主题十八
实验方案的设计与评价
考点一 实验方案的设计
1.概念理解
根据提出的问题或猜想与假设的问题,进行实验设计,从而对所提问题的正确性进
行验证。
2.基本要求
(1)科学性:实验原理、方法和操作过程必须科学、严谨、合理。
(2)可行性:设计的实验方案要切实可行,所用药品、装置安全可靠。
(3)安全性:避免带有危险性的操作,如使用可燃性气体,实验前要 ;进行有
毒气体的实验时,应在通风橱中进行,并注意对尾气的处理等,以防造成环境污染和
人身伤害。
验纯
3.一般思路
(1)明确目的原理,弄清题目要求。
(2)选择合适的仪器药品。
(3)设计装置步骤:仪器的组装顺序一般为气体的制取、除杂、干燥、主体装置、
实验产物的验证与尾气的处理。
(4)记录现象和数据,要全面、及时、准确。
(5)分析得出实验结论。
4.常用方法
(1)对照实验设计:对照实验是实验设计中的一种基本方法,通过对照实验现象,有
利于推理论证结论。
(2)控制变量法实验设计:某一实验结果常受多个变量因素的制约,为了研究其中
某一个因素对实验结果产生的影响,采用控制变量法,对变量因素逐个进行实验,
综合各个变量因素对实验结果的影响作出综合性判断。
考点二 实验方案的评价
1.概念理解
指用批判的思想对题中所设计的实验方案、实验步骤、实验装置等进行否定或
指出不合理的地方,使其达到最优化。
2.评价角度
(1)化学原理是否正确、可行。
(2)实验操作步骤是否简单、科学,现象是否明显。
(3)是否符合经济原则。
(4)推理过程是否严密。
(5)是否节能环保等。
(6)结论是否正确或是否与实验目的一致。
考向一 实验方案的设计
1.[2020·重庆A]下列课本中的实验均作了一定的改动,改动后仍然能达到实验目
的的是 ( )
图18-1
[答案]A
[解析]红磷本身是固体,能在空气中燃烧,反应的化学方程式为4P+5O2
2P2O5,只生成P2O5固体,没有无关气体的干扰,A图中装置可用于测定空气里氧气
的含量;浓盐酸属于酸,虽然具有挥发性,但挥发出来的HCl气体不能使无色酚酞溶
液变色,B图中装置不能用于证明分子在不停运动;锥形瓶胶塞上的玻璃管将锥形
瓶与外界空气相通,不能形成密闭装置,C图中装置不能验证质量守恒定律;烧杯中
的冰水不能使温度达到红磷和白磷的着火点,二者均不会燃烧,D图中装置不能用
于探究燃烧的条件。
2.控制变量,设计对比实验是实验探究的重要方法。
实验一:区分硬水和软水。
[答案]肥皂水的量(体积或
滴数)
[解析]区分硬水和软水时,
除了要控制所取硬、软水
的体积相同外,还必须要
控制肥皂水的量相同。
本实验条件除了要控制所
取硬、软水的体积相同外,
还必须要控制 相
同
2.控制变量,设计对比实验是实验探究的重要方法。
实验二:探究人体吸入的空气与呼出的气体有什么
不同。
[答案]空气中氧气的含量
比呼出气体中氧气的含量
多(合理即可)
[解析]实验过程中,插入空
气中的木条无明显变化,
插入呼出气体中的木条熄
灭,说明空气中氧气的含
量比呼出气体中氧气的含
量多。
将燃着的小木条分别插入空
气样品和呼出气体的样品中,
对比观察到的现象,可以得出
的结论是
2.控制变量,设计对比实验是实验探究的重要方法。
实验三:探究决定氯化铁溶液颜色的粒子。
[答案]氯化钠(或氯化钾,
合理即可)
[解析]探究决定氯化铁溶
液颜色的粒子时,用作对
比的试剂可以是氯化钠溶
