1、精選優質文檔-傾情為你奉上化學實驗方案設計、實驗探究原理分析【考綱要求】考試大綱提到“化學實驗是科學探究過程中的一種重要方法；能對常見的物質進行檢驗、分離和提純；能根據實驗試題要求設計、評價或改進實驗方案；了解控制實驗條件的方法”。2015年（廣東卷）理科綜合考試大綱說明中5道實驗綜合題中有2題示例涉及實驗方案設計和探究：28題選擇是2014年廣東高考理綜化學33題，探究的是H2O2濃度對H2O2分解反應速率的影響，要求設計合理方案并擬定實驗表格完整體現實驗方案；29題對反應所得氣體和固體產物進行實驗和探究。歷年高考表明實驗方案設計部分得分率普遍偏低，反映出學生審題不清，心態混亂，基礎知識應用

2、能力不足，沒有透徹理解實驗設計和控制變量的思想，思維混亂，方案設計不嚴謹，表述能力欠缺等?！局R點撥】一、化學實驗設計的基本要求科學性：所謂科學性是指實驗原理、實驗操作程序和方法必須正確。例如，在操作程序的設計上，應取少量固體先溶解，然后再取少量配成的溶液并再加入試劑，而不能將樣品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入試劑。安全性：實驗設計時應盡量避免使用有毒藥品和進行具有一定危險性的實驗操作?？尚行裕簩嶒炘O計應切實可行，所選用的化學藥品、儀器、設備和方法等在中學現有的實驗條件下能夠得到滿足。簡約性：實驗設計應盡可能簡單易行，應采用簡單的實驗裝置，用較少的實驗步驟和實驗藥品，并能在較短的時間內完成

3、實驗。經濟性：在能達到實驗目的的前提下盡量選用常見、容易得到的、低價格的儀器和藥品。二、化學實驗方案設計的基本思路明確目的原理：首先必須認真審題，明確實驗的目的要求，弄清題目有哪些新的信息，綜合已學過的知識，通過類比、遷移、分析，從而明確實驗原理。選擇儀器藥品：根據實驗的目的和原理以及反應物和生成物的性質、反應條件，如反應物和生成物的狀態、能否腐蝕儀器和橡皮、反應是否加熱及溫度是否控制在一定范圍等，從而選擇合理的化學儀器和藥品。試題一般限定實驗儀器藥品，審題一定要細心。設計裝置步驟：根據上述實驗目的和原理，以及所選用的實驗儀器和藥品，設計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟，學生應具備識別和繪制典型

4、的實驗儀器裝置圖的能力，實驗步驟應完整而又簡明。記錄現象數據：認真觀察實驗現象，全面準確地記錄實驗過程中的現象和數據。分析得出結論：根據實驗中觀察到的現象和記錄的數據，通過分析、計算、圖表、推理，得出正確的結論。此外，如有必要還要設計對照實驗組：空白對照：對照組不作任何處理。條件對照：給對照組所作的處理與實驗組相同，但不是所要研究的處理。相互對照：不單設對照組，而是幾個實驗組相互對照。前后對照：觀察記錄實驗材料在實驗前后的變化情況?；瘜W實驗方案設計試題主要的類型如下：一、化學反應原理方案設計【例1】（2015廣東理綜33.）H2O2是一種綠色氧化還原試劑，在化學研究中應用廣泛。（1）某小組擬在

5、同濃度Fe3+的催化下，探究H2O2濃度對H2O2分解反應速率的影響。限選試劑與儀器：30% H2O2、0.1molL-1Fe2(SO4)3、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、膠管、玻璃導管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器設計實驗方案：在不同H2O2濃度下，測定_（要求所測得的數據能直接體現反應速率大?。⒄障卤砀袷?，擬定實驗表格，完整體現實驗方案（列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數據；數據用字母表示）。實驗序號 物理量V0.1molL-1Fe2(SO4)3/mL1a2a【解析】本題首先要求學生完成相應的反應原理即H2O2的分解反應，根據所涉及的物質設計合理的測定方案。不少同學刻板

