實驗方案的設計與評價

專題突破實驗方案的設計和評價

通過實驗活動，**研究並解決科學研究、生產、生活、環境保護中面臨的一些問題是化學學科永恆的主題。在學習中，要求同學們能根據實際情況提出問題、設計實驗研究問題、解決問題，在實踐活動中鞏固知識、提高認識、增強能力。

考點1 實驗方案的設計

［基礎知識］

1．實驗設計的原則

原理正確、操作簡便、現象明顯、藥品經濟、結論可信。

2．實驗設計題的考查

實驗儀器的設計和改進、實驗裝置的設計和改進、製備方案的設計、實驗裝置組裝設計，化學與生產、生活的連線等。

［解題策略］

實驗設計題，就是由題目提出目標，答案開放，由自己設計實驗步驟，選擇實驗藥品，設計實驗裝置，記錄實驗現象，分析實驗結果，得出正確結論，解決題目提出的問題。

實驗報告是實驗過程的乙個重要資料，實驗報告就是要將每一步實驗的操作、實驗的現象、實驗結論記錄下來，以備實驗後進行分析。實驗報告的填寫必須對現象的描述準確簡捷，對結論和解釋必須正確完善，觀點鮮明，實驗內容和裝置必須目的明確，識別準確。

［典型例題］

例1 某校進行化學實驗考查時，教師給了同學們1小包黑色粉末，這種黑色粉末可能是氧化銅、炭粉或者是這兩種的混合物，讓他們通過實驗**來確定。某同學**過程如下：

(1)【提出假設】

假設1：黑色粉末是炭粉；

假設2假設3(2)【設計實驗方案】

他對實驗做了如下設想和分析：

取少量黑色粉末於燒杯中，並加入過量的稀硫酸。則實驗中可能出現的現象與對應結論如下表，請你完成下表。

(3)【進行實驗】

通過實驗及分析，確定該黑色物質為炭粉和氧化銅的混合物。

(4)【拓展】

為了進一步**炭粉和氧化銅的性質，他又利用這種混合物補充做了如下實驗：將此黑色粉末隔絕空氣加熱(若碳完全反應)，待冷卻到室溫後，取剩餘固體於燒杯中，再加入過量稀硫酸，反應完全後，靜置。

請你回答：

①燒杯中填「有」或「無」)不溶物；

②若靜置後溶液呈無色，則該溶液中溶質是寫化學式)；

③若靜置後溶液呈藍色，該反應的化學方程式為

解析：這是一道聯絡常見化學物質因某些性質相似，人們在使用中不易區分而設計的實驗**題。旨在利用一些常見現象、問題培養學生發現問題、研究問題的意識和能力。解答（1）一定要聯絡題中給出的黑色物質的可能性，由此提出你的猜想或假設：

兩種物質的三種組合。解答（2）（4），即設計實驗方案驗證你的三個假設，必須要了解木炭、氧化銅、稀硫酸的性質及相互反應的規律和能否反應呈現出不同現象。

木炭＋h2so4不反應，黑色的木炭在h2so4中不會溶解消失。

cuo+h2so4＝cuso4+h2o，反應發生，溶液會由無色變為藍色；由上述知識，不難對（2）作出解答。解答（4）時，一定要理解它的意義和**實驗的基本方法。還應注意到題中關鍵處的說明，如「隔絕空氣加熱（碳完全反應）」，應該認識此處有2cuo+c 2cu+co2↑反應發生，此反應中，木炭反應消耗完了，一定沒有，生成的cu一定有，cuo則不能確定，可能有也可能無。

