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实验方案设计
实验方案设计
1、相关知识点
考点1:
实验方案的设计
1.实验设计的基本要求
(1)科学性:
实验原理、实验方法和操作过程必须科学、严谨、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。
若无法避免有毒物质,则应采取安全措施,以防造成环境污染和人身伤害。
(3)可行性:
设计的实验方案要切实可行,所选药品、仪器、装置要经济可靠。
(4)简约性:
实验设计应简单易行。
装置简单,实验操作简便,实验现象明显。
2.解题思路和方法
(1)明确目的原理:
明确实验的目的要求,弄清题目给的新信息。
(2)选择仪器药品:
选择合理的化学仪器和药品。
(3)设计装置步骤:
设计出合理的实验装置和实验操作步骤。
(4)记录现象数据:
全面而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、画图表、推理等处理,得出正确的结论。
考点2:
实验方案的评价
1.这类试题的出现,使化学实验命题思想得到更新和升华。
对实验方案的评价一般从以下角度进行:
(1)可行性
①实验原理是否正确、可行; ¢Ú实验操作是否安全、合理;
③实验步骤是否简单、科学;¢Ü实验现象是否明显;
⑤实验结果是否与实验目的一致等。
(2)¡°绿色化学¡±
①原料是否易得、安全、无毒;¢Ú反应速率是否适中;
③原料利用率以及生成物质的产率是否较高;¢Ü合成过程中是否会造成环境污染。
二、实验探究分类
题型一、探究物质变化的条件和影响物质变化的因素
方法总结:
物质变化的条件和影响物质变化的原因可能有多种,探究其中一个条件或一种因素对变化的影响时,要注意保持其他因素是相同的。
即利用控制变量的方法解决问题。
1:
为了探究影响锌与盐酸反应剧烈程度的因素,某学习小组设计了下列实验,下列说法正确的是()
A.对比实验①和②,可研究盐酸的浓度对反应剧烈程度的影响
B.对比实验②和③,可研究盐酸的浓度对反应剧烈程度的影响
C.对比实验②和③,可研究温度对反应剧烈程度的影响
D.对比实验①和②,可研究温度对反应剧烈程度的影响
2、如图所示,某校化学兴趣小组用过氧化氢(H2O2)溶液(MnO2作催化剂)制取干燥的氧气,并用来测定,10g某铜粉样品(含杂质碳)中铜的质量分数。
回答下列问题:
a
(1)仪器a的名称是 。
(2)装置A中发生反应的化学方程式是 。
装置B的作用是 。
(3)通过称量反应前后装置 的质量,进行计算便可求出样品中铜的质量分数。
(4)实验完毕。
小丽同学误将用剩的H2O2溶液和装置C玻璃管中的剩余固体一起倒入烧杯中,发现有大量的气泡产生,经检验确认产生的气体是氧气。
小刚和小明两位同学对此颇感兴趣。
进而展开了他们的探究之旅。
【提出问题】是哪种物质加快了H2O2的分解速率?
【大胆猜想】
猜想¢ñ:
剩余固体中的氧化铜加快了H2O2溶液的分解。
猜想¢ò:
剩余固体中的 加快了H2O2溶液的分解。
猜想¢ó:
氧化铜能做H2O2分解的催化剂。
【实验验证】
实验方案
实验现象
分析及结论
实验一:
将带火星的木条伸入盛有5mL5%H2O2溶液的试管。
带火星木条不复燃。
H2O2溶液常温下产生氧气的量很少,不足以使带火星的木条复燃。
实验二:
向盛有5mL5%H2O2溶液的试管
中加入1g氧化铜固体,将一根带火星的
木条伸入试管。
观察现象。
待反应结束后
将试管里的剩余物进行 、洗涤、干燥、称量,对比反应前后氧化铜的质量。
___________
称得固体质量为1g。
猜想¢ñ成立。
反应前后氧化铜的质量相等。
实验三:
向盛有5mL5%H2O2溶液的试管中加入1g____,将一根带火星的木条伸入试管,观察现象。
没有气泡产生,带火星木条不复燃。
猜想¢ò____(填”成立“或“不成立”)。
【讨论交流】小刚同学认为,根据实验二得出的两个结论就能判断¢ó成立,你是否支持他的观点?
