1、第2部分实验系列讲座实验1实验2实验4实验32018年人教版高二化学选修4 创新设计2018年人教版高二化学选修4 创新设计二、实验系列讲座 选修中常考查的四种实验题型实验1 控制变量法在实验探究中的应用题型例析控制变量思想是中学化学实验中常用的思想方法，对影响实验结果的因素进行控制，以达到明确各因素在实验中意义的目的，这实际上就是控制变量思想的重要体现。典型的变量探究型实验，往往涉及有关影响化学反应速率、化学平衡移动等方面的内容。2018年人教版高二化学选修4 创新设计典例 下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：实验序号金属质量/g金属状态c(H2SO4)/molL1V(H2SO4)/mL度/
2、金属消失的时间/s反应前反应后10.10丝0.550203450020.10粉末0.55020355030.10丝0.750203625040.10丝0.850203520050.10粉末0.85020362560.10丝1.050203512570.10丝1.05035505080.10丝1.150203410090.10丝1.150304440分析上述数据，回答下列问题：(1)实验4和5表明：_对反应速率有影响，_，反应速率越快，能表明同一规律的实验还有_(填实验序号)。(2)仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验_(填实验序号)。(3)本实验中影响反应速率的其他因素还有_，其实验序号是
3、_。(4)实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15)相近，推测其原因：_。解析 其他条件相同，反应越快，热量散失越小；反应需要时间越短。(1)实验4和5：金属质量相等，硫酸浓度相同，反应前温度相同，粉末比丝状金属反应快(200/258)8倍，最终温度高。固体形状(固体反应物的表面积)对反应速率有影响，固体与液体接触面越大，反应越快。类似实验还有1和2。(2)其他条件相同，浓度不同的实验有1、3、4、6、8或2和5。(3)其他条件相同仅温度不同的实验有6和7,8和9。(4)Qmct，溶液质量相近，比热容相近，温度变化量相近，说明Q相同。表格数据中，金属质量相等，即一定质量的金属与足量的
4、硫酸反应放出的热量相同。答案(1)固体反应物的表面积 表面积越大 1和2(2)1、3、4、6、8或2和5(3)反应温度 6和7,8和9(4)可能是硫酸过量，金属完全反应，放出的热量相等，所以使等体积溶液的温度升高值相近应试指津1题型特点在研究影响化学反应速率和化学平衡的因素时，由于外界影响因素较多，故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变时再进行实验。因此，控制变量思想在这部分体现较为充分，在近几年高考题中也考查较多，且多以探究型实验题的形式出现。这类题目以实验为研究手段，模拟科学探究过程对小课题展开研究。该类题涉及因素较多，有其复杂性，但仍然重在考查学生基础知识和基本技能、学生分析能
5、力和实验能力。2考查形式(1)以表格的形式给出多组实验数据，让考生找出每组数据的变化对反应速率的影响。(2)给出影响化学反应速率的几种因素，让考生设计实验分析各因素对反应速率的影响。3解题策略(1)确定变量在研究影响化学反应速率和化学平衡的因素时，由于外界影响因素较多，故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变时，再进行实验，从而理清影响实验探究结果的因素。(2)定多变一在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。(3)数据有效解答
6、时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。跟踪训练1某探究小组用HNO3与大理石的反应研究影响反应速率的因素。所用HNO3浓度为1.00 molL1、2.00 molL1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298 K、308 K，每次实验HNO3的用量为25.0 mL，大理石用量为10.00 g。请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：实验编号T/K大理石规格HNO3浓度/molL1实验目的298粗颗粒2.00()实验和探究HNO3浓度对该反应速率的影响()实验和_探究温度对该反应速率的影响()实验和_探究大理石规格(粗、细)对该反应速率
7、的影响解析：实验目的中告诉“实验和探究HNO3浓度对该反应速率的影响”，则在中与不同的只有硝酸的浓度，用同样的方法可解决、，故有：实验编号T/K大理石规格HNO3浓度/molL1实验目的298粗颗粒2.00()实验和探究HNO3浓度对该反应速率的影响()实验和探究温度对该反应速率的影响()实验和探究大理石规格(粗、细)对该反应速率的影响298粗颗粒1.00308粗颗粒2.00298细颗粒2.00答案：实验编号T/K大理石规格HNO3浓度/molL1实验目的()()()298粗颗粒1.00308粗颗粒2.00298细颗粒2.002某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响，进行了如下实验：实
