九年级化学专题突破实验方案的设计和评价.doc

专题突破十八 实验方案的设计和评价通过实验活动，探讨研究并解决科学研究、生产、生活、环境保护中面临的一些问题是化学学科永恒的主题。在学习中，要求同学们能根据实际情况提出问题、设计实验研究问题、解决问题，在实践活动中巩固知识、提高认识、增强能力。考点1 实验方案的设计基础知识1实验设计的原则原理正确、操作简便、现象明显、药品经济、结论可信。2实验设计题的考查实验仪器的设计和改进、实验装置的设计和改进、制备方案的设计、实验装置组装设计，化学与生产、生活的连接等。解题策略实验设计题，就是由题目提出目标，答案开放，由自己设计实验步骤，选择实验药品，设计实验装置，记录实验现象，分析实验结果，得出正确结论，解决题目提出的问题。实验报告是实验过程的一个重要资料，实验报告就是要将每一步实验的操作、实验的现象、实验结论记录下来，以备实验后进行分析。实验报告的填写必须对现象的描述准确简捷，对结论和解释必须正确完善，观点鲜明，实验内容和装置必须目的明确，识别准确。典型例题例1 某校进行化学实验考查时，教师给了同学们1小包黑色粉末，这种黑色粉末可能是氧化铜、炭粉或者是这两种的混合物，让他们通过实验探究来确定。某同学探究过程如下：(1)【提出假设】假设1：黑色粉末是炭粉；假设2：_；假设3：_。(2)【设计实验方案】他对实验做了如下设想和分析：取少量黑色粉末于烧杯中，并加入过量的稀硫酸。则实验中可能出现的现象与对应结论如下表，请你完成下表。实验中可能出现的现象结论假设1成立 假设3成立(3)【进行实验】通过实验及分析，确定该黑色物质为炭粉和氧化铜的混合物。(4)【拓展】为了进一步探究炭粉和氧化铜的性质，他又利用这种混合物补充做了如下实验：将此黑色粉末隔绝空气加热(若碳完全反应)，待冷却到室温后，取剩余固体于烧杯中，再加入过量稀硫酸，反应完全后，静置。请你回答：烧杯中_(填“有”或“无”)不溶物；若静置后溶液呈无色，则该溶液中溶质是_(写化学式)；若静置后溶液呈蓝色，该反应的化学方程式为：_。解析：这是一道联系常见化学物质因某些性质相似，人们在使用中不易区分而设计的实验探究题。旨在利用一些常见现象、问题培养学生发现问题、研究问题的意识和能力。解答（1）一定要联系题中给出的黑色物质的可能性，由此提出你的猜想或假设：两种物质的三种组合。解答（2）（4），即设计实验方案验证你的三个假设，必须要了解木炭、氧化铜、稀硫酸的性质及相互反应的规律和能否反应呈现出不同现象。木炭H2SO4不反应，黑色的木炭在H2SO4中不会溶解消失。CuO+H2SO4CuSO4+H2O，反应发生，溶液会由无色变为蓝色；由上述知识，不难对（2）作出解答。解答（4）时，一定要理解它的意义和探究实验的基本方法。还应注意到题中关键处的说明，如“隔绝空气加热（碳完全反应）”，应该认识此处有2CuO+C 2Cu+CO2反应发生，此反应中，木炭反应消耗完了，一定没有，生成的Cu一定有，CuO则不能确定，可能有也可能无。答案：（1）黑色粉末是氧化铜黑色粉末是碳粉和氧化铜的混合物（2）无变化溶液变蓝色，黑色粉末溶解；假设2成立溶液变蓝色，仍有部分黑色不溶物（4）有H2SO4CuO+H2SO4CuSO4+H2O新题展示1化学真是太奇妙了，它几乎无处不在，在你的周围时刻不停地发生着变化。同学们让我们踏上探究之旅。（1）提出问题聪聪在用水煮虾过程中发现，青色的生虾煮熟以后颜色变成红色，特别是虾汤的颜色更是鲜红。聪聪想，虾汤中这种红色的物质究竟是什么呢？（2）猜想与假设聪聪猜想，这种红色物质可能像酸碱指示剂一样，遇到酸或碱时，颜色会发生改变。（3）收集证据现在请你设计一个简单的探究活动方案，验证聪聪的猜想。使用试剂实验操作方案可能的实验现象 （4）交流与反思以上探究之旅，对你有什么启示？_。解析：该题从日常生活现象或问题入手，引导并培养了学生注意观察现象、研究问题的意识和能力。同时也让学生了解到科学新发现是如何获得的。解答此题首先要围绕猜想与假设的问题进行思考，其次是理解酸碱指示剂的含义，在此基础上设计探究实验方案，具体内容在题中表格框架下完成并注意探究实验的比较过程。答案：（3）使用试剂实验操作方案可能的实验现象稀盐酸、氢氧化钠溶液(其他酸性或碱性物质均可)把红色的虾汤分成三份：向一份中加入稀盐酸，向另一份中加入氢氧化钠溶液，与第三份进行颜色对比加入酸或碱的两份虾汤的颜色可能发生改变（4）要像聪聪那样，善于观察、善于发现、善于思考、大胆猜想；或猜想要有一定的依据，不能凭空想象；或要通过查阅资料、实验探究认真求证自己的猜想；进行对比实验是一种重要的科学方法（此题为答案开放性试题，有多种答案。同学们若有其它答案，只要从三维目标来回答，言之成理均可）。考点2 实验方案的评价基础知识1实验方案评价的原则理论上是否科学合理、具有严密性；在满足安全性的前提下，是否简便易行；从经济角度考虑，是否节约试剂及降低成本和提高产品质量；从环保角度考虑，是否会给环境造成污染。