并简述理由。
答:
。
。
3、“五一”假期,小兵对“锌与硫酸反应快慢的影响因素”进行了探究。
【提出问题】锌与硫酸反应的快慢受哪些因素的影响呢?
【猜想与假设】a.可能与硫酸的质量分数有关;b.可能与锌的形状有关。
【设计并实验】小兵用不同质量分数的硫酸和不同形状的锌进行如下实验。
实验编号
硫酸的质量分数
(均取20mL)
锌的形状(均取1g)
氢气的体积(mL)
(均收集3分钟)
¢Ù
20%
锌粒
31.7
¢Ú
20%
锌片
50.9
¢Û
30%
锌粒
61.7
¢Ü
30%
锌片
79.9
(1)写出稀硫酸与锌反应的化学方程式________________________。
(2)小兵用如图所示装置收集并测量氢气的体积,其中量筒的作用是___________________,氢气应从________(填e或f或g)管通入。
【收集证据】
(3)要比较不同质量分数的硫酸对反应快慢的影响,应选择的实验编号是_______。
【得出结论】
(4)结论是________________________________________________。
【评价与反思】
(5)下表是小兵第¢Ù组实验的详细数据。
时段(均为1分钟)
第1分钟
第2分钟
第3分钟
第4分钟
第5分钟
第6分钟
H2的体积
3.1mL
16.7mL
11.9mL
9.6mL
7.6mL
6.0mL
请描述锌与硫酸反应的快慢的变化并解释原因______________________________。
(6)锌与硫酸反应的快慢可能还受哪些因素影响?
设计实验验证_________。
6、逻辑推理是化学学习常用的思维方法。
某校研究性学习小组在做¡°寻找新的催化剂¡±课题时,发现将生锈的铁钉放到过氧化氢溶液中,也可以加快过氧化氢的分解速率。
于是,他们对此展开探究:
(1)提出问题:
什么物质是该反应催化剂?
(2)设猜想与假设:
下面是组内两位同学所作的猜想,请你完成小华的猜想。
【假设一】小芳同学:
铁钉表面的氧化铁是H202溶液分解反应的催化剂。
【假设二】小华同学:
铁钉里的是H202溶液分解反应的催化剂。
(3)实验与结论:
实验操作
实验现象
实验结论
实验I:
把一定质量的氧化铁粉末加入到装有10mL5%的过氧化氢溶液的试管中,并用一根带火星的小木条置于试管口,观察现象。
反应的化学方程式假设一成立
实验¢ò:
取10mL5%的过氧化氢溶液于另一支试管中,加入,并用一根带火星的小木条置于试管口,观察现象。
无现象
假设二
(填¡°成立¡±或¡°不成立¡±)
(4)讨论交流:
同学们讨论后认为,小芳的¡°实验I¡±还不能够确切的说明氧化铁就是过氧化氢分解制取氧气的催化剂,理由是:
。
请你设计实验(写出实验步骤、实验现象及结论)证明其中的某一点理由:
。
掌握:
催化剂的实验题勿忘验证催化剂的性质:
在化学反应前后和
不变。
设计实验:
验证质量不变分别称量反应前、后的催化剂质量,相互比较。
验证化学性质不变收集反应后的催化剂,加入到新的反应物溶液中,观察现象(仍可起催化作用)
题型二、比较金属活动性强弱
7、小刚设计实验探究铁、铜、银三种金属的活动性顺产并分析相关问题.请填空:
(1)他设计的四种实验方案,所需试剂如下:
¢Ù铜、银、硫酸亚铁溶液 ¢Ú铁、银、硫酸铜溶液
¢Û银、硫酸亚铁溶液、硫酸铜溶液 ¢Ü铜、硫酸亚铁溶液,硝酸银溶液
上述方案中,正确的是(填写序号).