8、验原理 2KMnO25H2C2O43H2SO4=K2SO42MnSO410CO28H2O实验内容及记录实验编号室温下，试管中所加试剂及其用量/mL室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min0.6 mol/L H2C2O4溶液 H2O0.2 mol/L KMnO4溶液3 mol/L稀硫酸13.02.03.02.04.023.03.02.02.05.233.04.01.02.06.4请回答：(1)根据上表中的实验数据，可以得到的结论是_。(2)利用实验1中数据计算，用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为：v(KMnO4)_。(3)该小组同学根据经验绘制了n(Mn2)随时间变化趋势的示意图，如图1所示，
9、但有同学查阅已有的实验资料发现，该实验过程中n(Mn2)随时间变化的趋势应如图2所示。该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设。并继续进行实验探究。该小组同学提出的假设是_。请你帮助该小组同学完成实验方案，并填写表中空白。实验编号室温下，试管中所加试剂及其用量/mL再向试管中加入少量固体室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min0.6 mol/L H2C2O4溶液H2O0.2 mol/L KMnO4溶液3 mol/L稀硫酸43.02.03.02.0t若该小组同学提出的假设成立，应观察到的现象是_。解析：(1)可由图表中的数据直接得出结论：其他条件相同时，增大KMnO4浓度(或反应物浓度)，反应速率
10、增大。(2)v(KMnO4)0.2 mol/L3 mL1033 mL2 mL3 mL2 mL1034 min1.5 102 molL1min1；(3)由图可以看出Mn2在一定的时间后生成速率增大，故可以想到生成物中的MnSO4可能为该反应的催化剂，而提出假设；在反应时KMnO4是用H2SO4酸化的，如果用MnCl2来证明Mn2的催化作用，就又引进了Cl，这时就不知道是Mn2的催化作用还是Cl的催化作用。而用MnSO4就能避免这个问题，因为KMnO4是使用H2SO4酸化的，此时溶液中已存在SO24，从而可以说明不是SO24 的催化作用，而是Mn2的催化作用。有了催化剂，在其他条件相同时，退色时间
11、就会缩短。答案：(1)其他条件相同时，增大KMnO4浓度(或反应物浓度)，反应速率增大(2)1.5 102molL1min1(3)生成物中的MnSO4为该反应的催化剂(或Mn2对该反应有催化作用)MnSO4与实验1比较，溶液退色所需时间短(或所用时间(t)小于4 min及其他合理答案)3(广东高考)碘在科研与生活中有重要应用。某兴趣小组用0.50 molL1 KI、0.2%淀粉溶液、0.20 molL1 K2S2O8、0.10 molL1 Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。已知：S2O28 2I=2SO24 I2(慢)I22S2O23=2IS4O26(快)(1)向KI、N
12、a2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，当溶液中的_耗尽后，溶液颜色将由无色变为蓝色。为确保能观察到蓝色，S2O23 与S2O28 初始的物质的量需满足的关系为：n(S2O23)：n(S2O28)_。(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：实验序号体积V/mLK2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液10.00.04.04.02.09.01.04.04.02.08.0Vx4.04.02.0表中Vx_ mL，理由是_。(3)已知某条件下，浓度c(S2O 28)反应时间t的变化曲线如图所示，若保持其它条件不变，请在图中，分别画出降低反应温度和
13、加入催化剂时c(S2O28)t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。解析：(1)淀粉溶液遇I2显蓝色，溶液由无色变为蓝色时，溶液中有I2，说明Na2S2O3消耗尽。由题给离子反应可得关系式S2O 28I22S2O23，n(S2O23)；n(S2O28)2时，能观察到蓝色。(2)对照实验探究浓度对反应速率的影响须保证其他条件完全一致，故应加水2.0 mL以保证溶液体积相同。(3)温度降低反应速率变慢，加入催化剂，反应速率加快。答案：(1)S2O23(其他合理写法也给分)2(2)2.0 保证溶液总体积相同，仅改变S2O 28 的浓度而其他物质浓度不变(其他合理答案给分)(3)实验2 酸碱中和滴定的拓
