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2019-2020年中考化學總復習 專題七 簡單實驗方案的設(shè)計與評價學案 (I) 歸納整理 通過實驗活動，探討研究并解決科學研究、生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護中面臨的一些問題是化學學科永恒的主題。在學習中，要求同學們能根據(jù)實際情況提出問題、設(shè)計實驗研究問題、解決問題，在實踐活動中鞏固知識、提高認識、增強能力。 1.實驗方案的設(shè)計 實驗設(shè)計考查的發(fā)展方向是以化學實驗為基礎(chǔ)，聯(lián)系科學研究、生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護的實際去發(fā)現(xiàn)并提出問題、設(shè)計實驗去探討和解決實際問題并得出科學的發(fā)現(xiàn)和結(jié)論，它包括物質(zhì)的制備、物質(zhì)的鑒別、物質(zhì)的分離、物質(zhì)的組成分析、氣體的凈化與轉(zhuǎn)化等的實驗方案的設(shè)計。設(shè)計實驗方案的試題大多思考性、綜合性較強，解答時必須聯(lián)系自己掌握的基礎(chǔ)知識和技能，在進行適當?shù)念惐?、遷移、重組后從已知條件出發(fā)，找到解決問題的突破口，設(shè)計出合理的實驗步驟。 2.實驗方案的評價 實驗方案的評價包括實驗原理及方案的評價、實驗裝置的評價、實驗操作的評價、實驗現(xiàn)象的描述與結(jié)論分析的評價等。進行評價時一般從這幾個方面入手：理論上是否正確、操作上是否簡便、會不會造成環(huán)境的污染、所需藥品或原料的來源是否豐富、實驗方案是否安全等等。實驗評價的考查范圍包括對課本中重要的化學實驗方案的評價，對為解決科學研究、生產(chǎn)、生活、環(huán)境保護中所出現(xiàn)的實際問題所設(shè)計出的實驗方案的評價。 問題探究 問題1某工廠的廢水只含硫酸鎂和少量硫酸，課外活動小組以此作為課題，探討如何從中回收純凈的硫酸鎂固體。他們設(shè)計了兩種不同的方案，請你參加討論： (1)方案一，選用鎂粉為試劑。 ①往廢水中逐次加入鎂粉，當觀察到 時，說明加入鎂粉的量已經(jīng)足夠。此過程發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是 ； ②接下來的操作方法依次是 和 ； (2)方案二，選用氫氧化鈉溶液為試劑。 ①向廢水中逐滴加入氫氧化鈉溶液，當 時，停止滴入氫氧化鈉溶液。此過程發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是 ； ②為了得到純凈的硫酸鎂溶液，接著應(yīng)進行的實驗操作是(請簡要寫出操作過程) ； ③……，得到硫酸鎂固體。 (3)比較兩個方案，假設(shè)實驗中都沒有損耗，那么，最后得到的硫酸鎂固體的質(zhì)量是否相同? ，原因是 。 (4)請你繼續(xù)探究，設(shè)計新的方案(使用的試劑必須是與鎂粉和氫氧化鈉屬不同類別)：你選用的一種試劑是(寫化學式) ；該試劑發(fā)生反應(yīng)的化學方程式是 。 [分析] 此題較為綜合，即考查了基本的化學反應(yīng)，又考查了實驗操作，還考查了新的實驗方案的設(shè)計。此題能體現(xiàn)同學們綜合應(yīng)用所學知識解決實際問題的能力，為同學們今后設(shè)計實驗方案奠定基礎(chǔ)。請同學們對從硫酸鎂和少量硫酸的混合溶液中回收純凈的硫酸鎂固體的實驗方案進行討論，需要同學們熟悉有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)、實驗現(xiàn)象和相關(guān)的實驗操作。 [答案](1)①鎂粉有剩余，溶液中不再有氣泡產(chǎn)生 Mg+H2SO4==MgSO4+H2↑②過濾，蒸發(fā) (2)①不再生成沉淀 H2SO4+2NaOH==Na2SO4+2H2O MgSO4+2NaOH==Mg(OH)2↓+Na2SO4②過濾，取出沉淀，加入稀硫酸，至沉淀恰好完全溶解 (3)不同，方案一中加入鎂粉，增加了硫酸鎂的質(zhì)量 (4)MgO，Mg0+H2SO4==MgSO4+H2O(還可能有其它合理答案)。 問題2某?；瘜W課外興趣小組的同學在研究性學習課上展示了一套如右圖所示的實驗裝置（假設(shè)每步化學反應(yīng)都完全，氧化鐵樣品中的雜質(zhì)不參加反應(yīng)）。 查閱資料：草酸在濃硫酸存在時加熱發(fā)生如下反應(yīng)： H2C2O4 CO↑+CO2+H2O 通過討論，同學們對這套裝置有了多種認識。 （1）第一小組同學說：從實驗安全和實驗操作程序看,首先要檢查裝置的氣密性,實驗開始先加熱___（填A(yù)或D）處，實驗結(jié)束時，應(yīng)_____（填先或后）停止D處的加熱；從環(huán)保的角度講，在E裝置后還應(yīng)對尾氣進行處理，其方法是： 。 （2）第二小組的同學說：用該實驗裝置可以檢驗一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)的產(chǎn)物，其中B裝置的作用_______ ；E裝置的作用___ ； 一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)的化學方程式為 ___________________ _ _。 （3）第三小組的同學說：利用這套裝置還可以測定氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)。他們的測定方法是：稱量氧化鐵樣品的質(zhì)量10.0 g，樣品與玻璃管的總質(zhì)量為60.0 g,完全反應(yīng)并冷卻后再稱量玻璃管與剩余固體的總質(zhì)量為57.6 g。計算實驗測得氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)為 。 （4）第四小組同學說：利用這套裝置還有另外測定樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)的方法：先稱量氧化鐵樣品的質(zhì)量,再分別稱量E裝置在反應(yīng)前后的總質(zhì)量，即可計算求得樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)。但按此方法實際實驗測定結(jié)果卻偏大，分析造成偏大的原因可能是 。 [分析]本題較好的體現(xiàn)了“理在書中，題在書外”，掌握好書本知識是解題的基礎(chǔ)；利用化學計算的某些原理對實驗中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進行處理是該題提出的能力要求；能否根據(jù)實驗的具體情景對某些問題作出正確的分析體現(xiàn)了同學們思維的境界。本題（1）、（2）兩問的思維原點為課本中重點出現(xiàn)的“一氧化碳還原氧化鐵”這一重要的化學實驗；解答第（3）問，須運用“反應(yīng)前固體的質(zhì)量之差==參加反應(yīng)的氧化鐵中氧元素的質(zhì)量”；解答第（4）問需要考慮裝置E和空氣相連通這一具體的實驗情景。 [答案]（1）A 、先 、點燃或用氣球收集 （2）除去CO2；檢驗CO與Fe2O3反應(yīng)生成的二氧化碳；3CO+Fe2O32Fe+3CO2 （3）80％ （4）原裝置中空氣含有的二氧化碳被E裝置吸收 問題3請完成以下探究過程： 問題：如何鑒定孔雀石[Cu2(OH)2 CO3]加熱分解的產(chǎn)物? 