(2)某化工厂生产过程中的残液含有硝酸银和硝酸铜两种物质.小刚取少量该残夜,分别盛在A、B两支试管中,再分别加入不同质量的铁粉,充分反应后过滤,分别取滤渣或滤液进行下表所示实验:
实验操作
实验现象
分析与结论
将A试管滤出的滤渣洗涤后加入到稀盐酸中
有气泡产生
从A试管得到的滤液中的溶质是
向B试管得到的滤液中滴加少量稀盐酸
有白色沉淀生成
B试管滤出的滤渣的成分是
题型三、探究物质的变质
8、提出问题:
长期放置的氢氧化钠溶液中的溶质是什么?
建立假设:
1.溶质全部是氢氧化钠;2.溶质全部是碳酸钠;3.溶质既有氢氧化钠,又有碳酸钠。
实验方案:
取少量该溶液于试管中,向溶液中滴加过量的氯化钙溶液,并不断振荡,静置后取试管中的上层清液,滴加酚酞试液。
进行实验:
实验步骤
实验现象
取少量该溶液于试管中,向溶液中滴加过量的氯化钙溶液,并不断振荡。
静置后取试管中的上层清液,滴加酚酞试液。
1.没有沉淀,酚酞变红
2.有白色沉淀,酚酞不变色
3.有白色沉淀,酚酞变红
实验结论:
1.溶质全部是氢氧化钠;2.溶质全部是碳酸钠;3.溶质既有氢氧化钠,又有碳酸钠。
反思与交流:
1.在对溶质的成分的进行探究时,如果用氢氧化钙溶液代替氯化钙溶液,你认为这种做法是否可行?
2.通过这次探究,你认为在实验室中应如何保存氢氧化钠溶液,为什么?
你还知道哪些化学药品的保存方法?
你能说出这样保存的理由吗?
方法总结:
1.先分析物质为什么会变质?
变质后会变成哪种物质?
2.物质变质的情况有三种:
没有变质、部分变质、全部变质。
3.根据不同物质的化学性质设计实验方案来检验原来的物质和变质后生成的物质。
9:
小明和小艳在实验室配制石灰水时,小明同学将两药匙熟石灰样品放入小烧杯中,向其中加入一定量的蒸馏水,充分搅拌后发现烧杯底部仍有不溶性的固体,于是他认为熟石灰样品已经变质。
小艳同学不同意他的判断,你认为小艳同学的理由是_____________。
同学们针对该熟石灰样品的成分展开了讨论,请你参与讨论并完成实验报告。
【提出问题】熟石灰样品的主要充分是什么?
【作出猜想】甲同学猜想是Ca(OH)2;乙同学猜想是CaCO3;你认为是______________。
【实验与结论】请你通过实验验证你的猜想。
实验步骤
实验现象
实验结论
取少量的熟石灰样品于烧杯中,加
适量的水充分溶解后过滤。
向滤液
中加入适量的____溶液;向滤出固
体中加入适量_____溶液。
____________;
____________。
猜想正确
10:
某兴趣小组对Ca(OH)2和Na2CO3反应后的滤液产生了兴趣,于是他们取来滤液探究其成分。
【猜想与假设】他们都认为滤液中一定有NaOH。
生成氢氧化钠的化学方程式为_______________。
对其他成分他们分别做出了如下猜想:
小亮猜想:
还可能有Na2CO3
小强猜想:
还可能有Ca(OH)2和Na2CO3
你认为谁的猜想是错误的________,理由是___________。
你还能做出的猜想是:
还可能有______________________。
【活动与探究】请你选择CO2以外的物质,设计一个实验方案验证你的猜想。
实验步骤
现象及相应结论
小亮取一定量的滤液于试管中,向其中滴加了几滴稀盐酸,振荡,没有气泡,于是他得出结论:
没有Na2CO3。
【反思】小强认为小亮的结论不严密,理由是:
___________。
11:
化学课后,化学兴趣小组的同学在整理实验桌时,发现有一瓶氢氧化钠溶液没有塞橡皮塞,征得老师同意后,开展了以下探究:
[提出问题1]该氢氧化钠溶液是否变质了呢?
[实验探究1]
实验操作
实验现象
实验结论
取少量该溶液于试管中,向溶液中滴加稀盐酸,并不断振荡
氢氧化钠溶液
一定变质了
[提出问题2]该氢氧化钠溶液是全部变质还是部分变质呢?