14、展应用题型例析酸碱中和滴定实验是中学阶段的重要定量实验之一，高考重点考查该实验原理及其拓展应用，问题设置主要集中在实验基本操作、指示剂的选择、数据的处理、误差分析等方面。随着新课程改革的推进，与滴定实验相关的沉淀滴定和氧化还原滴定也在高考试题中频频出现，熟练掌握中和滴定的实验操作，并能将相关知识进行灵活迁移应用是解决此类实验问题的关键。典例 某研究性学习小组设计并实施的测定食醋总酸含量的实验方案如下：用25 mL移液管移取某品牌的市售食醋25.00 mL，置于250 mL容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀得待测食醋溶液。把0.100 0 mol/L的标准NaOH溶液装入碱式滴定管。用25 mL移液
15、管从容量瓶移取待测食醋溶液25.00 mL，置于洗净的锥形瓶中，加入23滴指示剂。用0.100 0 mol/L的标准NaOH溶液滴定待测食醋溶液至滴定终点。重复上述步骤4次，所得实验数据如下表：实验次数第1次第2次第3次第4次待测食醋的体积/mL25.0025.0025.0025.00所用NaOH溶液的体积/mL19.9920.5020.0019.95请回答下列问题：(1)稀释食醋所用的蒸馏水要经过煮沸处理，其目的是_。(2)若将碱式滴定管洗净后，直接盛装标准NaOH溶液完成后续实验，会导致测定结果_(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。(3)在滴定的过程中，要注意：使滴定管内的标准NaOH溶
16、液滴入锥形瓶中；_；眼睛注意观察锥形瓶中溶液颜色的变化和加入碱液的速度；(4)此研究性学习小组测定的该品牌的食醋总酸含量为_。解析(1)蒸馏水中溶有CO2，影响测定结果，煮沸除去CO2。(2)碱式滴定管没用标准液润洗，会消耗较多的NaOH溶液，导致测定结果偏高。(4)把误差较大的第2次滴定数据舍去。VNaOH(aq)c(NaOH)VCH3COOHc(CH3COOH)c(CH3COOH)19.9920.0019.953103L0.100 0 mol/L25.00103L 0.079 92 mol/L。由于把25 mL食醋稀释为250 mL，所以原食醋的物质的量浓度为0.799 2 mol/L。即
17、每升食醋中含CH3COOH：0.799 2 mol/L60 g/mol47.95 g/L。每100 mL食醋中含CH3COOH：4.795 g。答案(1)驱赶其中溶解的CO2，防止滴定时消耗一定量的NaOH溶液，导致测定结果偏高(2)偏高(3)边滴加边摇动锥形瓶(4)4.795 g/100 mL应试指津滴定操作不仅适用于酸碱中和反应，还可以迁移应用于沉淀反应和氧化还原反应并用于物质的定量测定。1沉淀滴定法(1)概念沉淀滴定法是利用沉淀反应进行定量分析的方法。生成沉淀的反应很多，但符合定量分析条件的却很少，实际上应用最多的是银量法，即利用Ag与卤素离子的反应来测定Cl、Br、I的浓度。(2)原理
18、沉淀滴定所用的指示剂本身就是一种沉淀剂，滴定剂与被滴定物反应的生成物的溶解度要比滴定剂与指示剂反应的生成物的溶解度小，否则不能用这种指示剂。如用AgNO3溶液滴定溶液中的Cl的含量时常以CrO24 为指示剂，这是因为AgCl比Ag2CrO4更难溶的缘故。2氧化还原滴定法(1)原理与酸碱中和滴定的原理相似，如果两种物质发生氧化还原反应，能够用一种方法(通常是颜色变化)显示物质间恰好反应完全的时刻，则可通过滴定实验来进行浓度测定、含量测定等定量分析。例如，KMnO4酸性溶液作氧化剂常用于滴定含H2C2O4、HC2O4、Fe2的溶液，其反应原理是：2MnO4 5H2C2O46H=2Mn210CO28
19、H2O2MnO4 5HC2O4 11H=2Mn210CO28H2OMnO4 5Fe28H=Mn25Fe34H2O又如，测定碘盐中碘含量的反应原理是：5KIKIO33H2SO4=3K2SO43I23H2OI22Na2S2O3=2NaINa2S4O6(2)指示剂的选择用KMnO4溶液滴定H2C2O4溶液或Fe2 溶液时，不需另加指示剂，KMnO4溶液(紫色)自身就是指示剂。用Na2S2O3溶液滴定含2的溶液时，以淀粉为指示剂。(3)氧化还原反应滴定终点的判断以KMnO4酸性溶液滴定H2C2O4、KHC2O4或Na2C2O4或Fe2溶液时，不另加指示剂，当加入一滴KMnO4溶液使溶液由无色或浅绿色变
20、为紫红色且半分钟内不褪去时达到滴定终点(KMnO4溶液过量一滴或半滴，对计算结果的误差可以忽略不计。)若以H2C2O4或Fe2溶液滴定酸性KMnO4溶液(置于锥形瓶中，则当溶液的紫红色恰好褪去且半分钟内不恢复紫红色时达到滴定终点)。以Na2S2O3溶液滴定2溶液时，用淀粉作指示剂，当溶液的蓝色恰好褪去且半分钟内不恢复蓝色时达到滴定终点。若以2溶液(碘水或碘的KI溶液)滴定Na2S2O3溶液(置于锥形瓶中)，仍以淀粉为指示标，则当滴入一滴碘液，溶液呈蓝色且半分钟不褪去时，达到滴定终点。(4)计算依据化学方程式或离子方程式或关系式列比例式，或运用原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒等规律列等式进行计算