6、理解反應速率，認為只有單位時間物質濃度變化才能體現反應速率或審題不清，沒有看到“所測得的數據能直接體現反應速率大小”，缺乏控制變量的思想，直接測定H2O2濃度變化或測量氣體體積或H2O2分解所需的時間由于方案設計錯誤，導致連帶錯誤，表格物理量和設計數據不符和變量控制的要求。根據實驗要求，應該控制硫酸鐵濃度和混合總體積不變（通過蒸餾水體積調節），時間（或O2體積）相同，變量為H2O2濃度，應變量為O2體積（或時間），據此可知另需補充四個變量：H2O2濃度、蒸餾水體積、時間、O2體積，設計合理數據即可。（1） 收集相同體積的氧氣所需時間或者相同時間所收集氧氣的體積 物理量實驗序號V0.1 mol&

7、#183;L-1Fe2(SO4)3/mLVH2O2/mLVH2O/mLVO2 /mL時間/s1abced2acbef或 物理量實驗序號V0.1 mol·L-1Fe2(SO4)3/mLVH2O2/mLVH2O/mL時間/sVO2 /mL1abced2acbef此外如2014年廣州模擬學習與評價P216，43【強化訓練1】某探究小組兩位同學用KMnO4酸性溶液與H2C2O4溶液反應過程中溶液紫色消失的方法，分別進行實驗研究影響反應速率的因素。 甲同學探究溫度和濃度對化學反應速率的影響。（1）該反應的離子方程式為（提示：H2C2O4的一級電離常數為5.4×102）_。（2）擬定實

8、驗表格，完整體現實驗方案。（表格列數自定；列出所用試劑的用量、待測物理量和擬定的數據；數據可用字母a、b、c、d等表示）限選試劑與用品：0.05mol/L KMnO4溶液、3 mol/L稀硫酸、0.6 mol/LH2C2O4溶液、蒸餾水、量筒、燒杯、試管、酒精燈、水浴裝置、秒表 物理量實驗序號V（0.05mol/L KMnO4溶液）/mL實驗目的：實驗1和2探究溫度對反應速率的影響；實驗1和3探究反應物濃度增大到原來的2倍后對反應速率的影響實驗1a實驗2a實驗3a【例2】用實驗確定某酸HA是弱電解質。兩同學的方案是：甲：稱取一定質量的HA配制0.1 mol·L1的溶液100 mL；用

9、pH試紙測出該溶液的pH，即可證明HA是弱電解質。乙：用已知物質的量濃度的HA溶液、鹽酸，分別配制pH=1的兩種酸溶液各100 mL；分別取這兩種溶液各10 mL，加水稀釋為100 mL；各取相同體積的兩種稀釋液裝入兩個試管，同時加入純度相同的鋅粒，觀察現象，即可證明HA是弱電解質。(2)甲方案中，說明HA是弱電解質的理由是測得溶液的pH_1(選填“”“”“=”)，乙方案中，說明HA是弱電解質的現象是_。a.裝HCl溶液的試管中放出H2的速率快 b.裝HA溶液的試管中放出H2的速率快c.兩個試管中產生氣體速率一樣快(3)請你評價：乙方案中難以實現之處和不妥之處_、_。(4)請你再提出一個合理而

10、比較容易進行的方案(藥品可任取)，作簡明扼要表述。 ?！窘馕觥勘绢}是證明某酸HA是否是弱電解質的實驗設計方案的評價。證明HA是否弱電解質，關鍵在于要了解弱電解質存在電離平衡。弱電解質加水稀釋后pH變化程度小、與Zn反應的速率快因為稀釋過程中弱電解質的電離平衡發生了移動，c(H+)減小程度反而比相同情況下強電解質小。對照此，就可對甲、乙兩個方案加以評價。甲方案直接測定HA溶液的pH，若測定溶液的pH大于1，則可證明HA是弱電解質。乙方案是用間接的比較法，用相同濃度(0.1 mol·L1)相同體積(10 mL)分別稀釋相同的倍數(都稀釋到100 mL)，分別與純度相同的鋅粒反應，觀察放出