[猜想与假设]
猜想1:
氢氧化钠溶液部分变质。
猜想2:
氢氧化钠溶液全部变质。
[实验探究2]
实验步骤
实验现象
实验结论
(1)取少量该溶液于试管中,向溶液中滴加过量的氯化钙溶液,并不断振荡。
有______
生成。
说明原溶液中一定有碳酸钠。
(2)取步骤
(1)试管中的少量上层清液,滴加酚酞溶液。
溶液变红色。
说明原溶液中一定有_____。
[实验结论]该氢氧化钠溶液(填¡°部分¡±或¡°全部¡±)变质。
[反思与评价]
(1)氢氧化钠溶液露置于空气中容易变质,请写出相关反应的化学方程式。
(2)在上述[实验探究2]中,小明提出可用氢氧化钙溶液代替氯化钙溶液,你认为该方案_____(填¡°可行¡±或¡°不可行¡±)。
[理解与应用]氢氧化钠溶液容易变质,必须密封保存。
实验室必须密封保存的药品还有很多,试另举一例。
题型四、探究反应后溶液中溶质的成分
方法总结:
1.反应后所得溶液中一定有生成物。
注:
不能是沉淀、气体或水
2.可能有剩余的反应。
3.两种反应物不可能同时剩余。
12、小鹏与小明做完酸、碱、盐相关性质实验后,很兴趣地把稀硫酸、氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液混合在一起,看到有大量气泡生成。
他们对反应后溶液中溶质的成分很是好奇,请你与他们一起进行探究。
【提出问题】反应后溶液中溶质的成分是什么?
【猜想假设】猜想¢ÙNa2SO4、Na2CO3
猜想¢ÚNa2SO4、Na2CO3、NaOH
猜想¢ÛNa2SO4、H2SO4、Na2CO3
猜想¢ÜNa2SO4、H2SO4
猜想¢ÝNa2SO4
上述猜想中,你认为不合理的是猜想(填序号)。
【实验探究】¢Å小鹏取少量该溶液于试管中,向其中滴加无色酚酞试液,发现溶液颜色无变化。
据此,他认为猜想¢Ý是正确的。
你认为他的结论是(填“合理”或“不合理”)的,理由是。
¢Æ小明向盛有少量氧化铜粉末的试管中加入适量该溶液,振荡,溶液变蓝。
该反应的化学方程式是。
【实验结论】根据上述实验探究,你认为猜想(填序号)是正确的。
【拓展应用】工厂与实验室的酸性废水必须处理至中性再排放,这样做的意义是
(答一点即可)。
【练习】学校实验室的废液缸中收集了同学们在实验室制取CO2后残留的废液。
小红同学想探究废液中溶质的成分,请你一同参与探究并回答下列问题。
【提出问题】废液中的溶质是什么物质?
【作出猜想】小红认为废液中溶质只有CaCl2。
你认为还可能含有的溶质是___________(填化学式)。
【查阅资料】CaCl2溶液呈中性。
【实验与结论】
¢Ù小红分别取少量该废液和CaCl2溶液加入到两支试管中,并向其中分别滴入无色酚酞试液作对比实验,结果两试管中溶液均无色,于是小红认为自己的猜想是正确的。
¢Ú你认为小红的实验_________(填“能”或“不能”)证明她的猜想,理由是________________________________________________________________。
¢Û如果要证明你的猜想是正确的,除碳酸盐外你选择的试剂是______________,实验中可以看到的现象是____________________________________。
[拓展与应用]
¢Ù若实验证明你的猜想是正确的,要想使处理后的废液只有CaCl2溶液,应向废液中加入过量的__________,反应完成后过滤。
¢Ú通过以上探究,你认为实验室的废液未经处理直接倒入下水道,可能造成的危害是________________________________(写一条)。
13:
化学课上,同学们做了人体呼出的气体使澄清石灰水变浑浊的实验后,对呼出的气体中主要成分及含量非常好奇,设计实验进行探究。
[提出问题]呼出的气体中有哪些主要成分,它们的含量是多少?
