透視實驗方案的設計與評價

朱霞

化學實驗方案的設計題突出能力立意，考查學生的觀察能力、思維能力、實驗能力、評價能力和文字表達能力，是近年中考化學常見的試題類型，題材主要源于教材的實驗，是實驗重組、拓展題，立意具有創(chuàng)新性。

一、實驗方案設計的基本要求

1.科學性：實驗原理、實驗方法和操作過程必須科學。

2.可行性：設計的實驗方案要切實可行，所用藥品、儀器、裝置安全可靠。

3.安全性：實驗操作要盡量避免帶有危險性的操作，盡量避免與有毒物質接觸。

4.簡約性：實驗方案設計要求操作簡便、裝置簡單、實驗現(xiàn)象明顯。

二、一般解題思路和方法

1.明確目的原理——明確實驗目的，弄清題給信息。

2.選擇儀器藥品——選擇合理的化學儀器和藥品。

3.設計裝置步驟——設計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟。

4.記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)——全面、及時而又準確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。

5.分析得到結論——根據(jù)實驗觀察到的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計算、圖表、推理等處理得出正確的結論。

三、實驗方案的評價

實驗設計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)象的描述與結論分析的評價等。一般從以下幾個方面入手：

1.方案在理論上是否科學合理，是否具有嚴密性。

2.在滿足安全性的前提下，操作上是否簡便。

3.從經(jīng)濟角度評價，是否節(jié)約試劑、降低成本和提高產(chǎn)品質量。

4.從環(huán)境角度考慮，是否會給環(huán)境造成污染。

四、例題解析

例1 （2016年南寧）下列實驗方案，實驗設計達不到實驗目的的是（ ）。

方案實驗目的實驗設計

A比較人體吸入的空氣和呼出氣體中氧氣的含量

將燃著的木條分別插入空氣樣品和呼出氣體的樣品中

B鑒別CO和CO2分別通過灼熱的CuO

C驗證燃燒的條件之一是溫度要達到可燃物的著火點用玻璃棒分別蘸取酒精和水，放在酒精燈火焰上加熱片刻

D除去CaCl2溶液中少量的鹽酸加入過量的碳酸鈣，待沒有氣泡產(chǎn)生后，過濾

解析 將燃著的木條分別插入空氣樣品和呼出氣體的樣品中，插入空氣的木條正常燃燒，插入呼出氣體的木條熄滅，A方案可以比較人體吸入的空氣和呼出氣體中氧氣的含量；一氧化碳具有還原性，能與灼熱的氧化銅反應生成銅和二氧化碳，二氧化碳不能，B方案可以鑒別CO和CO2；用玻璃棒分別蘸取酒精和水，放在酒精燈火焰上加熱片刻，蘸取酒精的可以燃燒，蘸取水的不能燃燒，因此C方案驗證了燃燒的條件之一是可燃物；鹽酸能與碳酸鈣反應生成氯化鈣、水和二氧化碳，再過濾除去過量的碳酸鈣，D方案能除去雜質且沒有引入新的雜質，符合除雜原則。

答案：C。

例2 （2016年泰安）某同學設計了以下四個實驗方案，理論上正確，操作上可行，經(jīng)濟上合理的是（ ）。

A.Cu稀鹽酸CuCl2NaOH溶液Cu（OH）2

B.H2O通電O2MgMgO

C.CaCO3高溫CaOH2OCa（OH）2Na2CO3NaOH溶液

D.MgCl2NaOH溶液Mg（OH）2NaMg

解析 銅不與稀鹽酸反應，A方案在理論上是錯誤的；水通電分解生成氫氣和氧氣，鎂與氧氣反應生成氧化鎂，B方案理論上正確，但水通電分解制取氧氣成本較高，經(jīng)濟上不合理；碳酸鈣高溫下分解生成氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣與水反應可生成氫氧化鈣，氫氧化鈣與碳酸鈉反應生成氫氧化鈉和碳酸鈣沉淀；C方案理論上正確，操作上較為簡便，經(jīng)濟上也合理；氯化鎂與氫氧化鈉溶液反應生成氫氧化鎂沉淀和氯化鈉，但鈉不與氫氧化鎂反應生成鎂，D方案在理論上是錯誤的。