假設(shè)：假設(shè)孔雀石加熱分解的產(chǎn)物是H2O、CO2和CuO。 設(shè)計實驗：實驗①：按右圖進行實驗，證明分解產(chǎn)物中有H2O和CO2 。 該裝置的連接順序是：a接 ， 接 ；按此順序連接的理由是： 。 實驗②：請你設(shè)計實驗，證明孔雀石完全分解后，試管中剩余的黑色固體是CuO(用圖示或文字說明均可)： 。 現(xiàn)象和結(jié)論：實驗①中：U形管中的無水硫酸銅變成藍色，證明產(chǎn)物中有 ；證明產(chǎn)物中有CO2的現(xiàn)象是 。實驗②中(你設(shè)計的)：因為有 現(xiàn)象，所以黑色固體中有銅元素；因為有 現(xiàn)象，所以黑色固體中有氧元素；由此可得到結(jié)論：產(chǎn)物中有CuO。 [分析]熟悉各套裝置的功能、知道混合氣體中各種成分檢驗的方法及實驗的先后順序、靈活運用有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)是解答此類問題所必須具備的基礎(chǔ)或能力。要對混合氣體中的各種成分進行檢驗須遵循“先驗水，后驗其它”的原則，其中檢驗水用無水硫酸銅，檢驗二氧化碳用澄清石灰水。 [答案]設(shè)計實驗：①d e b (或e，d，b) 必須先通過無水硫酸銅檢驗水蒸氣，否則，因澄清石灰水中水的揮發(fā)或冷凝作用而干擾原產(chǎn)物中水蒸氣的檢出；氣體通過澄清石灰水時須遵循長進短出的原則。 ②待反應(yīng)后的試管冷卻，拔下橡皮塞，用一根長導管向黑色固體通氫氣，一會兒，加熱試管，當看到黑色固體變紅，試管口有水珠時，停止加熱，冷卻，停止通入氫氣(本問題是開放的：用圖示、或其他合理解答均可) 現(xiàn)象和結(jié)論：①H2O(水) 澄清石灰水變渾濁 ②試管中黑色固體變紅色 試管口有水珠出現(xiàn) (解答要與設(shè)計實驗②相匹配) 學以致用 1.將一塊光亮的純銅片放在酒精燈火焰上灼燒，表面變黑。對黑色物質(zhì)的來源，提出你的二個預(yù)測（假設(shè)），并設(shè)計一個或幾個實驗來證明你預(yù)測的正確性。 預(yù)測序號 實驗步驟和方法 現(xiàn)象和結(jié)論 預(yù)測1：可能來源于 預(yù)測2：可能來源于 2.用珍珠（主要成分CaCO3）加工成的“珍珠粉”是一種名貴中藥材、保健品，可近年來市場上出現(xiàn)了一些假冒的“珍珠粉”，僅用肉眼觀察難辨真假。為了向消費者提供鑒別方法，須找出真假“珍珠粉”理化性質(zhì)上的差異。工商局提供了真、假“珍珠粉”樣品，請你展開探究：（只要寫出猜想、方案，不需要說出方案實施的具體結(jié)果） 猜想一： 真、假“珍珠粉”的氣味可能不同 。 方案一： 取樣，分別聞一聞它們的氣味，分辨氣味有無差異 。 猜想二： 。 方案二： 。 猜想三： 。 方案三： 。 3.實驗室可以選用下圖所示的裝置，制取二氧化碳氣體(混有氯化氫、水蒸氣)和進行有關(guān)實驗，回答下列問題： (1)寫出制取二氧化碳反應(yīng)的化學方程式 ； (2)如果要證明制得的氣體中混有氯化氫氣體，應(yīng)把A裝置與E裝置連接，E裝置中觀察到的現(xiàn)象是 ，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學方程式： ； (3)如果要驗證制得的氣體是二氧化碳，除A裝置外，還應(yīng)選用上述裝置中的 (填裝置序號，下同)。 (4)如果要收集一瓶純凈、干燥的二氧化碳氣體，請從上述各裝置中選擇適當?shù)难b置進行連接，連接順序是 ，其中B裝置中濃硫酸的作用是 。 4.為驗證Fe、Ag、CU的活動性順序，小紅同學用了三種試劑（其中只有一種鹽溶液）進行實驗，小朗同學用了與小紅完全不同的三種試劑（其中有兩種鹽溶液）進行實驗，她們都取得了相同的實驗結(jié)果。