[查阅资料]①呼出的气体中仍含有O2。
②CO2在饱和NaHCO3溶液中的溶解度非常小。
[猜想与实验]
猜想:
呼出的气体中主要成分是N2、O2、CO2、水蒸气等。
实验Ⅰ:
验证呼出的气体中含有水蒸气。
(1)实验操作如右图所示。
(2)观察到的现象为_____________,根据该现象可以判断
呼出的气体中含有水蒸气。
实验Ⅱ:
验证呼出的气体中含有N2、O2、CO2,并测定其含量。
同学们在老师的指导下设计了如下图所示装置(B是带刻度的量气装置)。
(1)实验记录
实验操作
主要实验现象
实验结论及解释
①检查装置的气密性;向装置中加入药品;关闭止水夹a~f
装置的气密性良好
②打开b、c、d,向B中吹入一定量气体后关闭d,并冷却到室温
B中液体进入到A中,
B中液体减少500mL
收集500mL气体
③关闭b,打开a、e、f,用打气筒向A中缓缓充气,直到B中气体刚好全部排出
_______________,
D中液体为475mL
反应的化学方程式为:
___________________
④关闭e、f,用凸透镜聚光引白磷
白磷燃烧,产生大量
白烟,放出大量热
呼出的气体中含有O2
⑤待白磷熄灭并冷却到室温,打开f
_______________,
D中剩余液体为400mL
呼出的气体中含有N2
(2)数据处理呼出的气体中主要成分的含量
N2
O2
CO2
体积/mL
体积分数/%
同学们经过3次重复实验,确认了呼出气体中的主要成分及其含量。
[实验反思]
(1)该实验设计依据的N2性质有________(填字母序号)。
A.难溶于水B.不能和NaOH溶液反应C.无色无味的气体D.不能燃烧,也不支持燃烧
(2)实验Ⅱ操作⑤中,若C中气体未完全冷却就打开f并读数,则所测O2的体积分数_______(填¡°偏小¡±¡°不变¡±或¡°偏大¡±)。
题型五、粗盐的提纯
14、某食盐样品中含有少量沙土、氯化钙和氯化镁.以下是除去食盐样品中沙土、氯化钙和氯化镁的实验流程:
根据流程图回答:
(1)操作Ⅰ的名称是,加入的试剂A是,沉淀是;
(2)写出NaOH与杂质反应的化学方程式;
(3)加入试剂B为,其目的是;
(4)蒸发结晶时用到玻璃棒的作用是.
题型六、NaOH与CO2反应验证
16.某化学课堂上同学们正在进行酸、碱、盐知识的探究,以下是教学片断,请你参与其中并认真填写空格.
【学生实验】将二氧化碳分别通入澄清石灰水和氢氧化钠溶液中,观察到前者变浑浊,后者无明显现象.
【学生板演】澄清石灰水变浑浊的原理 .
【提出问题】二氧化碳通入氢氧化钠溶液中无明显现象,两者是否发生了化学反应?
【猜想假设】猜想①:
两者发生了化学反应;猜想②:
两者没有发生化学反应
【实验探究】
(1)小华设计了如图所示的A、B两个实验.
实验现象:
A中软塑料瓶変瘪,B中 .
(2)小红认为小华的实验是可行的,其共同原理是二氧化碳和氢氧化钠溶液反应,使容器内压强降低.小明同学却对此提出质疑,他认为小华的实验不严谨,其理由是 ,要得到科学严谨的结论,仍利用该装置,补做的对比实验是 .
(3)小宁设计的是通过检验生成物来验证猜想,帮她填写实验报告.
实验步骤
实验现象
实验结论
向B实验后的溶液中加入
验证了二氧化碳和氢氧化钠溶液反应
【实验结论】二氧化碳和氢氧化钠溶液发生了反应.
【反思拓展】通过此探究实验,我们发现,对于没有明显现象的化学反应,可以从两个不同的角度证明反应的发生,这两个角度是 ; .
题型七、质量守恒定律的应用
17、达州盛产天然气,有“中国气都”之称的美誉.天然气的主要成分是甲烷(CH4),我校化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣,请你参与
【提出问题】:
甲烷燃烧后生成哪些物质?