21、。(5)应用氧化还原滴定广泛地应用于溶液浓度的测定、物质纯度的测定、食品和药品成分的检测等定量分析。跟踪训练1维生素C是一种水溶性维生素，其水溶液呈酸性，分子式C6H8O6。人体缺乏维生素C易患坏血症，故维生素C又称抗坏血酸。维生素C易被空气中的O2氧化。新鲜水果、蔬菜、乳制品中一般都富含维生素C，如新鲜橙汁中维生素C的含量在500 mgL1左右。某校化学课外小组测定了某品牌软包装橙汁中维生素C的含量，下面是测定实验分析报告。实验目的 测定牌软包装橙汁中维生素C的含量反应原理 C6H8O6I2C6H6O62H2I实验用品及试剂(1)仪器和用品(自选、略)。(2)试剂：指示剂为_(填名称)，浓度
22、为7.50103 molL1的标准碘溶液、蒸馏水等。实验过程(3)洗涤仪器，检查滴定管、活塞是否漏液，润洗后装好标准碘溶液待用。(4)打开橙汁包装，目测：颜色橙黄色，澄清度好。用_(填仪器名称)向锥形瓶中准确量取20.00 mL待测橙汁，滴入12滴指示剂。(5)用左手控制滴定管的_，右手摇动锥形瓶，使液体在其中旋转起来，眼睛注视_直到终点，滴定反应到达终点的现象是_。数据处理(6)若经数据处理，滴定中消耗标准碘溶液的体积是15.00 mL，则此橙汁中维生素C含量是_ mgL1。问题讨论(7)从分析数据看，此软包装橙汁是否是纯天然橙汁_(填编号)。是 可能是 不是解析：此题是从酸碱中和滴定迁移的
23、实验设计和结果分析题。因为是有碘单质参与的反应，所以选用淀粉溶液作指示剂，量取体积精确到0.01 mL，应用滴定管，且题目告知橙汁中的维生素C是酸性的，所以用酸式滴定管，通过左手控制玻璃活塞来滴液。列式求算维生素C含量(mgL1)：15.00 mL7.50103 molL120.00 mL1761 000 mgmol1990 mgL1因为990 mgL1500 mgL1，比天然橙汁的维生素C含量高的多，所以它不是天然橙汁。答案：(2)淀粉溶液(4)酸式滴定管(5)玻璃活塞 锥形瓶中溶液颜色的变化 溶液变蓝色且在半分钟内不褪去(6)990(7)2(大纲全国卷)氯化钾样品中含有少量碳酸钾、硫酸钾和
24、不溶于水的杂质。为了提纯氯化钾，先将样品溶于适量水中，充分搅拌后过滤，再将滤液按下图所示步骤进行操作。回答下列问题：(1)起始滤液的pH_7(填“大小”、“小于”或“等于”)，其原因是_；(2)试剂的化学式为_，中发生反应的离子方程式为_；(3)试剂的化学式为_，中加入试剂的目的是_；(4)试剂的名称是_，中发生反应的离子方程式为_；(5)某同学称取提纯的产品0.775 9 g，溶解后定容在100 mL容量瓶中，每次取25.00 mL溶液，用0.1000 molL1的硝酸银标准溶液滴定，三次滴定消耗标准溶液的平均体积为25.62 mL，该产品的纯度为_(列式并计算结果)。解析：(1)硫酸钾、碳
25、酸钾、氯化钾的混合物中，只有碳酸钾水解使溶液呈碱性。(2)试剂为过量的BaCl2溶液，发生的反应有Ba2SO24=BaSO4，Ba2CO23=BaCO3。(3)试剂为过量的K2CO3溶液，以除去过量的Ba2。(4)试剂为适量的盐酸，通过观察是否继续产生气泡确定盐酸加入的量。(5)氯化钾的纯度为25.62103 L0.100 0 molL174.5 gmol1 100 mL25.00 mL0.775 9 g 100%98.40%。答案：(1)大于 弱酸强碱盐K2CO3发生水解使体系呈碱性(2)BaCl2 Ba2CO23=BaCO3、Ba2SO24=BaSO4(3)K2CO3 除去A中的Ba2(4
26、)盐酸 CO23 2H=H2OCO2(5)25.62103 L0.100 0 molL174.5 gmol1 100 mL25.00 mL0.775 9 g100%98.40%3(江苏高考)硫酸镍铵(NH4)xNiy(SO4)mnH2O可用于电镀、印刷等领域。某同学为测定硫酸镍铵的组成，进行如下实验：准确称取2.335 0 g 样品，配制成100.00 mL溶液A；准确量取25.00 mL 溶液A，用0.040 00 molL1的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定其中的Ni2(离子方程式为Ni2H2Y2=NiY22H)，消耗EDTA 标准溶液31.25 mL；另取25.00 mL溶液A，加足
27、量的NaOH溶液并充分加热，生成NH3 56.00 mL(标准状况)。(1)若滴定管在使用前未用EDTA标准溶液润洗，测得的Ni2含量将_(填“偏高”、“偏低”或“不变”)。(2)氨气常用_检验，现象是_。(3)通过计算确定硫酸镍铵的化学式(写出计算过程)。解析：本题主要考查化学实验及计算，意在考查考生的实验操作能力及数据处理与计算能力。(1)若滴定管未用EDTA标准溶液润洗，则EDTA标准溶液会被稀释，滴定过程中消耗标准溶液的体积增大，使滴定结果偏高。(2)氨气是碱性气体，溶于水生成弱碱(NH3H2O)，能够使红色石蕊试纸变蓝。(3)根据题目给出的数据，分别计算Ni2、NH4、SO 24 的
28、物质的量，然后由Ni2、NH4、SO24 的物质的量确定结晶水的物质的量。答案：(1)偏高(2)湿润的红色石蕊试纸 试纸颜色由红变蓝(3)n(Ni2)0.040 00 molL131.25 mL103LmL11.250103 moln(NH4)56.00 mL103 LmL122.4 Lmol12.500103 moln(SO24)2nNi2nNH4 221.250103 mol2.500103 mol22.500103 molm(Ni2)59 gmol11.250103 mol0.073 75 gm(NH4)18 gmol12.500103 mol0.045 00 gm(SO24)96 gm