液,氯化钠溶液是无色溶
液,说明氯离子不能使溶
液呈现黄色,进而说明氯
化铁溶液中能使溶液呈现
黄色的是铁离子。
氯化铁溶液呈黄色。为了探
究溶液中的哪种粒子使溶液
呈黄色,小艳同学分析溶液中
存在的粒子,选择了一种试剂
作对比,确定了决定氯化铁溶
液颜色的粒子,用作对比的试
剂可以是 溶液
3.[2019·重庆B]Ca(OH)2变质得到Ca(OH)2和CaCO3的混合物。李琳同学设计
了如图18-2的实验装置来测定CaCO3的含量。她用气密性良好的装置装上药品
并通一会儿N2后关闭止水夹,再打开分液漏斗活塞。提示:碱石灰(可以吸收CO2
和H2O)、浓硫酸均足量,稀盐酸不考虑其挥发性。
图18-2
(1)通入N2的原因之一是N2的化学性质
_________
(填“活泼”或“不活泼”)。
图18-2
[答案]不活泼
[解析]氮气的化学性质稳定,
实验前通入一会儿氮气,可以
排除空气中二氧化碳气体对
实验的干扰。
(2)甲装置中发生中和反应的化学方程式为
。
图18-2
[答案] Ca(OH)2+2HCl
CaCl2+2H2O
[解析]酸和碱反应生成盐和水的
反应叫中和反应,甲装置中氢氧化
钙属于碱,盐酸属于酸,氢氧化钙
和盐酸反应生成氯化钙和水,该反
应属于中和反应,反应的化学方程
式为Ca(OH)2+2HCl
CaCl2+
2H2O。
(3)浓硫酸的作用是 。
图18-2
[答案]除去二氧化碳气体中的水
蒸气(或干燥二氧化碳气体)
[解析]浓硫酸具有吸水性,可以
除去生成的二氧化碳气体中含
有的水蒸气,减小实验误差。
(4)测定CaCO3的含量需要测定两个物理量,其中一个物理量为样品的质量。
①另一个物理量为 (填序号)。
A.滴下的稀盐酸质量
B.反应前后乙装置增加的质量
C.反应前后丙装置增加的质量
D.反应前后丁装置增加的质量
图18-2
[答案] C
[解析]碱石灰能吸收二氧化碳气体,反应前后丙装置增加的质量就是反应生成的
二氧化碳质量,再由化学方程式可计算出样品中碳酸钙的质量,因此,需要测定的
另一个物理量是反应前后丙装置增加的质量。
(4)测定CaCO3的含量需要测定两个物理量,其中一个物理量为样品的质量。
②若去掉丁装置,测得CaCO3含量 (填“偏高”“偏低”或“不变”)。
③甲装置中反应结束后打开止水夹再通入一会儿N2的目的是 。
图18-2
[答案] ②偏高
③将反应后甲、乙装置中的二氧化碳气体全部压入装置丙中
[解析] ②丁装置可以防止空气中的二氧化碳气体和水蒸气进入丙装置,若没有丁
装置,反应前后丙装置增加的质量大于实际反应生成的二氧化碳质量,二氧化碳质
量偏大,计算出碳酸钙质量就偏大。③因结束后生成的二氧化碳气体一部分滞留
在甲、乙装置中,会使实验结果偏小,因此,甲装置反应结束后,打开止水夹再通入
一会儿氮气,可以将装置甲、乙中的二氧化碳全部压入装置丙中被碱石灰吸收。
考向二 实验方案的评价
4.[2020·山西]课外实验具有趣味性、实践性等特点。鸡蛋壳成分的探究过程如
下,其中正确的是 ( )
A.实验①证明蛋壳成分是CaCO3
B.实验②可证明蛋壳中含钙元素
C.实验③得到的固体能与水反应
D.实验中每步操作都是规范的
图18-3
[答案]C
[解析]实验①说明蛋壳中含有能与醋酸反应生成气体的物质,但不能证明蛋壳的
成分是碳酸钙;实验②向碎蛋壳中滴加水和酚酞溶液,溶液不变色,不能证明蛋壳