11、H2速率的快慢：若裝HA溶液的試管中放出H2的速率快，則可證明HA為弱電解質。要評價乙方案中難以實現之處和不妥之處，關鍵要對HA的溶解性有所了解，pH=1的溶液能否配制？題述中鋅粒僅是純度相同，實際上反應速率與固體表面積的大小也有關。想到此，難實現之處和不妥之處就明朗了。第(4)小問要再提出一個合理而比較容易進行的方案，實際上是一個開放性的命題。證明一種物質是否是弱電解質，當然可根據上述兩同學的思路進行，還可以用測定其強堿鹽溶液的pH和比較溶液的導電能力等加以說明。答案（2） b （3）配制pHl的HA溶液難以實現 不妥之處在于加入的鋅粒難以做到表面積相同（4）配制NaA的溶液，測其pH值7，

12、即證明HA是弱電解質?！緩娀柧?】(2014安徽理綜)某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發生電化學腐蝕類型的影響因素，將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞(如圖1)。從膠頭滴管中滴入幾滴醋酸溶液，同時測量容器中的壓強變化。(1)請完成以下實驗設計表(表中不要留空格):編號實驗目的碳粉/g鐵粉/g醋酸/%為以下實驗作參照0.52.090.0醋酸濃度的影響0.536.00.22.090.0(2)編號實驗測得容器中壓強隨時間變化如圖2。t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，其原因是鐵發生了 腐蝕。請在圖3中用箭頭標出發生該腐蝕時電子流動方向；此時,碳粉表面發生了(“氧化”或“還原”)反應，

13、其電極反應式是 。(3)該小組對圖2中0t1時壓強變大的原因提出了如下假設,請你完成假設二:假設一:發生析氫腐蝕產生了氣體；假設二:；(4)為驗證假設一,某同學設計了檢驗收集的氣體中是否含有H2的方案。請你再設計一個實驗方案驗證假設一,寫出實驗步驟和結論。實驗步驟和結論(不要求寫具體操作過程):二、物質性質檢驗實驗設計例3、為了檢驗Pb(NO3)2熱分解的產物，有人用示意圖中的裝置進行實驗。(圖中鐵架臺、鐵夾和加熱設備均略去)實驗時在試管中放入研細的Pb(NO3)2晶體；實驗結束后，試管中得到黃色粉末(PbO)，U型管下部有少量液體X，集氣瓶中收集到無色氣體Y。(如圖)(1)液體X可能是 ；氣

14、體Y可能是 ；(2)請設計實驗證實(1)中的判斷：對X的判斷 ；對Y的判斷 ?！窘馕觥拷獯祟}的兩個關鍵知識點是：硝酸鹽分解規律，活潑金屬硝酸鹽分解生成亞硝酸鹽和氧氣，較活潑金屬如Pb(NO3)2等，一般分解為金屬氧化物、NO2、O2，硝酸銀等不活潑金屬硝酸鹽受熱分解為金屬單質、NO2、O2；2NO2N2O4。由此可知X為N2O4，Y為O2。(2)設計應該包括如何取樣、實驗方法、現象、結論等。在通風櫥中取下U型管放置，觀察到U型管中液體迅速消失，管中充滿紅棕色氣體，證明X是液態N2O4。(其他合理答案同樣給分)在水槽中，用玻璃片蓋住集氣瓶口，按住玻璃片，小心把集氣瓶移出水面，正放在桌上，用帶火星