29、ol12.500103 mol0.240 0 gn(H2O)2.335 0 g 25.00 mL100.00 mL0.073.75 g0.045 00 g0.240 0 g18 gmol11250102 molxymnn(NH4)n(Ni2)n(SO24)n(H2O)2：1210硫酸镍铵的化学式为(NH4)2Ni(SO4)210H2O实验3 化学实验方案的评价题型例析化学实验的评价往往包含在综合实验题中，需要评价的内容涉及试剂的选择、装置的评价、是否对环境造成污染等角度。解答时要依据化学实验设计的要求，在所设计的多种方案中，通过对比和归纳，评价实验方案的可行性或不同实验方案的优劣，从而选择出最
30、佳的实验实施方案。典例(天津高考)信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含 70%Cu、25%Al、4%Fe 及少量Au、Pt 等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：请回答下列问题：(1)第步Cu与酸反应的离子方程式为_；得到滤渣1的主要成分为_。(2)第步加H2O2的作用是_，使用H2O2的优点是_；调溶液pH的目的是使_生成沉淀。(3)由滤渣2制取Al2(SO4)318H2O，探究小组设计了三种方案：甲：滤渣2 H2SO4 酸浸液,蒸发、冷却、结晶、过滤Al2(SO4)318H2O上述三种方案中，_
31、方案不可行，原因是_；从原子利用率角度考虑，_方案更合理。解析：(1)由于没有明确加入的硝酸总量，故混合后溶液中硝酸总浓度可能较大(此时还原产物为NO2)，也可能较小(此时还原产物为NO)，故离子方程式有两种；滤渣1是不反应的金与铂。(2)第步加双氧水的作用是将Fe2氧化成Fe3。因双氧水被还原后生成H2O，故不会带来任何杂质与污染。由调节pH后可得到沉淀知，调节pH的目的是使Fe3、Al3转化为沉淀。(3)因滤渣2中含有Fe(OH)3，而甲方案没有除去铁的实验设计，得到的产品中会含有较多的Fe2(SO4)3，故甲方案不可行；乙方案中涉及的反应有2Al(OH)33H2SO4=Al2(SO4)3
32、6H2O及副反应：2Fe(OH)33H2SO4=Fe2(SO4)36H2O、Fe2(SO4)32Al=Al2(SO4)32Fe，铁含量少且最终也都转化为Al2(SO4)3；丙方案中涉及的反应有Al(OH)3NaOH=NaAlO22H2O、2NaAlO24H2SO4=Al2(SO4)3Na2SO44H2O。乙、丙两种方案中生成1 mol Al2(SO4)3时，乙方案消耗3 mol H2SO4，丙方案消耗4 mol H2SO4、2 mol NaOH，乙的原子利用率高于丙，故乙方案较合理。答案：(1)Cu4H2NO3=Cu22NO22H2O或3Cu8H2NO3=3Cu22NO4H2O Au、Pt(2
33、)将Fe2氧化为Fe3 不引入杂质，对环境无污染 Fe3、Al3(3)甲 所得产品中含有较多Fe2(SO4)3杂质 乙应试指津1实验评价的主要形式从评价的主要针对点来看，实验综合题可分为装置评价型和原理评价型两类。(1)实验装置的评价对比各方案装置，从装置的合理性、操作的简便可行性等方面进行全面分析，优选最佳装置。(2)实验原理的评价紧扣实验目的，对各方案的原理综合考虑，从原理是否科学、是否节约原料、涉及的操作是否简便易行、是否误差较小等方面进行全面分析，优选出最佳方案。2实验评价的方法(1)从“可行性”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可
34、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要求，在实际操作时能否做到可控易行。评价时可从以下4个方面分析：实验原理是否正确、可行；实验操作是否安全、合理；实验步骤是否简单、方便；实验效果是否明显。(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可从以下4个方面进行综合评价：反应原料是否易得、安全、无毒；反应速率是否合适；原料利用率以及生成物的产率是否较高；实验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
35、考虑的主要因素如下：净化、吸收气体及熄灭酒精灯时要防液体倒吸；进行某些易燃易爆实验时要防爆炸(如H2还原CuO应先通H2，气体点燃前先验纯等)；防氧化(如H2还原CuO后要“先灭灯再停氢”，白磷切割宜在水中进行等)；防吸水(如实验取用、制取易吸水、潮解或水解的物质时要采取必要措施，以保证达到实验目的)；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凝回流装置，如长玻璃导管、竖装的干燥管及冷凝管等)；易挥发液体产物(导出时可为蒸气)的及时冷却。跟踪训练1(福建高考)实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2(发生装置如图所示)。制备反应会因盐酸浓度下降而停止
