第4课时　化学实验方案的设计与评价（A卷）

考测点导航

1．化学实验方案设计的基本要求

化学实验方案的设计基本要求是方法简便、原料或药品易得、现象明显、操作易行、环保防污。

2．化学实验方案设计的一般方法

(1)明确目的原理

首先必须认真审题（如要求采用最简单或最佳的方案，制取纯净的某物质等），明确实验的目的要求。弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。

(2)选择仪器药品

根据实验的目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态、能否腐蚀仪器和橡皮，反应是否加热及温度是否控制在一定范围，给出的药品、仪器或装置是否足够，需要补充还是筛选，仪器药品的规格等。从而选择合理的化学仪器和药品。

(3)设计装置步骤

根据上述实验目的和原理，以及所选用的实验仪器和药品，设计出合理的实验操作步骤、实验装置。学生应具备识别和绘制典型的实验装置图的能力，实验步骤应完整而又简明。

(4)记录现象数据

根据观察，全面准确地记录实验过程中的现象和数据。

(5)分析得出结论

根据实验观察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。

典型题点击

1．（2000年上海高考题）某课外活动小组加热炭粉（过量）和氧化铜的混合物，再用下图装置，对获得的铜粉（含炭）样品进行实验。图中铁架台等装置已略去。请你帮助他们完成下列实验报告。

实验过程	实验现象	有关化学方程式
在C中加入样品标本W克，D中装入药品后并称量为m1g。连接好仪器后，检查气密性
打开A的活塞，慢慢滴加溶液。
对C进行加热。当C中药品充分反应后。关闭A的活塞。停止加热：
冷却后，称量D的质量为m2克。

（1）实验目的：　　　　　  　　　　。

　　（2）实验用品：仪器：天平、分液漏斗、锥形瓶、硬质玻璃管、干燥管、酒精灯、洗气瓶等，药品：红褐色铜粉（含炭）样品、过氧化氢溶液、二氧化锰、碱石灰、浓硫酸等。

　　（3）实验内容（见表1）。

表1　实验步骤、现象及化学方程式：

（4）计算：样品中铜的质量分数＝_________。（用含W、m₁、m₂的代数式表示。）

　　（5）问题和讨论：

实验完成后，老师评议说：按上述实验设计，即使C中反应完全、D中吸收完全，也不会得出正确的结果。经讨论，有学生提出在B与C之间加入一个装置，再次实验后，得到了较正确的结果。那么，原来实验所测得的铜的质量分数偏小的原因可能是__________。在B与C之间加入的装置可以是_____________，其中盛放的药品是____________。

（该题是对一个相对完整的实验方案加以分析、推理、评价的综合性实验简答题，意在考查学生的观察能力、实验能力和思维能力。解答此题的关键在实验报告的仪器和药品一项，由此可确定反应的装置和反应原理。）

2．（2003年南京市高三化学模拟题）以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜（CuSO₄·5H₂O）。制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。

　