答案：C。

例3 （2016年龍東）某同學在研究硫酸化學性質時，將一定量的稀硫酸放入盛有氧化銅的試管中，觀察到固體完全溶解，溶液變藍色。

反應的化學方程式是。

同學們對于反應后溶液中的溶質成分產(chǎn)生了興趣，進行了如下探究：

【猜想與假設】猜想一：硫酸銅；猜想二：（化學式）。

【活動與探究】甲同學取少量反應后的溶液于試管中，滴加氯化鋇溶液，觀察到有白色沉淀產(chǎn)生，認為猜想一成立。

乙同學取少量反應后的溶液于試管中，加入足量的鐵粉，觀察到有紅色固體出現(xiàn)、的現(xiàn)象，認為猜想二成立。

【反思與評價】丙同學進行分析認為同學的方案不合理，理由是。

解析 氧化銅和稀硫酸反應生成硫酸銅和水。【猜想與假設】“固體完全溶解”說明氧化銅完全反應，沒有剩余；對于稀硫酸，可能恰好完全反應，也可能有剩余，所以反應后的溶液中的溶質有兩種可能，一是硫酸銅；二是硫酸銅和稀硫酸。【活動與探究】由題意認為猜想二成立，即含有硫酸的溶質為硫酸、硫酸銅兩種，加入鐵粉的現(xiàn)象為有紅色固體出現(xiàn)，溶液由藍色變?yōu)闇\綠色，且有氣泡產(chǎn)生。【反思與評價】氯化鋇與硫酸、硫酸銅都能反應，產(chǎn)生白色沉淀，不能判斷溶液中是否含有硫酸，甲方案不合理。

答案：CuO+H2SO4CuSO4+H2OCuSO4、H2SO4 產(chǎn)生氣泡，溶液由藍色變?yōu)闇\綠色 甲 氯化鋇與硫酸、硫酸銅都能反應，產(chǎn)生白色沉淀，不能判斷溶液中是否有硫酸

例4 （2016年海南）實驗室有一瓶敞口放置的過氧化鈉（Na2O2）固體，同學們想知道這瓶過氧化鈉是否變質，進行如下實驗探究：

【查閱資料】2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2，2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑。

【提出猜想】①沒有變質 ②部分變質 ③全部變質

【實驗過程及結論】

（1）取少量樣品于試管中，加入足量水，無明顯現(xiàn)象，證明猜想正確（填序號）。

（2）取少量（1）中所得溶液于試管中，滴加適量稀鹽酸，有無色氣體產(chǎn)生，證明原樣品中一定含有。

（3）請在原有實驗的基礎上，進一步設計實驗證明原樣品中還可能含有什么物質。（簡寫實驗步驟、現(xiàn)象和結論）。

解析 （1）由資料可知，過氧化鈉能與水反應生成氧氣。而（1）中加入足量的水，無明顯現(xiàn)象，說明樣品中沒有過氧化鈉，故是全部變質，猜想③正確。（2）氫氧化鈉與鹽酸反應無明顯現(xiàn)象，碳酸鈉與鹽酸反應有大量的無色氣體產(chǎn)生，則原樣品中一定含有碳酸鈉。（3）由【查閱資料】可知，過氧化鈉變質后的成分可能是碳酸鈉或氫氧化鈉或二者都有，由步驟（2）可知原樣品中含有碳酸鈉，因此，設計實驗時要排除碳酸鈉的干擾，并選取合適的試劑證明是否還含有氫氧化鈉，除去碳酸鈉可用CaCl2或BaCl2等[不能用Ca（OH）2或Ba（OH）2，因為Ca（OH）2或Ba（OH）2與Na2CO3反應能生成NaOH，從而無法確定NaOH的存在]，檢驗NaOH可用酚酞試液、CuCl2等。

答案：（1）③ （2）碳酸鈉 （3）取少量（1）中所得溶液于試管中（或取少量原樣品于試管中，加入足量水溶解），加入足量的CaCl2溶液（或BaCl2溶液），充分反應后靜置，取上層清液于試管中，滴加酚酞試液，若溶液變紅，則原樣品中含有氫氧化鈉，反之則不含氫氧化鈉