高考化学第三部分专题15化学实验方案设计与评价

考前30天之备战2013高考化学冲刺押题系列第三部分专题15化学实验方案设计与评价综合实验设计和评价题是考查学生综合应用实验基础知识、化学理论、元素化合物知识和化学计算等相关知识解决实验问题的能力的一类题，近几年高考中综合实验题的形式主要有以下几种：1．对物质制备、分离、提纯和检验中化学原理、相关装置作用的设计和评价。

2．提出实验问题或目的，给定实验情景或物质性质，要求选择仪器、药品，组装实验装置，确定实验步骤，评价实验方案。

3．对教材实验通过重组、深化、优化或创新提出问题，让学生去完成。

所以，在复习中一方面要以课本实验为基础，强化实验基础知识和基本技能。

另一方面选取一部分典型题目，探究综合实验题的一般解法和思路，培养学生对该类试题的分析能力。

考点一物质的分离、提纯及物质的检验例1 、下列实验设计和结论相符的是( )A．将碘水倒入分液漏斗，加适量乙醇，振荡后静置，可将碘萃取到乙醇中B．某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体水溶液一定显碱性C．某无色溶液中加Ba(NO3)2溶液，再加入稀盐酸，沉淀不溶解，则原溶液中一定有SO42-D．在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后，充分加热，除去过量的Cl2，即可得到较纯净的FeCl3溶液【答案】B【特别提醒】 1.混合物的分离与提纯的区别及遵循的基本原则(1)物质的分离是把混合物中各物质彼此分开的过程，分开后各物质要恢复到原来的状态；物质的提纯是把混合物中杂质除去，得到纯净物质的过程，杂质若发生变化，不必恢复。

(2)分离与提纯方法的选择应遵循如下四原则：不增、不减、易分离、易复原。

(3)分离与提纯操作过程应遵循“三必须”：①除杂试剂必须过量。

②过量试剂必须除尽。

③除杂途径必须最佳。

2．检验常见物质的思维建模(1)气体物质的检验考点二物质性质、制备实验方案的设计例2、聚合硫酸铁又称聚铁，化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3－0.5n]m，广泛用于污水处理。

实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO4·7H2O)过程如下：(1)验证固体W焙烧后产生的气体含有SO2的方法是。

(2)实验室制备、收集干燥的SO2，所需仪器如下。

装置A产生SO2，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→→→→→f。

装置D的作用是，装置E中NaOH 溶液的作用是。

(3)制备绿矾时，向溶液X中加入过量，充分反应后，经操作得到溶液Y，再经浓缩、结晶等步骤得到绿矾。

(4)溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数，用pH试纸测定溶液pH的操作方法为。

若溶液Z的pH偏小，将导致聚铁中铁的质量分数偏。

【答案】(1)将气体通入少量品红溶液，若溶液褪色，加热后恢复原色，则该气体为SO2(2)d e c b 防止倒吸吸收多余的SO2(3)铁屑过滤(4)将pH试纸放在点滴板(或表面皿)上，用干燥洁净的玻璃棒蘸取少许待测液，点在pH试纸的中部，待变色后与标准比色卡对比，读出读数低或小名师点拨 1.制备实验方案的设计，应遵循以下原则：①条件合适，操作方便；②原理正确，步骤简单；③原料丰富，价格低廉；④产物纯净，污染物少。

即从多种路线中选出一种最佳的制备途径，合理地选择化学仪器与药品，设计合理的实验装置和实验操作步骤。

2．性质探索性实验的设计：主要是从物质的结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它所可能具有的性质。

3．性质验证性实验的设计：主要是求证物质具备的性质，关键是设计出简捷的实验方案，要求操作简单，简便易行，现象明显，且安全可行。

性质实验方案的基本流程为：研究物质结构→预测可能性质→设计实验方案(方法、步骤、仪器、药品、操作要点、现象及分析、结论等)→实施实验→结论。

考点三探究性实验方案设计与评价例3、工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。

为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：[探究一](1)将已去除表面氧化物的铁钉(碳素钢)放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是。

(2)另称取铁钉6.0 g放入15.0 mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。

①甲同学认为X中除Fe3＋外还可能含有Fe2＋。

若要确认其中的Fe2＋，应选用 ( 选填序号)。

a．KSCN溶液和氯水 b．铁粉和KSCN溶液c．浓氨水 d．酸性KMnO4溶液②乙同学取336 mL(标准状况)气体Y通入足量溴水中，发生反应：SO2＋Br2＋2H2O=2HBr ＋H2SO4，然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得干燥固体2.33 g。