15、的木條插入瓶口，木條迅速燃燒，證明Y是O2?！緩娀柧?】氫化鈣固體登山運動員常用的能源提供劑。 某興趣小組制備氫化鈣后， 同學取少量產物， 小心加入水中， 觀察到有氣泡冒出， 溶液中加入酚酞后顯紅色，該同學據此斷， 上述實驗確有 CaH2生成。 寫出 CaH2與水反應的化學方程式 _； 該同學的判斷是否正確 ，原因是_ ；請你設計一個實驗， 用化學方法區分鈣與氫化鈣， 寫出實驗簡要步驟及觀察到的現象_；登山運動員常用氫化鈣作為能源提供劑，與氫氣相比，其優點是_。 【強化訓練4】（2011·北京卷）甲、乙兩同學為探究SO2與可溶性鋇的強酸鹽能否反應生成白色BaSO3沉淀，用下圖所示裝

16、置進行實驗（夾持裝置和A中加熱裝置已略，氣密性已檢驗）。實驗操作和現象：操作現象關閉彈簧夾，滴加一定量濃硫酸，加熱A中有白霧生成，銅片表面產生氣泡B中有氣泡冒出，產生大量白色沉淀C中產生白色沉淀，液面上方略顯淺棕色并逐漸消失打開彈簧夾，通入N2，停止加熱，一段時間后關閉 從B、C中分別取少量白色沉淀，加稀鹽酸均未發現白色沉淀溶解（1）A中反應的化學方程式是_。（2）C中白色沉淀是_，該沉淀的生成表明SO2具有_性。（3）C中液面上方生成淺棕色氣體的化學方程式是_。（4）分析B中不溶于稀鹽酸的沉淀產生的原因，甲認為是空氣參與反應，乙認為是白霧參與反應。為證實各自的觀點，在原實驗基礎上：

17、甲在原有操作之前增加一步操作，該操作是_；乙在A、B間增加洗氣瓶D，D中盛放的試劑是_。進行實驗，B中現象：甲大量白色沉淀乙少量白色沉淀檢驗白色沉淀，發現均不溶于稀鹽酸。結合離子方程式解釋實驗現象異同的原因：_。（5）合并（4）中兩同學的方案進行實驗。B中無沉淀生成，而C中產生白色沉淀，由此得出的結論是_。三、物質成分檢驗實驗設計例4（2011·廣東卷）某同學進行實驗研究時，欲配制1.0mol·L1 Ba(OH)2溶液，但只找到在空氣中暴露已久的Ba(OH)2·8H2O試劑（化學式量：315）。在室溫下配制溶液時發現所取試劑在水中僅部分溶解，燒杯中存在大量未溶物。

18、為探究其原因，該同學查得Ba(OH)2·8H2O在283K、293K和303K時的溶解度（g/100g H2O）分別為2.5、3.9和5.6。（1）燒杯中未溶物可能僅為BaCO3，理由是_。（2）假設試劑由大量Ba(OH)2·8H2O和少量BaCO3組成。設計實驗方案，進行成分檢驗。寫出實驗步驟、預期現象和結論。（不考慮結晶水的檢驗；室溫時BaCO3飽和溶液pH9.6）限選試劑及儀器：稀鹽酸、稀硫酸、NaOH溶液、澄清石灰水、pH計、燒杯、試管、帶塞導氣管、滴管。實驗步驟預期現象和結論步驟1：取適量試劑于潔凈燒杯中，加入足量蒸餾水，充分攪拌，靜置，過濾，得濾液和沉淀。

19、60;步驟2：取適量濾液于試管中，滴加稀硫酸。 步驟3：取適量步驟1中的沉淀于試管中， 。 步驟4： 【解析】（1）Ba(OH)2屬于強堿，易吸收空氣中的水蒸氣和CO2形成難溶的BaCO3沉淀，因此長時間暴露在空氣中時Ba(OH)2就有可能轉化為BaCO3。（2）Ba(OH)2易溶于水，所以濾液中含有Ba2+，因此滴加稀硫酸使會產生白色沉淀BaSO4；要想驗證沉淀為BaCO3，可以利用其能與酸反應產生能使澄清石灰水變渾濁的CO2氣體；為進一步證明試劑是是否還有Ba(OH)2·8H2O，可以取步驟1中的濾液，用pH計測其pH值，若pH9.6，即證明濾液不是