36、。为测定反应残余液中盐酸的浓度，探究小组同学提出下列实验方案：甲方案：与足量AgNO3溶液反应，称量生成的AgCl质量。乙方案：采用酸碱中和滴定法测定。丙方案：与已知量CaCO3(过量)反应，称量剩余的CaCO3质量。丁方案：与足量Zn反应，测量生成的H2体积。继而进行下列判断和实验：(1)判定甲方案不可行，理由是_。(2)进行乙方案实验：准确量取残余清液稀释一定倍数后作为试样。量取试样20.00 mL，用0.100 0 molL1NaOH标准溶液滴定，消耗22.00 mL，该次滴定测得试样中盐酸浓度为_molL1；平行滴定后获得实验结果。(3)判断丙方案的实验结果_(填“偏大”、“偏小”或“
37、准确”)。已知：Ksp(CaCO3)2.8109、Ksp(MnCO3)2.31011(4)进行丁方案实验：装置如图所示(夹持器具已略去)。使Y形管中的残余清液与锌粒反应的正确操作是将_转移到_中。反应完毕，每间隔1分钟读取气体体积，气体体积逐次减小，直至不变。气体体积逐次减小的原因是_(排除仪器和实验操作的影响因素)。解析：(1)甲方案中加入足量AgNO3溶液，产生AgCl白色沉淀。反应后的残余液中溶质主要为MnCl2和HCl，故不能用来测定残余液中盐酸的浓度。(2)由酸碱中和滴定的量关系可得c(HCl)22.00 mL0.100 0 molL120.00 mL0.110 0 molL1。(3
38、)由MnCO3、CaCO3的Ksp数值可知，加入CaCO3，CaCO3不仅与残余液中的盐酸反应，还会生成MnCO3沉淀，使测定结果偏小。答案：(1)残余清液中，n(Cl)n(H)(或其他合理答案)(2)0.110 0(3)偏小(4)Zn粒 残余清液(按序写出两项)装置内气体尚未冷至室温2某化学研究性小组同学提出从含铜电缆废料中提取铜的两种方案，并向老师咨询，老师就以下几个方面与同学们展开讨论。方案甲：方案乙：(1)两个方案哪个符合当前生产的绿色理念，为什么？_。(2)写出方案甲步骤、中与铜有关的反应的离子方程式：_。(3)老师建议，无论是方案甲还是方案乙，在“加铁屑”这一步时，均应加入略过量的
39、铁屑，目的是_。解析：(1)甲、乙两个方案对比，可知方案甲的第步会产生粉尘等对大气有污染的物质，不符合绿色化学的理念。(2)方案甲中步骤、分别是CuO与稀硫酸反应，硫酸铜与铁反应。(3)为了让所有的Cu2转化为Cu，需要加入过量的铁屑。答案：(1)方案乙，方案甲步骤中会产生污染空气的气体、粉尘、烟雾等(2)CuO2H=Cu2H2O、FeCu2=Fe2Cu(3)确保Cu完全被置换出来3铝镁合金是飞机制造、化工生产等行业中的重要材料。研究性学习小组的同学，为测定某含镁3%5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数，设计了下列两种不同实验方案进行探究。方案一：实验方案 将铝镁合金与足量NaOH溶液
40、反应，测定剩余固体的质量。实验中发生反应的化学方程式是_。实验步骤(1)称取10.8 g铝镁合金粉末样品，溶于体积为V、物质的量浓度为4.0 molL1的NaOH溶液中，充分反应。则NaOH溶液的体积V_mL。(2)过滤、洗涤、干燥、称量固体。该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将_(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。方案二：实验方案 将铝镁合金与足量稀硫酸反应，测定生成气体的体积。实验步骤(1)同学们拟选用下列实验装置完成实验：你认为最简易的装置其连接顺序是A接()()接()()接()(填接口字母，可不填满)。(2)仔细分析实验装置后，同学们经讨论认为以下两点会引起较大误差：稀硫酸滴入锥
41、形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶内空气排出，使所测氢气体积偏大；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小。于是他们设计了如图所示的实验装置。装置中导管a的作用是_。实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V1 mL、V2 mL，则产生氢气的体积为_mL。若需确定产生氢气的量，还需测定的数据是_。解析：方案一：将铝镁合金与足量NaOH溶液反应，镁不和NaOH溶液反应，铝发生反应：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。(1)假设合金中镁的质量分数最少为3%，则10.8 g铝镁合金粉末样品中含有铝10.476 g，其物质的量是0.388 mol，根据反应2Al2NaO
42、H2H2O=2NaAlO23H2知，需要n(NaOH)n(Al)0.388 mol，V(NaOH)0.388 mol/4.0 molL10.097 L。(2)过滤后，金属镁的表面会吸附有其他离子，如果没有洗涤，称量后固体的质量将大于镁的实际质量，所测得镁的质量分数将偏高。方案二：(1)很明显，该同学采用排液法来测量产生氢气的体积，故A应连接E，D连接G(最后读数时要调节广口瓶和量筒中的液面高度，F接口的导管太短)。(2)使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；滴入锥形瓶的稀硫酸的体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差。碱
