透視實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評價(jià)

朱霞

化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)題突出能力立意，考查學(xué)生的觀察能力、思維能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、評價(jià)能力和文字表達(dá)能力，是近年中考化學(xué)常見的試題類型，題材主要源于教材的實(shí)驗(yàn)，是實(shí)驗(yàn)重組、拓展題，立意具有創(chuàng)新性。

一、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本要求

1.科學(xué)性：實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法和操作過程必須科學(xué)。

2.可行性：設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案要切實(shí)可行，所用藥品、儀器、裝置安全可靠。

3.安全性：實(shí)驗(yàn)操作要盡量避免帶有危險(xiǎn)性的操作，盡量避免與有毒物質(zhì)接觸。

4.簡約性：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)要求操作簡便、裝置簡單、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康?，弄清題給信息。

2.選擇儀器藥品——選擇合理的化學(xué)儀器和藥品。

3.設(shè)計(jì)裝置步驟——設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作步驟。

4.記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)——全面、及時(shí)而又準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。

5.分析得到結(jié)論——根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計(jì)算、圖表、推理等處理得出正確的結(jié)論。

三、實(shí)驗(yàn)方案的評價(jià)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的評價(jià)包括實(shí)驗(yàn)原理及方案的評價(jià)、實(shí)驗(yàn)裝置的評價(jià)、實(shí)驗(yàn)操作的評價(jià)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述與結(jié)論分析的評價(jià)等。一般從以下幾個(gè)方面入手：

1.方案在理論上是否科學(xué)合理，是否具有嚴(yán)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(jì)角度評價(jià)，是否節(jié)約試劑、降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4.從環(huán)境角度考慮，是否會(huì)給環(huán)境造成污染。

四、例題解析

例1 （2016年南寧）下列實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)達(dá)不到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖牵?）。

方案實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(yàn)證燃燒的條件之一是溫度要達(dá)到可燃物的著火點(diǎn)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(yīng)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(yàn)證了燃燒的條件之一是可燃物；鹽酸能與碳酸鈣反應(yīng)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(zhì)且沒有引入新的雜質(zhì)，符合除雜原則。

答案：C。

例2 （2016年泰安）某同學(xué)設(shè)計(jì)了以下四個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，理論上正確，操作上可行，經(jīng)濟(jì)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(yīng)，A方案在理論上是錯(cuò)誤的；水通電分解生成氫氣和氧氣，鎂與氧氣反應(yīng)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(jì)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(yīng)可生成氫氧化鈣，氫氧化鈣與碳酸鈉反應(yīng)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(jì)上也合理；氯化鎂與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀和氯化鈉，但鈉不與氫氧化鎂反應(yīng)生成鎂，D方案在理論上是錯(cuò)誤的。

答案：C。

例3 （2016年龍東）某同學(xué)在研究硫酸化學(xué)性質(zhì)時(shí)，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(lán)色。

反應(yīng)的化學(xué)方程式是。

同學(xué)們對于反應(yīng)后溶液中的溶質(zhì)成分產(chǎn)生了興趣，進(jìn)行了如下探究：

【猜想與假設(shè)】猜想一：硫酸銅；猜想二：（化學(xué)式）。

【活動(dòng)與探究】甲同學(xué)取少量反應(yīng)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(rèn)為猜想一成立。

乙同學(xué)取少量反應(yīng)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(rèn)為猜想二成立。

【反思與評價(jià)】丙同學(xué)進(jìn)行分析認(rèn)為同學(xué)的方案不合理，理由是。

解析 氧化銅和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和水?！静孪肱c假設(shè)】“固體完全溶解”說明氧化銅完全反應(yīng)，沒有剩余；對于稀硫酸，可能恰好完全反應(yīng)，也可能有剩余，所以反應(yīng)后的溶液中的溶質(zhì)有兩種可能，一是硫酸銅；二是硫酸銅和稀硫酸?！净顒?dòng)與探究】由題意認(rèn)為猜想二成立，即含有硫酸的溶質(zhì)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(lán)色變?yōu)闇\綠色，且有氣泡產(chǎn)生?！痉此寂c評價(jià)】氯化鋇與硫酸、硫酸銅都能反應(yīng)，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(lán)色變?yōu)闇\綠色 甲 氯化鋇與硫酸、硫酸銅都能反應(yīng)，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(shí)驗(yàn)室有一瓶敞口放置的過氧化鈉（Na2O2）固體，同學(xué)們想知道這瓶過氧化鈉是否變質(zhì)，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)探究：

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

【提出猜想】①?zèng)]有變質(zhì) ②部分變質(zhì) ③全部變質(zhì)

【實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)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?jiān)谠袑?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明原樣品中還可能含有什么物質(zhì)。（簡寫實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象和結(jié)論）。

解析 （1）由資料可知，過氧化鈉能與水反應(yīng)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(zhì)，猜想③正確。（2）氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)無明顯現(xiàn)象，碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)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(zhì)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(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)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?yàn)镃a（OH）2或Ba（OH）2與Na2CO3反應(yīng)能生成NaOH，從而無法確定NaOH的存在]，檢驗(yàn)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(yīng)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