（1）写出制取硫酸铜的总反应方程式　　　　　　 。

（2）在上述生产过程中，被循环使用的物是　　　　 。

（3）请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。将它们的编号填入方框。

（本题考查了学生对几种常见物质性质的掌握情况及分析评价能力。答题时由题给条件确定反应原理，看懂流程图，明确各步的实验目的，通过分析、比较确定方案。）

新活题网站

1．某学生利用厨房中的用品进行小实验研究，现有：鸡蛋壳、食醋、纯净水、食盐、干电池、石墨电极及导线，你认为他不能完成的家庭小实验有（　 ）

A．除去鸡蛋白溶液中的少量食盐　　B．自制家用含次氯酸钠溶液的消毒剂

C．检验碘盐中是否加有碘酸钾　　　D．除去热水瓶胆内的水垢

（本题是化学联系生活实际的问题，考查学生对所提供用品的组成、性质熟悉的情况以及灵活运用能力。答题时注意完成这些实验的条件。）

2．请设计简单的方案证明KMnO₄溶液的颜色是由于MnO₄^-的存在而引起的？（用多种方法）

（此题考查学生对物质的检验实验方案设计的能力。

答题时利用物质的性质，通过对比解决问题。）

3．根据下图回答问题：

（1）上述装置中，在反应前用手掌紧贴烧瓶外壁检查装置的气密性，如观察不到明显的现象，还可以用什么简单的方法证明该装置不漏气。

答：　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ；

（2）写出浓硫酸和木炭粉在加热条件下发生反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　  ；

（3）如果用图中的装置检验上述反应的全部产物，写出下面标号所表示的仪器中应加入的试剂的名称及其作用：

A中加入的试剂是　　　　  ，作用是　　　　　　 。

B中加入的试剂是　　　　  ，作用是　　　　　　 。

C中加入的试剂是　　　　　 ，作用是除尽　　 气体。

D中加入的试剂是　　　　　 ，作用是　　　　　  。

（4）实验时，C中应观察到的现象是　　　　　　 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  。

（该题考查学生对较复杂装置气密性的检查情况，浓硫酸与木炭粉反应产物检验方案的设计与评价能力。答题时要注意三种产物检验的先后顺序，排除可能产生的干扰。）

4．实验室可用2Cl₂+2CuO=2CuCl₂+O₂的反应来测定铜的近似相对原子质量。试回答：

（1）为测定反应物CuO的质量[记作m(CuO)g]和生成物O₂的体积（标准状况下）[记作V(O₂)mL]，请用图所列仪器设计一个简单的实验方案：

①按气体流向从左到右，用乳胶管（图中未画出）连接上述仪器，组合成一套实验装置，正确的连接顺序是　　　　　　　　　　　　　　　（用导管口序号填写），装置C的作用是　　　　　　　　　　　　。实验完毕时在F的反应管中观察到的现象是　　　　　　　　　　 。

②计算Cu的相对原子质量的表达式是　　　　　　　。（已知氧的相对原子质量为16）

（2）下列情况中会使测定结果偏大的是　　　　　　。

A．CuO未全部转化为CuCl₂　　 B．CuO受潮

C．CuO中混有Cu　　　　　　　D．未使用C装置　　　　 E．未使用D装置

（3）如果仍采用上述仪器设计另外的实验方案，还可以测定其他物理量来求出Cu的相对原子质量，这些物理量是　　　　　　。

A．m(CuO)、m(CuCl₂)　　　　B．m(Cl₂)、V(O₂)

C．m(CuCl₂)、V(O₂)　　　　　D．V(HCl)、V(O₂)

（本题考查了气体的制备原理、净化方法、数据的采集和处理，利用常用的化学仪器作定量实验等设计实验方案的能力。答题时依据物质制备的一般思路，冷静地审题、联系所学过的实验知识和实验技能，进行知识类比、迁移、重组，全面而细致的思考可回答问题。）

5．三氯化铁是中学化学实验室中必不可少的重要试剂。某同学利用废铁屑(含少量铜等不与盐酸反应的杂质)来制备FeCl₃·6H₂O，该同学设计的实验装置如图3所示，A中放有废铁屑，烧杯中盛有过量的稀硝酸，实验时打开a,关闭b，从分液漏斗内向A中滴加过量盐酸，此时溶液呈浅绿色，再打开b进行过滤，过滤结束后，取烧杯内溶液倒入蒸发皿加热，蒸发掉部分水并使多余HNO₃分解，再降温结晶得FeCl₃·6H₂O晶体。填写下列空白：