答案：（1）黑色粉末是氧化銅黑色粉末是碳粉和氧化銅的混合物

（2）①無變化

②溶液變藍色，黑色粉末溶解；假設2成立

③溶液變藍色，仍有部分黑色不溶物

（4）①有

②h2so4

③cuo+h2so4＝cuso4+h2o

［新題展示］

1．化學真是太奇妙了，它幾乎無處不在，在你的周圍時刻不停地發生著變化。同學們讓我們踏上**之旅。

（1）［提出問題］

聰聰在用水煮蝦過程中發現，青色的生蝦煮熟以後顏色變成紅色，特別是蝦湯的顏色更是鮮紅。聰聰想，蝦湯中這種紅色的物質究竟是什麼呢？

（2）［猜想與假設］

聰聰猜想，這種紅色物質可能像酸鹼指示劑一樣，遇到酸或鹼時，顏色會發生改變。

（3）［收集證據］

現在請你設計乙個簡單的**活動方案，驗證聰聰的猜想。

（4）［交流與反思］

以上**之旅，對你有什麼啟示？

解析：該題從日常生活現象或問題入手，引導並培養了學生注意觀察現象、研究問題的意識和能力。同時也讓學生了解到科學新發現是如何獲得的。解答此題首先要圍繞猜想與假設的問題進行思考，其次是理解酸鹼指示劑的含義，在此基礎上設計**實驗方案，具體內容在題中**框架下完成並注意**實驗的比較過程。

答案：（3）（4）要像聰聰那樣，善於觀察、善於發現、善於思考、大膽猜想；或猜想要有一定的依據，不能憑空想象；或要通過查閱資料、實驗**認真求證自己的猜想；進行對比實驗是一種重要的科學方法（此題為答案開放性試題，有多種答案。同學們若有其它答案，只要從三維目標來回答，言之成理均可）。

考點2 實驗方案的評價

［基礎知識］

1．實驗方案評價的原則

①理論上是否科學合理、具有嚴密性；

②在滿足安全性的前提下，是否簡便易行；

③從經濟角度考慮，是否節約試劑及降低成本和提高產品質量；

④從環保角度考慮，是否會給環境造成汙染。

2．實驗評價題的考查

實驗評價要求同學對不同的實驗方案進行對比分析，或對已完成的實驗原理、裝置、效果與實驗目的要求進行對比，認識實驗的成功與不足，以及可能存在的問題，甚至要求提出改進方案。這是對同學們綜合素質的考查。

［解題策略］

實驗評價題是指由題目提供多套方案，要求從某一角度或某幾個方面評價方案的優劣，解題時用批判的思想排除不合理的或不最優的方案，選擇、創造更好的方案。

［典型例題］

例2 用鐵片、銅片、硝酸汞溶液和鹽酸四種物質，驗證fe、cu、hg；的金屬活動性順序，有如下三種實驗方案（選項中fe＋hcl表示鐵片加入鹽酸中，fe＋hg(no3)2表示鐵片加入硝酸汞溶液中，其他文字說明省略）

a．fe＋hcl cu＋hcicu＋hg(no3)2

b．cu＋hcl cu＋hg(no3)2

c．fe＋hg(no3)2 fe＋hcl

c．fe＋hci cu＋hg(no3)2 fe＋hg(no3)2

試評價上述三種實驗方案，其中最佳的方案是寫序號）。

解析：通過審題可知，解答本題需要兩個層面的知識及能力。第乙個層面是根據題目的選項，弄清哪個實驗能用來驗證fe、cu、hg的金屬活動性順序。

第二個層面是要判斷在可行的方案中，哪個是最佳方案即評價實驗方案的優劣。

本題的原型是競賽題。一般講，評價實驗方案的優劣比評價實驗方案的正誤難度更大，但由於本題只涉及置換反應的有關實驗，且綜合性又比較小，因而，本題屬於較難題。本題把三個方案分別設計為：

c．錯誤、b．正確但畫蛇添足、a．正確且簡便三個層次，使同學們在解題時不但要考慮「正誤」，而且要考慮「最佳」。目前評價實驗方案的題目已經開始從高考移植到中考中，應該引起重視。