20、純BaCO3溶液，即證明是由大量Ba(OH)2·8H2O和少量BaCO3組成，假設成立。又如學習與評價42，7，8，12，13，14，15例5某同學對課本實驗結論：“葡萄糖與新制氫氧化銅共熱生成紅色的Cu2O沉淀”提出質疑，認為紅色沉淀不一定就是氧化亞銅。為了確定紅色沉淀的成分，開展了研究。第一步 提出猜想：紅色物質可能是Cu或Cu2O第二步 查閱資料：Cu2O屬于堿性氧化物； Cu+在酸性條件下能發生自身氧化還原反應，產生Cu 和Cu2；在空氣中灼燒Cu2O能生成CuO。第三步 制備紅色沉淀：制備氫氧化銅懸濁液氫氧化銅懸濁液與葡萄糖共熱。過濾、洗滌、低溫烘干得紅色粉末。第四步 紅色

21、沉淀探究：該同學設計了三種方案如下。方案：取該紅色粉末溶于足量稀硝酸中，觀察溶液顏色變化。方案：取該紅色粉末溶于足量稀硫酸中，觀察是否有殘渣。方案：稱得干燥坩堝a g ，取紅色粉末置于坩堝中再稱得質量為b g，在空氣中充分灼燒至完全變黑，并在干燥器中冷卻，再稱量，反復多次直到質量不變，稱得最后質量為cg，比較a、b、c的關系。試回答下列問題：（1）請你評價方案和方案。如果你認為該方案合理，請簡述其原理，如果你認為該方案不合理，請簡述原因。             &

22、#160;                                        。（2）方案中，如果a、b、c的關系符合c=       &

23、#160;      可確認紅色粉末是Cu2O?！窘馕觥抠Y料中提供的信息，Cu2O+2H Cu +Cu2+H2O   2Cu2O+O24CuO。方案：稀硝酸有氧化性，Cu與硝酸反應的產物是硝酸銅，溶液呈藍色；Cu2O在稀硝酸中，首先發生反應Cu2O+2H=Cu +Cu2+H2O ，產物中的銅還要被硝酸溶解，最終產物也是硝酸銅，溶液也呈藍色；無法確定紅色固體是Cu還是Cu2O。方案：Cu與稀硫酸不反應，Cu2O與稀硫酸反應Cu2O+2H=Cu +Cu2+H2O，但產物中仍有固體銅，都有殘渣，也無法確定紅色固體是Cu還是Cu2O

24、。物質的成分探究方案，應充分考慮到不同物質的性質差異，通過反應中質量的變化來確定物質的存在，這是一種通過定量分析法確定是何種物質的重要手段。方案：若紅色固體為氧化亞銅，則有 c=（10ba）g  這就是說，當c=（10ba）g，可確認紅色粉末是Cu2O。答案：（1）方案不合理，銅和氧化亞銅都能和硝酸生成Cu2+；方案不合理，Cu+在酸性條件下能發生自身氧化還原反應，也生成了銅單質。（2）c=（10b-a）【強化訓練5】（2014江蘇）(4) 已知：5SO2IO2H=I25SOH2O某含碘廢水(pH約為8)中一定存在I2，可能存在I、IO中的一種或兩種。請補充完整檢驗含碘廢水

25、中是否含有I、IO的實驗方案：取適量含碘廢水用CCl4多次萃取、分液，直到水層用淀粉溶液檢驗不出有碘單質存在；_。實驗中可供選擇的試劑：稀鹽酸、淀粉溶液、FeCl3溶液、Na2SO3溶液?！緩娀柧?】（2014·山東卷）工業上常利用含硫廢水生產Na2S2O3·5H2O，實驗室制得的Na2S2O3·5H2O可能含有Na2SO3、Na2SO4等雜質。利用所給試劑設計實驗，檢測產品中是否存在Na2SO4，簡要說明實驗操作、現象和結論：_。已知Na2S2O3·5H2O遇酸易分解：S2O2H=SSO2H2O供選擇的試劑：稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、A