（1）从B导管收集产生的气体可采用的方法是　　　　　　  　　　　　 。

（2）滴加盐酸时，发现反应速率较之盐酸与纯铁粉反应要快，其原因是　　　 　　　　　　　　　　　　。

（3）烧杯内放过量稀HNO_３的原因是　　　　　　　　　　　　  ，离子方程式是　　 　　　　　　　　　　　。

（4）整个实验过程中，弹簧夹a都必须打开，除了为排出产生的气体外，另一个目的是　　　　　　　　　  。

（5）用降温结晶法制得FeCl₃·6H₂O，而不用直接蒸干的方法来制得晶体的理由是　　　　　　　　　　 　　

　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　 。

（该题意在考查学生对化学实验装置的理解，运用学过的知识对陌生的实验装置予以解释的能力。答题时要仔细观察装置，领会仪器的所起的作用。）

答案分析：

典型题点击

1．（1）测定铜粉样品中铜的质量分数　　　　 （3）

B、E中有气泡产生	2H2O2　　　　 2H2O+O2↑
C中的红褐色粉末变成黑色	2Cu+O2　　　 2CuO　 C+O2　　　　CO2

（4）　　　　  　　　　　　　　　

（5）偏小：水蒸汽通过C被D中碱石灰吸收；　　　　 洗气瓶　浓硫酸 （或干燥管　碱石灰）　　　　

讲析：从H₂O₂和MnO₂可推知两者可制氧气，氧气可以氧化样品中混有的炭粉；干燥管中药品用于吸收产生的CO₂，因此盛放的是碱石灰。第（5）小题出现了实验结果负误差，所以一定是D多吸收了什么物质，由此可以结合化学方程式找到水的存在，进而得到这一问题的答案。

2．（1）2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O。　　 （2）HNO₃　　 （3）B、A。

新活题网站

1．C　讲析：蛋壳内膜作为半透膜，鸡蛋白溶液为胶体，通过渗析可除去其中的少量食盐；电解食盐水可自制家用含次氯酸钠溶液的消毒剂；检验碘盐中是否加有碘酸钾，缺少还原剂将IO₃^-还原；水垢为碳酸钙和氢氧化镁的混合物，用醋酸除去。答案为C。

2．方法一：对照实验：用KCl溶液和KMnO₄溶液进行比较，得出结论。

方法二：利用 MnO₄^- 的强氧化性。向溶液中加入还原性的物质（Na₂SO₃、浓HCl、FeCl₂、H₂O₂等）

3．（1）反应前点燃酒精灯，加热烧瓶一小会儿。在瓶B、C、D中出现气泡，熄灭酒精灯，瓶B、C、D中导管液面上升，证明该装置不漏气。

（2）2H₂SO₄(浓)+CCO₂↑+2SO₂↑+2H₂O

（3）无水硫酸铜　　　　　　　 检验 H₂O

　 　　　品红溶液　　　　　　　　 检验 SO₂

　　 足量酸性 KMnO₄ 溶液　　 SO₂

　　　　 澄清石灰水　　　　　　　 检验 CO₂

（4） 导管有气泡冒出；溶液紫色逐渐变浅；瓶底有少量黑色固体生成。

4．（1）①a→f ，e→i， j→c， d→h， g→b　　

除去多余的Cl₂ 黑色粉末变为棕色　

②　　  （2）ABCE　（3）AC

讲析：制得的Cl₂中含有HCl、H₂O，因HCl的存在对Cl₂和CuO的反应产生影响，必须除去。H₂O的存在对此反应无影响，要想除去得通过碱石灰，碱石灰又能吸收Cl₂，故H₂O不必除去。由B和E组成量气装置（应从短管口进气），在气体通入之前，需除去多余的Cl₂。则装置连接顺序：制取Cl₂用A，除去其中的HCl用D，发生Cl₂和CuO的反应用F，除去多余的Cl₂并吸水用C，量气装置由B和E组成。

5．（1）用排水取气法或向下排空气取气法

(2)因废铁屑中含少量Cu等不与HCl反应的杂质，形成Fe－Cu原电池使反应速率加快　

(3)稀HNO_３有强氧化性，为保证使Fe²⁺全部氧化成Fe³⁺  

3Fe²⁺+4H^＋+NO====3Fe³⁺+NO↑+2H₂Ｏ

(4)与大气相通，使分液漏斗中的酸可滴入A中

(5)因为FeCl₃是强酸弱碱盐水解：FeCl₃+3H₂OFe(OH)₃+3HCl，加热蒸干时使HCl挥发造成水解平衡右移，因此得不到FeCl₃·6H₂O