【查阅资料】:
含碳元素的物质完全燃烧生成CO2,不完全燃烧生成CO;无水CuSO4遇水变蓝。
【猜想与假设】:
甲CO2H2O;乙COH2O;丙NH3CO2H2O;丁CO2COH2O。
你认为同学的猜想是错误的,理由是。
【实验探究】:
为了验证上述猜想与假设,将甲烷在一定量的O2中燃烧的产物依次通过如图所示装置:
(1)A、B装置的顺序能否颠倒?
(填“能“或“否”)。
(2)实验中用纯净O2而不用空气的原因是。
(3)实验中观察到A中无水CuSO4变蓝,B、D中澄清石灰水变浑浊,C中红色粉末变成黑色,由此推断同学猜想成立。
(4)请写出B中澄清石灰水变浑浊、C中红色粉末变成黑色的化学方程式:
、_______________________________。
【反思与交流】:
为避免有毒的CO污染环境,所以含碳元素的物质燃烧必须满足的条件是。
题型八.酸碱中和滴定
18.如图所示,某兴趣小组在进行酸碱中和反应的实验探究时,向烧杯中氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸一会儿后,发现忘记滴加指示剂.甲同学从烧杯中取少量反应后的溶液于一支试管中,并向试管中滴加几滴无色酚酞试液,振荡,观察到酚酞试液不变色.
请写出该中和反应方程式:
.
(1)猜想与假设:
猜想一:
甲同学:
“两种物质已恰好完全中和,溶液呈中性”;
猜想二:
乙同学:
“反应后氢氧化钠过量,溶液呈碱性”;
猜想三:
丙同学:
.
甲、丙两位同学经过讨论后觉得乙同学的猜想不正确,两位同学的理由是:
.
(2)设计并进行实验:
①为了验证自己的猜想,甲同学设计了以下实验方案:
实验步骤
实验现象
实验结论
用洁净干燥的玻璃棒蘸取少量反应后的溶液滴在干燥的pH试纸上,观察颜色变化并与标准比色卡对比.
pH7(填“>”、“=”或“<”)7
猜想一不成立
②请你设计另一个实验(与甲同学方案不同)方案,验证丙同学的猜想,并填写下表:
实验步骤
实验现象
实验结论
猜想三:
(填“成立”或“不成立”)
实验步骤
实验现象
实验结论
其他
19、为确定木炭还原氧化铜后的固体成份,请你与兴趣小组的同学完成以下探究
【对固体猜想】猜想I:
全部是金属铜;猜想Ⅱ:
除铜外,还含有氧化铜;
猜想Ⅲ:
除铜外,还含有木炭;猜想Ⅳ:
除铜外,还含有氧化铜、。
【进行实验】实验流程见下图:
【问题与讨论】
(1)步骤②包括溶解、两步操作,它们共同用到的玻璃仪器是烧杯、。
(2)C的化学式为,D的化学式为,由此推出固体B中含有(写化学式),步骤④发生反应的化学方程式为。
(3)结合
(2)的结论推断:
如果溶液A显蓝色,则溶液A的溶质的化学式为,说明样品中含有,则证明猜想成立;如果溶液A无色,则证明猜想成立。
16、2010年法国佳士得公司拍卖我圆明园兔首和鼠首两件文物,但中国对其拥有不可置疑的所有权.这两件文物均为青铜器,其表面呈绿色,小芳查阅资料得知,这是铜器长期暴露在空气中生成了铜绿[Cu2(OH)2CO3],铜绿不稳定,受热后可生成三种氧化物。
(1)制作兔首鼠首的青铜合金材料属于()
A.金属材料 B.复合材料C.合成材料 D.无机非金属材料
(2)根据铜绿的化学式,你认识铜绿的形成是铜与空气中的氧气、和共同作用的结果。
写出该反应的化学方程式.结合所学知识,请说出两种防止金属生锈的方法、。
(3)为探究铜绿的组成,小芳同学从其它铜器上取下适量的铜绿,放入图所示装置中,加热后,可能出现的现象是,根据实验现象说明,
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