中含有钙元素;灼烧蛋壳发生的反应是碳酸钙分解生成氧化钙和二氧化碳,得到的
氧化钙固体能和水反应生成氢氧化钙;使用胶头滴管向烧杯内滴加液体时,胶头滴
管不能伸到烧杯内或接触烧杯内壁,应垂直悬空在烧杯上方滴加液体。
5.[2020·呼和浩特]下列实验设计不合理的是 ( )
图18-4
[答案]B
[解析]一氧化碳还原氧
化铁时,尾气需要点燃
或用气囊收集处理,一
氧化碳不与氢氧化钠
反应,不能通入氢氧化
钠溶液中。
6.[2020·遵义]下列实验设计及操作中,现象足以说明其结论的是 ( )
[答案]D
[解析]能够与稀盐酸反应生成气体的固体不一定是碳酸盐,活动性较强的金属单
质也能够与稀盐酸反应生成氢气,即向一未知固体中加入稀盐酸,有气泡产生,该
固体还可能是金属单质;将一根燃着的木条伸入集气瓶中,木条熄灭,说明该气体
不能燃烧且不支持燃烧,而不能燃烧且不支持燃烧的气体不仅有二氧化碳,还有氮
气,即该气体还有可能是氮气;聚氯乙烯塑料燃烧时有刺激性气味产生,该塑料一
定不是聚氯乙烯塑料;向一未知溶液中先加入足量稀盐酸,无明显现象,说明溶液
中不含银离子、碳酸根离子,再滴加氯化钡溶液后产生白色沉淀,说明沉淀中含有
钡离子,且该沉淀不溶于酸,则该沉淀为硫酸钡沉淀,从而说明原未知溶液中含有
硫酸根离子。
7.[2020·滨州]结合如图18-5所示有关实验,回
答问题。
(1)铁丝在氧气中燃烧时集气瓶内预先加入少
量水的原因是 。
图18-5
[答案]防止生成的高温熔融物溅
落,炸裂集气瓶底
[解析]铁丝在氧气中燃烧时,为防
止生成物溅落,炸裂瓶底,需要事
先在集气瓶内加入少量的水。
7.[2020·滨州]结合如图18-5所示有关实验,回
答问题。
(2)过滤操作中玻璃棒的作用是 。
图18-5
[答案]引流
[解析]过滤操作中玻璃棒的作用
是引流。
7.[2020·滨州]结合如图18-5所示有关实验,回
答问题。
(3)对比一段时间后三枚铁钉生锈程度,可以得
出铁生锈的条件是 。
图18-5
[答案]同时与水(或水蒸气)和氧
气(或空气)接触
[解析]第一支试管中的铁钉只与
氧气接触,没有生锈;第二支试管
中的铁钉与水、氧气同时接触,铁
钉生锈;第三支试管中的铁钉只与
水接触,没有生锈,通过对比可知,
铁生锈的条件是同时与水、氧气
接触。
7.[2020·滨州]结合如图18-5所示有关实验,回
答问题。
(4)烧杯中白磷(着火点40 ℃)不燃烧的原因是
。
图18-5
[答案]没有与氧气接触
[解析]可燃物燃烧,需要与氧气接
触且温度达到可燃物的着火点。
由于烧杯中的白磷没有与氧气接
触,所以白磷不会燃烧。
8.[2019·江西]根据下列实验装置改进,回答有关问题。
(1)实验一:
①仪器a的名称是 ,制取二氧化碳
的化学反应方程式为 。
②改进装置的优点是 (写一条
即可)。
图18-6
[答案] ①长颈漏斗
CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑
②可以控制反应速率(或节省药品或方便及时排出废液等)
[解析]①仪器a的名称为长颈漏斗;大理石的主要成分为碳酸钙,碳酸钙与稀盐酸反
应生成氯化钙、二氧化碳和水,其化学方程式为CaCO3+2HCl
CaCl2+H2O+
CO2↑。②原装置中的长颈漏斗只能随时添加液体药品,改进装置后,可以通过控
制滴加液体的速率,来控制反应速率。
