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1、第3讲 实验方案的设计与评价要点精讲要点一 实验方案的设计与评价,（一）实验方案设计的基本要求1.科学性：实验原理、实验方法和操作程序必须科 学合理。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，若无法避免则应采取 安全措施。3.环保性：有毒物质必须处理，以防污染环境。4.可行性：设计的实验方案要切实可行，所选用的 药品、仪器、设备和方法在现有的条件下能得到 满足。,5.简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简 单的实验装置，用较少的实验步骤，能在较短的 时间内完成实验，且效果明显。6.经济性：综合考虑原料的用量、价格。7.创新性：创新性是设计的灵魂。近几年的高考
2、化 学实验题，最显著的特点就是由基础知识、基本 实验或常见题型创新而成的。通常化学实验设计 方案的创新性可从以下两个方面考虑；一是反应 原理的创新设计,凡是物质间满足“反应容易发生”、“速度快慢适当”、“产物较纯且易分离”的反应均 可用于制备所需产物；二是实验装置的创新设计，,根据现有仪器，考虑题给药品的状态，是否需要加热等反应条件，所给仪器还有哪些灵活的用途等，可大胆改进制备装置、净化装置、收集装置、除杂装置，体现创新精神。,（二）实验方案的评价 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。要考虑是否安全合理、有无干扰 现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。1.从可行
3、性方面对实验方案做出评价 科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在 对实验方案进行评价时，要分析实验方案是否科学可 行，实验方案是否遵循化学理论和实验方法要求，在 实际操作时能否做到可控易行。评价时，从以下4个 方面分析：,（1）实验原理是否正确、可行；（2）实验操作是否安全、合理；（3）实验步骤是否简单、方便；（4）实验效果是否明显等。2.从“绿色化学”视角对实验方案做出评价 “绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成线 路，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危 害，减少废弃物的产生和排放。据此，对化学实验过 程或方案从以下4个方面进行综合评价：（1）反应原料是否易得、安全、无
4、毒；（2）反应速率是否较快；（3）原料利用率以及合成物质的产率是否较高；（4）合成过程中是否造成环境污染。,3.从“安全性”方面对实验方案做出评价 化学实验从安全角度常考虑的主要因素如下： （1）净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸； （2）进行某些易燃易爆实验时要防爆炸（如H2还原 CuO应先通H2，气体点燃先验纯等）； （3）防氧化（如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”， 白磷切割宜在水中等）； （4）防吸水（如实验取用、制取易吸水、潮解、水解 的物质时宜采取必要措施，以保证达到实验目的）； （5）冷凝回流（有些反应中，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
5、凝 回流装置，如长玻璃管、竖装的干燥管及冷凝管等）；,（6）易挥发液体产物（导出时可为蒸气）的及时冷却；（7）仪器拆卸的科学性与安全性（也从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑）；（8）其他（如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法使用顺序等）。 近几年高考中,有些省份对实验评价的考查涉及到定量评价，即通过对所给化学实验数据的分析处理，对实验进行评价。评价的关键是准确破译数据的含义，进行合理取舍，提炼出有效数据。一些数据隐含着化学规律及化学原理，要找出数据的具体含义，分析比较数据之间的内在联系，建立题中的隐含数据与题目解答之间的联系，继而得出正确结论。,特别提醒,【典例导析1】某兴趣
6、小组设计 出如图所示装置来改进教材中 “铜与硝酸反应”的实验，以 探究化学实验的绿色化。 （1）实验前，关闭活塞b,试管 d中加水至浸没长导管口，塞紧 试管c和d的胶塞，加热c，其目 的是 。 （2）在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分 液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸，c中反应的化学方程 式是 。 再由a向c中加2 mL蒸馏水，c中的实验现象是 。,（3）下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学 理念的最佳方案是 ，理由是 。,（4）该小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4Cl2Br2。操作步骤为 ，实验现象为 ；但此实验的不足之处是 。,解析 加2 mL蒸馏水，浓HNO
7、3的浓度减小，化学反应速率减慢。甲：Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3) 2+2NO2+2H2O乙：3Cu+8HNO3（稀） 3Cu(NO3) 2+2NO+4H2O丙：2Cu+O2 2CuOCuO+2HNO3(稀) Cu(NO3) 2+H2O甲、乙分别有污染环境的NO2和NO生成，而且甲、乙、丙制取相同质量的Cu(NO3) 2时，耗硝酸分别为：4 mol, mol,2 mol，所以丙方案最佳。,答案 （1）检查装置气密性（2）Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3) 2+2NO2+2H2O 反应变慢，气体颜色变淡（3）丙 耗酸量最少，无污染（4）向d中加入KBr溶液，c中加入固体KMnO4，由