2实验评价题的考查实验评价要求同学对不同的实验方案进行对比分析，或对已完成的实验原理、装置、效果与实验目的要求进行对比，认识实验的成功与不足，以及可能存在的问题，甚至要求提出改进方案。这是对同学们综合素质的考查。解题策略实验评价题是指由题目提供多套方案，要求从某一角度或某几个方面评价方案的优劣，解题时用批判的思想排除不合理的或不最优的方案，选择、创造更好的方案。典型例题例2 用铁片、铜片、硝酸汞溶液和盐酸四种物质，验证Fe、Cu、Hg；的金属活动性顺序，有如下三种实验方案（选项中FeHCl表示铁片加入盐酸中，FeHg(NO3)2表示铁片加入硝酸汞溶液中，其他文字说明省略）AFeHCl CuHCI CuHg(NO3)2BCuHCl CuHg(NO3)2CFeHg(NO3)2 FeHCl CFeHCI CuHg(NO3)2 FeHg(NO3)2试评价上述三种实验方案，其中最佳的方案是_（写序号）。解析：通过审题可知，解答本题需要两个层面的知识及能力。第一个层面是根据题目的选项，弄清哪个实验能用来验证Fe、Cu、Hg的金属活动性顺序。第二个层面是要判断在可行的方案中，哪个是最佳方案即评价实验方案的优劣。本题的原型是竞赛题。一般讲，评价实验方案的优劣比评价实验方案的正误难度更大，但由于本题只涉及置换反应的有关实验，且综合性又比较小，因而，本题属于较难题。本题把三个方案分别设计为：C错误、B正确但画蛇添足、A正确且简便三个层次，使同学们在解题时不但要考虑“正误”，而且要考虑“最佳”。目前评价实验方案的题目已经开始从高考移植到中考中，应该引起重视。这类题目考查了学生对实验的设计和评价；要求较高复习时应将知识融会贯通，在不断提高学科能力的基础上强化。“创新”意识和“评价”意识，进一步提高分析问题和解决问题的能力。检验金属的活动性顺序通常有以下两种方法：（1）一种金属跟另一种金属的盐溶液发生反应，能将金属从其盐溶液中置换出来，可以说明被置换出来的金属的活动性弱。（2）一种金属能跟酸发生置换反应，另一种金属不能跟酸发生置换反应，说明前者的金属活动性强于后者。有金属A和B、C的盐溶液。若A不能将B、C从它们的盐溶液中置换出来，则不能比较A、B、C的金属活动性。例如，Cu不能从ZnSO4溶液中置换出Zn的实验不足以说明Zn的金属活动性强于Cu。答案： A新题展示2实验室用铁、氧化铜、硫酸为原料制取铜，某同学设计了两个实验方案：AFe H2CuBCuOCuSO4Cu两个实验方案中最好的是_，理由是_解析：根据学过的化学知识，上述两个实验方案都能达到实验目的。然而，要评价两个实验方案哪个更好，应从操作的简便、原料的廉价、对环境的污染、产率等多方面进行分析。铁跟稀硫酸反应可以生成氢气，用氢气还原氧化铜可以得到单质铜。氧化铜跟稀硫酸反应可以得到硫酸铜溶液，铁跟硫酸铜溶液发生置换反应也可以得到单质铜。比较两个实验设计：从原料看，所用原料完全相同；从对环境的污染看，两个实验均无污染环境的气体产生；从操作及产率看，A需要做氢气还原氧化铜的实验，该实验要对氢气和氧化铜进行加热，有一定的危险性。另外，该实验是气体和固体发生反应，氢气的浪费比较严重。而B实验则是在溶液中进行反应，操作简便，产率高，节约原料。对于物质制备的实验，一般应具备反应环节少、产率高、操作简便、对环境无污染等优点。反应环节少是指能通过两步反应完成的，一般不要选择三步反应来完成；操作简便是指为完成该实验所应进行的实验操作应简便易行，能用加热操作完成的就决不采用高温操作；对环境无污染是指要选择那些不产生对环境有污染的物质（如一氧化碳、二氧化硫）的反应等。答案：B 节约原料，不需要热源，没有爆炸危险二、考点突破解答此类试题时，一是要遵循上述原则，二是要有创新意识，三是围绕目标理清思路，制定步骤。三、命题趋势1化学实验评价是培养学生进行实验设计，利用实验探究问题的重要过程，也就是说实验评价是学生学会利用实验进行科学研究的基础、实验方案设计的基础。它包括实验原理及方案的评价、实验装置的评价、实验操作的评价、实验现象的描述与结论分析的评价等等。考查热点多是课本上重要的化学实验方案，联系生产、生活实际、环境保护设计出的实验方案。2科学的发现、进步离不开人类对自然界的研究，科学研究无疑离不开对事物的观察、问题的提出、问题的思考，再通过实践活动或实验活动的研究，最终解决问题，得出科学的发现与结论。因此，科学离不开实践与实验，化学实验是学好化学的基础。科学研究、生产、生活中常面临许多问题，要探讨研究这些问题、解决这些问题，我们就应该学会用实验方法去验证。这就要求我们能根据实际情况提出问题、设计实验研究问题、解决这些问题，达到巩固知识、提高认识、增强能力的目的。考查的热点和趋势是以化学实验为基础，联系生产、生活或从环保角度去发现问题，设计实验去探讨和解决实际问题。