26、gNO3溶液?！緩娀柧?】（2011·浙江卷）（4）對含Fe2+較多的食鹽（假設不含Fe3+），可選用KI作為加碘劑。請設計實驗方案，檢驗該加碘鹽中的Fe2+：_。【強化訓練8】2014·福建卷 焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)是常用的食品抗氧化劑之一。實驗室制取反應為：Na2SO3SO2=Na2S2O5。已知Na2S2O5溶于水即生成NaHSO3。 (5)檢測Na2S2O5晶體在空氣中已被氧化的實驗方案是_。四、探究型實驗方案設計例6（2011·安徽卷）地下水中硝酸鹽造成的氮污染已成為一個世界性的環境問題。文獻報道某課題組模擬地下水脫氮過程，利用Fe粉和KNO3溶

27、液反應，探究脫氮原理及相關因素對脫氮速率的影響。（1）實驗前： 先用0.1mol·L1 H2SO4洗滌Fe粉，其目的是_，然后用蒸餾水洗滌至中性； 將KNO3溶液的pH調至2.5； 為防止空氣中的O2對脫氮的影響，應向KNO3溶液中通入_（寫化學式）。（2）下圖表示足量Fe粉還原上述KNO3溶液過程中，測出的溶液中相關離子濃度、pH隨時間的變化關系（部分副反應產物曲線略去）。請根據圖中信息寫出t1時刻前該反應的離子方程式 。t1時刻后，該反應仍在進行，溶液中NH4+的濃度在增大，Fe2+的濃度卻沒有增大，可能的原因是 。 （3）該課題組對影響脫氮速率的因素提出了如下假設，請

28、你完成假設二和假設三：假設一：溶液的pH；假設二：_；假設二：_；（4）請你設計實驗驗證上述假設一，寫出實驗步驟及結論。（已知：溶液中的NO濃度可用離子色譜儀測定）實驗步驟及結論：。【解析】（1）因為鐵易生銹，即鐵表面會有鐵的氧化物等雜質，所以要用硫酸除去鐵表面的氧化物等雜質；氧氣具有強氧化性，會氧化生成的Fe2+，為防止該反應的發生必需通入一種保護原性氣體且不能引入雜質，因此可以選用氮氣；（2）由圖像可知反應的產物有Fe2+、NH4+和NO氣體，所以該反應的離子方程式是：4Fe10H+NO34Fe2+NH4+3H2O；t1時刻后，隨著反應的進行，溶液中pH逐漸增大，當pH達到一定程度時就會和

29、反應產生的Fe2+結合，因此其濃度沒有增大；（3）影響反應速率的外界因素比較多，例如溫度、濃度、溶液多酸堿性、固體多表面積等等；（4）要驗證假設一，需要固定其他條件不變，例如硝酸的濃度、反應的溫度、鐵的表面積都必須保持一致，然后在相同時間內測量溶液中NO3的濃度（依據提示：溶液中的NO3濃度可用離子色譜儀測定）來判斷pH不同時對脫氮對反應速率有沒有影響。答案：（1）除去鐵粉表面的氧化物等雜質N2（2）4Fe10H+NO34Fe2+NH4+3H2O；生成的Fe2+水解（或和OH的結合）（3）溫度鐵粉顆粒大小（4）實驗步驟及結論：分別取等體積、等濃度的KNO3溶液于不同的試管中；調節溶液呈酸性且pH各不相同，并通入氮氣；分別向上述溶液中加入足量等質量的同種鐵粉；用離子色譜儀測定相同反應時間時各溶液中NO3的濃度。若pH不同KNO3溶液中，測出的NO3濃度不同，表明pH對脫氮速率有影響，否則無影響。又如學習與評價P203實驗題1，44，5，15【強化訓練1】、答案：（1）2MnO4 + 5H2C2O4 + 6H+ 2Mn2+ + 10CO2+ 8H2O （2）（6分） 物理量實驗序號V（0.05mol/L KMnO4溶液）/mL