8、a向c中加入浓盐酸 c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为黄棕色 没有处理尾气,【典例导析2】 某化学研究小组，通过网上查找资料发现，N2的制取有下列不同方案：a方案：加热条件下CuO氧化NH3制得纯净的N2和活性铜粉 b方案：加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2 c方案：将空气缓慢地通过灼热的铜粉制得较纯的N2 现实验室有供选择的如下几种仪器来制取N2:,(1)若按a方案制N2时需要的氨气用生石灰和浓氨水作 原料制取，则宜采用上述仪器中的 （填A、 B、C）作NH3的发生器，该发生装置中发生的化 学反应方程式为 ， 要制取并收集纯净的N2（允许含有少量水蒸气），还 须使用到上述仪器中的（按
9、气流从左到右的流向顺序 列出） （填A、B、C）。（2）若按c方案制N2，用E装置将空气缓慢通入（填A、 B、C）反应器，反应器内可观察到的现象是 ， 该反应的化学方程式为 。（3）上述制N2的三个方案中，a、c方案结合使用越来越 受到人们的关注，这种方法与b方案相比，其优越性在 于 。,解析 （1）由题中所给信息可知，可适用于制备气体的装置是B、E，而E装置的优点是能控制反应的进程，而B装置只能一次性加入所需要的反应物，不能控制反应的进程，所以选择E更好，其中发生的反应是CaO+NH3H2O Ca(OH)2+NH3,用此法制得的N2中还会含有未反应的NH3，因此还需要用试剂吸收NH3，但由于
10、NH3是一种极易溶于水的气体，所以用排水法即可除去N2中含有的NH3，所以还需要使用的装置是A、D；,（2）利用分液漏斗中的水将空气从烧瓶中排入到A装置中，在加热条件下将Cu氧化，从而除去O2，这样可得到纯净的氮气，O2+2Cu 2CuO;（3）在a、c方案中可将Cu和CuO交替使用，进行循环，从而降低成本，而b方案中用到了有毒的NaNO2。答案 （1）ECaO+NH3H2O Ca(OH)2+NH3 A、D(2)A 紫红色固体逐渐变黑 O2+2Cu 2CuO(3)CuO和Cu可循环利用，避免使用有毒物质NaNO2,要点二 设计实验的思路1.设计思路：实验目的实验原理反应的仪器装置 操作步骤数据
11、处理方法形成方案 2.实验操作的顺序 （1）连接仪器。按气体发生除杂质干燥主体 实验尾气处理顺序连接好实验仪器。 （2）检查气密性。 （3）装药品，进行实验操作。,【典例导析3】设计简单实验说明下列物质的氧化性 由强到弱：Cl2FeCl3I2，可选用的药品有：氯水、 FeCl3溶液、碘水、KI溶液、NaOH溶液、稀硫酸、 盐酸、KSCN溶液、淀粉碘化钾溶液、FeCl2溶液、 H2O2、水等。所需仪器自由选择。简述实验步骤、 现象、结论： 。,答案 取FeCl2溶液少许，加入KSCN溶液，无明显现象，加氯水少许，变为血红色溶液，说明氧化性Cl2FeCl3;取少许淀粉碘化钾溶液，加入FeCl3溶液
12、，变蓝色，说明氧化性FeCl3I2,【典例导析4】请设计一个简单的一次性完成的实验 装置，验证醋酸溶液、二氧化碳水溶液、苯酚溶液 的酸性强弱顺序是：CH3COOHH2CO3C6H5OH。（1）利用下图所示仪器可以组装实验装置，则仪 器的连接顺序为: 接 ， 接 ， 接 。（2）写出实验步骤、现象和有关的化学方程式： 。,答案 （1）A D E B C F（2）连接好装置并检查气密性，在相应仪器内装入所需药品，打开分液漏斗活塞，使醋酸溶液滴入锥形瓶中，有气体生成：2CH3COOH+Na2CO3 2CH3COONa+H2O+CO2;试管中苯酚钠溶液变浑浊；CO2+H2O+C6H5ONa C6H5O
13、H+NaHCO3。,要点三 实验方案设计应注意的几个问题1.药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余。 若药品和仪器只部分给出，则应作必要的补充， 若有剩余，则应进行筛选和淘汰。2.题目条件有无特殊要求 如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对 我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作 步骤都作了限定，必须高度重视。3.实验过程中的隐蔽性操作 如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实 验中必不可少的，但容易被忽略。,4.药品的规格 有些题目要求指出药品的名称，这类问题学生最 难答准确，如有些药品的准确描述为：硫酸铜粉 末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、 饱和NaHCO3溶液、NaOH
14、溶液等。此外也应注意 某些仪器的规格。5.会画简单的实验装置图 考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图， 可用“示意装置图”表示。,6.其他应注意的问题（1）冷凝回流的问题。（2）冷却问题。（3）防止倒吸问题。（4）具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液 漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通 装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装 置中的漏斗末端套住一支小试管等。,特别提醒 近年来许多高考试题都是通过对教材实验进行重新设计或改进创新而成，其创新主要体现在：（1）在仪器或装置上的创新，如多装置一用或一装置多用。（2）实验形式上的创新。（3）实验方案或反应原理设计上的创新，如仪器、用品的选择。,