由此推知气体Y中SO2的体积分数为。

[探究二]分析上述实验中SO2体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含有H2和Q气体。

为此设计了下列探究实验装置(图中夹持仪器省略)。

(3)装置B中试剂的作用是。

(4)认为气体Y中还含有Q的理由是 (用化学方程式表示)。

(5)为确认Q的存在，需在装置中添加M于 (选填序号)。

a. A之前 b．A－B间 c．B－C间 d．C－D间(6)如果气体Y 中含有H 2，预计实验现象应是 。

(7)若要测定限定体积气体Y 中H 2的含量(标准状况下约有 28 mL H 2)，除可用测量H2体积的方法外，可否选用质量称量的方法？做出判断并说明理由。

答案 (1)铁钉表面被钝化(或其它合理答案)(2) ①d ②66.7%(或其它合理答案)(3)检验SO2是否除尽(4) C ＋2H 2SO 4(浓)=====△CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O (5) c(6) D 中固体由黑变红和E 中固体由白变蓝(7)否，用托盘天平无法称量D 或E 的差量(或可，用分析天平称量D 或E 的差量【规律总结】1.对实验方案的合理与否、严密与否作出评判要从“合理选择，排除干扰，操作准确”等方面入手。

(1)“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。

仪器的选择又包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、尾气处理装置等；药品的选择包括药品的种类、浓度、状态等；连接方式的选择指仪器的先后顺序，导管接口的连接等。

(2)“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质的清除以及防止物质的挥发性、溶解性、颜色等对实验的干扰。

(3)“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。

2．综合实验题的解题思路【难点突破】1．化学实验方案设计(1)实验方案设计的思路(2)实验设计时遵循的原则①科学性：实验原理准确，实验流程合理。

②安全性：保护人身、保护环境、保护仪器。

③可行性：条件允许，效果明显，操作简便可行。

④简约性：方案简单易行，尽可能采取简单的实验装置，用较少的步骤和药品完成实验。

(3)实验操作的设计与注意的问题①仪器接口的连接：总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出)；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“大”进“小”出。

②实验操作的顺序：装置选择与连接→气密性检验→装固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。

③如果实验室取用或制取易吸水、潮解、水解的物质，要采取必要的措施防止其吸水，以保证达到实验目的。

④冷凝回流：有些实验中，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(如长玻璃管及冷凝管等)。

⑤仪器拆卸的科学性与安全性：要从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸等方面考虑。

⑥其他：如实验操作顺序、试剂加入先后顺序、实验方法使用顺序等。

2．实验方案的评价(1)选择包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。

仪器的选择包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择包括种类、浓度、物态等；连接方式的选择包括仪器的先后顺序，导管接口的连接等。

(2)分析判断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，要考虑是否合理、有无干扰现象、经济效益高低和对环境有无污染等。

(3)最佳方案的选用几个实验方案都能达到目的，分析各方案的优劣并选出其中最佳的一个。

所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得且价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。

难点1、制备实验方案设计制备实验设计思路及一般方法列出可能的几种制备方法和途径，然后进行分析和比较，从中选取最佳的实验方法。

在制订具体的实验方案时，还应注意对实验条件进行严格、有效的控制。

其顺序是：特别提醒：制备实验方案遵循的原则：（1）条件合适，操作方便；（2）原理正确，步骤简单；（3）原料丰富，价格低廉；产物纯净，染污物少。

难点2、性质实验设计型（1）探索性性质实验方案的设计分析其结构特点或从所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计合理实验方案，探索可能具有的性质。

（2）验证性性质实验方案的设计对物质具备的性质进行求证，关键是设计出简捷的实验，操作简单安全，实验现象明显。

特别提醒：要按照课程内容的要求，积极开展实验探究活动。

通过探究活动“发现学习和生产、生活中有意义的化学问题，并进行实验探究；能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价和优化；能通过化学实验收集有关数据，并科学地加以处理；能对实验现象做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律”。

难点3、定量测量设计型定量测量实验设计是为了深入了解物质和自然现象的量的特征，揭露各因素之间的数量关系，从而确定某些因素的数值。

它能够具体的从量上来测定对象所具有的某种性质或者他们的数量关系。

它得到的结果是一定质和量之间的准确函数关系。

因此所有影响此函数关系准确的因素都视为干扰因素，设计实验就是确定了具体某一方案后，排除此方案中所有干扰因素，干扰因素全部排除，此方案具体的实施程序就清晰且明确了。

例1．下列实验设计和结论相符的是A．将碘水倒入分液漏斗，加适量乙醇，振荡后静置，可将碘萃取到乙醇中B．某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体水溶液一定显碱性C．某无色溶液中加Ba(NO3)2溶液，再加入稀盐酸，沉淀不溶解，则原溶液中一定有SO42-D．在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后，充分加热，除去过量的Cl2,即可得到较纯净的FeCl3溶液例2．工业废水中常含有不同类型的污染物，可采用不同的方法处理。

以下处理措施和方法正确的是选项污染物处理措施方法类别A 废酸加生石灰中和物理法Cu2+等重金属离B加硫酸盐沉降化学法子C 含苯废水用活性炭吸附物理法D 含纯碱的废水加石灰水反应化学法例4． 1-丁醇和乙酸在浓硫酸作用下，通过酯化反应制得乙酸丁酯，反应温度为115～125℃，反应装置如右图。