請寫出兩位同學在實驗中所用的試劑的化學式： （1）小紅同學 ；（2）小朗同學 。 5.課堂上同學們利用甲圖裝置做過氧化氫分解實驗時，帶火星的木條很難復燃，于是老師加了一個u形管，如乙圖，帶火星的木條較易復燃。 請回答： （1）寫出實驗室制取氧氣的化學方程式：_____________________________________。 （2）改用乙裝置后能使帶火星的木條復燃的原因：________________________________。 （3）根據(jù)(2)中推測的原因，請你設(shè)計一個新的改進裝置（可用圖示或用文字敘述改進要點）。 6.我國青海湖地區(qū)素有“夏天曬鹽，冬天撈堿”之說，其中撈出的堿主要是碳酸鈉和少量氯化鈉的混合物。小王同學以撈出的堿作為樣品，并用以下一套裝置對樣品進行分析，根據(jù)量筒中收集到的液體的體積（相當于二氧化碳的體積）來計算樣品中碳酸鈉的含量。（已知：HCl+NaHCO3===NaCl+CO2↑+H2O；CO2在飽和NaHCO3溶液中溶解度很?。? （1）在A和B 兩套裝置中，哪一套裝置更合理________（選填“A”或“B”）。 （2）準確讀取量筒內(nèi)液體體積的方法是__________________________________。 （3）錐形瓶中原有的空氣對實驗結(jié)果是否有明顯影響？ ______（填“有”或“沒有”）。 （4）若實驗中用的鹽酸是濃鹽酸，則測得的樣品中碳酸鈉的含量與實際值相比會________（填“偏大”或“偏小”或“不變”）。 （5）在實驗過程中，對取用樣品的量的多少有一定要求，為什么？___________________ _____________________________________________________________________。 1. 預(yù)測序號 實驗方案 結(jié)論和解釋 預(yù)測1：由銅與氧氣反應(yīng)生成氧化銅 將銅片放入試管中加熱，觀察現(xiàn)象。 若銅片上仍有黑色物質(zhì)出現(xiàn)，說明預(yù)測1正確。 預(yù)測2：由酒精不完全燃燒，產(chǎn)生的碳 （可能的實驗方案還有：（1）用酸或H2、CO等，檢驗預(yù)測假設(shè)的成分；（2）冷卻后，用軟布輕擦黑色物質(zhì)。） 提示：黑色物質(zhì)有可能與銅本身有關(guān)（氧化銅），也可能來源于酒精不完全燃燒產(chǎn)生的炭黑。 2.猜想：真假“珍珠粉”在水中的溶解性可能不同； 方案：取樣，分別加入適量水中并攪拌，觀察它們?nèi)芙庑杂袩o差異。 猜想：真假“珍珠粉”與酸反應(yīng)現(xiàn)象可能不同； 方案：取樣，分別加入適量稀鹽酸，觀察現(xiàn)象有無差異。 猜想：真假“珍珠粉”灼燒后可能有不同現(xiàn)象； 方案：取樣，在酒精燈火焰上灼燒片刻，觀察色態(tài)變化。 3.(1)CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑(2)出現(xiàn)白色沉淀，AgNO3+HCl==AgCl↓+HNO3 (3)E、C (4)A、E、B、D，干燥二氧化碳氣體(或吸收CO2中的水分) 4.（1）Fe、Cu（NO3）2、Ag；（2）Fe（NO3）2、Cu、AgNO3 △ 5.（1）2H2O===2H2O+O2↑（2）氧氣中含有的較多的水蒸氣得到冷卻 （3）可將產(chǎn)生的氣體通過濃硫酸（或氧化鈣或無水氯化鈣或燒堿固體或堿石灰）進行干燥。6.（1）A （2）取出導管，量筒平放，視線與溶液凹液面的最低處相切 （3）沒有 （4）偏大 （5）因為樣品量太多會使液體外溢或氣體外逸導致測量不準；太少會導致氣體量太少，產(chǎn)生的氣壓不夠，造成較大誤差