8.[2019·江西]根据下列实验装置改进,回答有关问题。
(2)实验二:
①两套装置中作用相当的仪器:漏斗与 (填
“b”“c”或“d”)。
图18-6
[答案] c
[解析]漏斗中的冰块可以使水蒸气冷凝,原装
置中用冷凝管使水蒸气冷凝,所以改进装置中
的漏斗相当于原装置中的c。
8.[2019·江西]根据下列实验装置改进,回答有关问题。
(2)实验二:
②装置改进后,下列说法正确的是 (填序号,
双选)。
A.同样可以降低水的硬度
B.冰块与水的性质完全相同
C.比原装置得到的蒸馏水更纯
D.利用太阳光、塑料袋、矿泉水瓶等作代替品
可户外自制饮用水
图18-6
[答案]AD
[解析]原装置和改进装置都能制取蒸馏水,达到降低水的硬度的目的;冰块为固态,
水为液态,物理性质不同;两个装置制得的蒸馏水都为纯净物;水在阳光下蒸发,遇
冷液化形成液态水,能达到蒸馏的效果,所以可以利用太阳光、塑料袋、矿泉水瓶
等代替品在户外自制饮用水。
9.在学习盐的性质以后,化学兴趣小组的同学开展了测定Na2CO3和NaCl的固体
混合物中Na2CO3质量分数的探究实验。他们设计了如下方案:
方案一:气体分析法。
(1)如图18-7Ⅰ所示(铁夹夹持的仪器是
注射器),把一定量的混合物与足量稀
硫酸反应后,测定产生CO2的体积,根
据CO2的密度计算质量。实验前,向后
拉注射器活塞,松开后,如果 ,
则装置不漏气。
图18-7
[答案]注射器活塞回到原位(或复位)
[解析]如果装置不漏气,向后拉注射器活塞,在外界大气压的作用下,松开后注射器
活塞应回到原位。
9.在学习盐的性质以后,化学兴趣小组的同学开展了测定Na2CO3和NaCl的固体
混合物中Na2CO3质量分数的探究实验。他们设计了如下方案:
方案一:气体分析法。
(2)有同学提出以图Ⅱ代替图Ⅰ中的收集装
置,则所测CO2气体的体积 (填
“偏大”“偏小”或“不变”),原因是 ,
你的改进方案是 。
图18-7
[答案]偏小 部分CO2溶于水或与水反应 水面上放一层植物油
[解析]以图Ⅱ代替图Ⅰ中的收集装置,二氧化碳能溶于水且与水反应形成碳酸,所
以测得的体积偏小;改进方案是:可在水面上放一层植物油,使二氧化碳不能与水
接触。
9.在学习盐的性质以后,化学兴趣小组的同学开展了测定Na2CO3和NaCl的固体
混合物中Na2CO3质量分数的探究实验。他们设计了如下方案:
方案一:气体分析法。
(3)也有人用图Ⅲ装置进行测定,根据盛碱
石灰(CaO与NaOH的混合物)的干燥管增
加的质量确定CO2的质量。图Ⅲ实验装
置存在明显缺陷,缺陷之一是 。
图18-7
[答案]碱石灰能吸收空气中的水和二氧化碳
[解析]碱石灰也能吸收空气中的水和二氧化碳,所以图Ⅲ实验装置存在明显缺陷。
9.在学习盐的性质以后,化学兴趣小组的同学开展了测定Na2CO3和NaCl的固体
混合物中Na2CO3质量分数的探究实验。他们设计了如下方案:
方案二:沉淀分析法(如图Ⅳ所示)。
(1)试剂A可以是 (写一种)溶液,
加入过量A是为了 。
(2)洗涤沉淀的目的是 。
图18-7
[答案](1)CaCl2 使Na2CO3完全反应
(2)除去沉淀表面残留的杂质
[解析](1)加入的试剂能与碳酸钠反应生成沉淀而不和氯化钠反应,试剂A可以是
氯化钙溶液;加入过量A是为了使Na2CO3完全反应。(2)洗涤沉淀的目的是除去沉
淀表面残留的杂质。