43、式滴定管的0刻度在上，故产生氢气的体积为(V1V2)mL。若需确定产生氢气的量，还需知道实验时的温度和压强。答案：方案一：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2(1)97(2)偏高方案二：(1)EDG(2)使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；滴入锥形瓶的稀硫酸的体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差(V1V2)实验时的温度和压强实验4 合理猜想、科学设计解答开放探究型实验题题型例析开放探究型实验是指具有明确的实验目的，但答案具有不确定性或者条件不惟一或者解题方法多样的试题。这类试题常以基础知识为背景设计而成，
44、要求学生自己选取相关的知识或方法来解答，主要考查学生对基础知识的掌握程度、归纳推理能力和逆向思维能力。目前，开放探究型实验一般是在一定限定范围内的开放性探究。典例(安徽高考)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O 27转化为Cr3。某课题组研究发现，少量铁明矾Al2Fe(SO4)424H2O即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：(1)在25C下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，作对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。实验编号初始pH废水样品体积/m
45、L草酸溶液体积/mL蒸馏水体积/mL46010305601030560测得实验和溶液中的Cr2O27 浓度随时间变化关系如图所示。(2)上述反应后草酸被氧化为_(填化学式)。(3)实验和的结果表明_；实验中0t1时间段反应速率v(Cr3)_ molL1min1(用代数式表示)。(4)该课题组对铁明矾Al2Fe(SO4)424H2O中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：Fe2起催化作用；假设二：_；假设三：_；(5)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。(除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4Al2(SO4)324H2O、Al
46、2(SO4)3等。溶液中Cr2O 27的浓度可用仪器测定)实验方案(不要求写具体操作过程)预期实验结果和结论 答案(1)实验编号初始pH废水样品体积/mL草酸溶液体积/mL蒸馏水体积/mL2020(2)CO2(3)溶液pH对该反应的速率有影响 2(c0c1)/t1(4)Al3起催化作用 SO24 起催化作用(5)实验方案(不要求写具体操作过程)预期实验结果和结论用等物质的量K2SO4Al2(SO4)324H2O代替实验中的铁明矾，控制其他反应条件与实验相同，进行对比实验。反应进行相同时间后，若溶液中c(Cr2O27)大于实验中c(Cr2O27)的，则假设一成立；若两溶液中的c(Cr2O27)相
47、同，则假设一不成立。应试指津1题目类型和特点(1)条件开放型：题目给出了部分条件及确定的结论，要求学生深入认识题中的内在联系。写出能得到结论的有关条件。(2)策略开放型：条件和结论已知或部分已知，思维策略和解题方法不惟一，要求学生根据题目所设条件和要求，寻找切合实际的多种解决问题的途径。(3)结论开放型：给定条件而结论未给出或不全给出，从不同角度不同层面分析有不同的答案。2解题策略(1)挖掘题目中的隐合条件是解题关键。通读全题，抓住题目(题图)中的重点字句(重点信息、变化趋势等)进行分析、推理，找准突破口，从中得出命题人限定假设或猜测的范围，设想怎样进行假设或猜测。(2)猜想要有依据，方案要合
48、理。根据题目的提示大胆、合理的猜想，并设计实验进行验证。猜想一定要有事实根据或科学依据，是建立在一定知识基础上的猜想，不能胡乱猜想，茫无边际。注意对试题提供的情境进行分析，根据所学知识设计合理、可行的实验方案，从实验中找到有力的证据，并对所提出的问题作出科学解释，得出正确的结论。(3)注意思维的有序性。对实验数据及现象的分析处理过程中，要注意思维的有序性和条理性，对有关结论的概括，要用规范的学科语言来表达。(4)注重发散性思维。抓住实验七个“一”的应用：一个实验的多种现象，一个实验现象的多种原因，一种装置的多种用途，一种用途的多种装置，一种仪器的多种用法，一种物质的多种制法，一组物质的多种鉴别