這類題目考查了學生對實驗的設計和評價；要求較高．複習時應將知識融會貫通，在不斷提高學科能力的基礎上強化。「創新」意識和「評價」意識，進一步提高分析問題和解決問題的能力。

檢驗金屬的活動性順序通常有以下兩種方法：

（1）一種金屬跟另一種金屬的鹽溶液發生反應，能將金屬從其鹽溶液中置換出來，可以說明被置換出來的金屬的活動性弱。

（2）一種金屬能跟酸發生置換反應，另一種金屬不能跟酸發生置換反應，說明前者的金屬活動性強於後者。

有金屬a和b、c的鹽溶液。若a不能將b、c從它們的鹽溶液中置換出來，則不能比較a、b、c的金屬活動性。例如，cu不能從znso4溶液中置換出zn的實驗不足以說明zn的金屬活動性強於cu。

答案： a

［新題展示］

2．實驗室用鐵、氧化銅、硫酸為原料製取銅，某同學設計了兩個實驗方案：

a．fe h2 cu

b．cuocuso4 cu

兩個實驗方案中最好的是理由是

解析：根據學過的化學知識，上述兩個實驗方案都能達到實驗目的。然而，要評價兩個實驗方案哪個更好，應從操作的簡便、原料的廉價、對環境的汙染、產率等多方面進行分析。

鐵跟稀硫酸反應可以生成氫氣，用氫氣還原氧化銅可以得到單質銅。氧化銅跟稀硫酸反應可以得到硫酸銅溶液，鐵跟硫酸銅溶液發生置換反應也可以得到單質銅。比較兩個實驗設計：

從原料看，所用原料完全相同；從對環境的汙染看，兩個實驗均無汙染環境的氣體產生；從操作及產率看，a需要做氫氣還原氧化銅的實驗，該實驗要對氫氣和氧化銅進行加熱，有一定的危險性。另外，該實驗是氣體和固體發生反應，氫氣的浪費比較嚴重。而b實驗則是在溶液中進行反應，操作簡便，產率高，節約原料。

對於物質製備的實驗，一般應具備反應環節少、產率高、操作簡便、對環境無汙染等優點。反應環節少是指能通過兩步反應完成的，一般不要選擇三步反應來完成；操作簡便是指為完成該實驗所應進行的實驗操作應簡便易行，能用加熱操作完成的就決不採用高溫操作；對環境無汙染是指要選擇那些不產生對環境有汙染的物質（如一氧化碳、二氧化硫）的反應等。

答案：b 節約原料，不需要熱源，沒有**危險

二、考點突破

解答此類試題時，一是要遵循上述原則，二是要有創新意識，三是圍繞目標理清思路，制定步驟。

三、命題趨勢

1．化學實驗評價是培養學生進行實驗設計，利用實驗**問題的重要過程，也就是說實驗評價是學生學會利用實驗進行科學研究的基礎、實驗方案設計的基礎。它包括實驗原理及方案的評價、實驗裝置的評價、實驗操作的評價、實驗現象的描述與結論分析的評價等等。考查熱點多是課本上重要的化學實驗方案，聯絡生產、生活實際、環境保護設計出的實驗方案。

2．科學的發現、進步離不開人類對自然界的研究，科學研究無疑離不開對事物的觀察、問題的提出、問題的思考，再通過實踐活動或實驗活動的研究，最終解決問題，得出科學的發現與結論。因此，科學離不開實踐與實驗，化學實驗是學好化學的基礎。

科學研究、生產、生活中常面臨許多問題，要**研究這些問題、解決這些問題，我們就應該學會用實驗方法去驗證。這就要求我們能根據實際情況提出問題、設計實驗研究問題、解決這些問題，達到鞏固知識、提高認識、增強能力的目的。考查的熱點和趨勢是以化學實驗為基礎，聯絡生產、生活或從環保角度去發現問題，設計實驗去**和解決實際問題。

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