中考化学实验方案的设计和评价专题突破

中考化学实验方案的设计和评价专题突破

‎2019年中考化学《实验方案的设计和评价》专题突破 ‎【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．下列实验中利用提供的方案能达到目的是（　　）‎ 选项 实验操作 实验现象 A 除去CaO中混有的CaCO3‎ 先加足量水，然后过滤 B 除去CO2中的少量HCl气体 先通过NaOH溶液，再通过浓硫酸 C 鉴别棉绒和羊毛绒 点燃，闻产生的气味，观察生成的灰烬 D 鉴别稀盐酸和氯化钠溶液 滴加酚酞试液，观察溶液颜色变化 ‎【思路点拨】‎ 根据原物质和杂质的性质选择适当的除杂剂和分离方法，所谓除杂（提纯），是指除去杂质，同时被提纯物质不得改变．除杂质题至少要满足两个条件：①加入的试剂只能与杂质反应，不能与原物质反应；②反应后不能引入新的杂质。 鉴别物质时，首先对需要鉴别的物质的性质进行对比分析找出特性，再根据性质的不同，选择适当的试剂，出现不同的现象的才能鉴别。‎ ‎【答案】C ‎【解析】‎ A．CaO固体能与水反应生成氢氧化钙，碳酸钙不溶于水，反而会把原物质除去，不符合除杂原则，故选项所采取的方法错误。 B．CO2和HCl气体均能与NaOH溶液反应，不但能把杂质除去，也会把原物质除去，不符合除杂原则；故选项所采取的方法错误。 C．羊毛线的主要成分是蛋白质，燃烧时有烧焦羽毛的气味，棉线没有，得到的固体用手能捏成粉末的是羊毛线，可用燃烧法区别棉线和羊毛线，故选项提供的方案能达到目的。 D．无色酚酞溶遇酸性溶液不变色，遇碱性溶液变红色，稀盐酸和氯化钠溶液分别显酸性、中性，酚酞溶液遇之分别显示无色、无色，不能出现两种明显不同的现象，故不能鉴别，故提供的方案不能达到目的。 【总结升华】物质的分离、除杂与鉴别是中考的重点，也是难点，抓住除杂质的必需条件（加入的试剂只与杂质反应，反应后不能引入新的杂质），熟练掌握鉴别的物质的性质，然后选择适当的试剂或方法，出现不同的现象即可鉴别是正确解答本题的关键。‎ ‎2．下列关于实验操作中先后顺序的叙述错误的是（　　）‎ A．实验室制取气体时，先装药品，再检查装置气密性 B．用托盘天平称量药品时，先调节天平平衡，再称量 C．点燃可燃性气体时，先检验气体纯度，再点燃 D．给试管中的固体物质加热时，先预热，再集中加热 ‎【思路点拨】‎ A．根据实验室制取气体的步骤进行分析判断。 B．根据托盘天平的使用方法进行分析判断。 C．根据可燃性气体与空气混合后点燃可能发生爆炸进行分析判断。 D．根据给试管中的固体物质加热的方法进行分析判断。‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ A．实验室制取气体时，应在向容器中装入药品前检查装置气密性，然后再装入药品，避免装入药品后发现装置气密性不好，更换部分仪器而浪费药品，故选项说法错误。 B．用托盘天平称量药品时，先调节天平平衡，再称量，故选项说法正确。 C．点燃可燃性气体与空气或氧气的混合物容易发生爆炸，所以在点燃前要检验可燃性气体的纯度，以避免发生爆炸，故选项说法正确。 D．给试管中的固体物质加热时，先预热，再集中加热，以防止试管底部受热不均匀，造成试管炸裂，故选项说法正确。‎ ‎【总结升华】本题难度不大，熟悉各种仪器的用途及使用注意事项、掌握常见化学实验基本操作的注意事项是解答此类试题的关键。‎ ‎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．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。‎