49、方法。跟踪训练1(安徽高考)地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用Fe粉和 KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。(1)实验前：先用0.1 molL1H2SO4洗涤Fe粉，其目的是_，然后用蒸馏水洗涤至中性；将KNO3溶液的pH调至2.5；为防止空气中的O2对脱氮的影响，应向KNO3溶液中通入_(写化学式)。(2)如下图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系(部分副反应产物曲线略去)。请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式_。t1时刻后，该反应仍在进行，溶液中N
50、H4 的浓度在增大，Fe2的浓度却没有增大，可能的原因是_。(3)该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：溶液的pH；假设二：_；假设三：_；(4)请你设计实验验证上述假设一，写出实验步骤及结论。(已知：溶液中的NO3 浓度可用离子色谱仪测定)实验步骤及结论：解析：本题主要考查化学实验，意在考查考生对图象的分析能力和实验设计能力。(1)铁的表面被空气氧化形成氧化膜，需加酸除去；为防止空气中的O2对脱氮的影响，可向溶液中通入N2或稀有气体等。(2)由图可知，铁和KNO3反应生成Fe2和NH4。(4)探究溶液的pH对反应速率的影响，可设计实验，使其他量保持不变，
51、仅改变溶液中c(H)即可。答案：(1)去除铁粉表面的氧化物等杂质 N2(2)4FeNO3 10H=4Fe2NH4 3H2O 生成的Fe2水解(或和溶液中的OH结合)(3)温度 铁粉颗粒大小(4)实验步骤及结论：分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的,试管中；调节溶液呈酸性且pH各不相同，并通入N2；分别向上述溶液中加入足量等质量的同种Fe粉；用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中NO3 的浓度，若pH不同的KNO3溶液中，NO3 测出的浓,度不同，表明pH对脱氮速率有影响，否则无影响。(本题属于开放性试题，合理答案均可)2(福建高考)固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂。某学习小组以Mg(NO
52、3)2为研究对象，拟通过实验探究其热分解的产物，提出如下4种猜想：甲：Mg(NO3)2、NO2、O2 乙：MgO、NO2、O2丙：Mg3N2、O2 丁：MgO、NO2、N2(1)实验前，小组成员经讨论认定猜想丁不成立，理由是_。查阅资料得知：2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O针对甲、乙、丙猜想，设计如下图所示的实验装置(图中加热、夹持仪器等均省略)：(2)实验过程仪器连接后，放入固体试剂之前，关闭k，微热硬质玻璃管(A)，观察到E中有气泡连续放出，表明_。称取Mg(NO3)2固体3.7 g置于A中，加热前通入N2以驱尽装置内的空气，其目的是_；关闭k，用酒精灯加热时，正确操作是先_
53、，然后固定在管中固体部位下加热。观察到A中有红棕色气体出现，C、D 中未见明显变化。待样品完全分解，A 装置冷却至室温、称量，测得剩余固体的质量为1.0 g。取少量剩余固体于试管中，加入适量水，未见明显现象。(3)实验结果分析讨论根据实验现象和剩余固体的质量经分析可初步确认猜想_是正确的。根据D中无明显现象，一位同学认为不能确认分解产物中有O2，因为若有O2，D中将发生氧化还原反应：_(填写化学方程式)，溶液颜色会褪去；小组讨论认定分解产物中有O2存在，未检测到的原因是_。小组讨论后达成的共识是上述实验设计仍不完善，需改进装置进一步研究。解析：本题是探究性实验，意在考查考生的化学实验与探究能力
54、。(1)根据猜想丁，Mg(NO3)2MgONO2N2，只有N元素价态降低，没有元素价态升高，不符合氧化还原反应原理。(2)该步骤是检查装置的气密性，根据现象可知该装置气密性良好。装置中的空气中含有O2，甲、乙、丙猜想都有O2生成，若不用N2驱尽装置中的O2将对分解产生的O2的检验产生干扰。用酒精灯加热时，为防止试管受热不均而破裂，首先应来回移动酒精灯加热硬质玻璃管，使其受热均匀后再集中加热。(3)根据实验过程的现象可知，产物中有NO2，排除丙。猜想乙的分解反应为：2Mg(NO3)2=2MgO4NO2O2，根据差值法，296 g Mg(NO3)2分解得到80 g MgO，则3.7 g Mg(NO3)2可得1.0 g MgO，与题设数据吻合，可见猜想乙成立。分解产生的NO2、O2可与B装置中的NaOH溶液发生反应4NO2O22H2O=4HNO3，所以无法用D装置中的Na2SO3溶液检测O2的存在。若有O2，Na2SO3被O2氧化为Na2SO4，导致D中溶液颜色消失，反应方程式为2Na2SO3O2=2Na2SO4。答案：(1)不符合氧化还原反应原理(或其他合理答案)(2)装置气密性良好 避免对产物O2的检验产生干扰(或其他合理答案)移动酒精灯预热硬质玻璃管(3)乙 2Na2SO3O2=2Na2SO4 O2在通过装置B时已参与反应(或其他合理答案)