡出现，且溶液颜色会逐渐变浅直至褪去，故正确。例 8 由下列实验及现象不能得出相应结论的是选项实验 现象 结论A向 2 mL 0.01mol/L 的 FeCl3溶液中加入 1 滴 KSCN 溶液，再加入足量铁粉，充分振荡溶液变为红色，加入铁粉后红色褪去，变为浅绿色Fe3+比 Fe2+的氧化性强B加热盛有少量 NH4HCO3固体的试管，并在试管口放置湿润的红色石蕊试纸湿润的红色石蕊试纸逐渐变蓝NH4HCO3分解产生氨气C将一小块金属钠放置在空气中，一段时间后，将其放置在坩埚中加热钠表面变暗，加热时，钠燃烧，发出黄色火焰钠易与氧气反应，加热时生成 Na2O的速率加快D向 2 支盛有 2 mL 相同浓度银氨溶液的试管中，分别加入 2 滴相同浓度的一支无明显现象，另一支产生黄色沉淀相同条件下，AgI比 AgCl 的溶解度- 9 -NaCl 和 NaI 溶液 小【答案】C
