2010高考化学解题技巧与应试策略系列24

策略24　化学实验方案的设计与评价技巧
金点子：
设计性实验主要有以下三种形式：(1) 在演示实验或学生实验的基础上加以改装，并在条件或器材上加以限制。(2) 给定实验器材，要求考生根据所学知识自行设计实验方案和过程以完成实验。(3) 只提实验目的，要求考生自行选择实验器材，安排实验步骤，设计实验数据处理方法以及分析实验误差。
设计性实验看似新颖，变化多端，但万变不离其宗，这个“宗”，就是在中学阶段学过的实验原理和方法。因此，在解答设计性实验题时，一是要注意与我们学过的实验联系起来，尤其是注意学过的实验原理和方法。二是应注意几个设计原则：(1)科学性原则。方案所依据的原理要符合基本规律，并能通过实验现象揭露其本质，达到测量、研究和探索的目的。(2)安全性原则。实验设计时应避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。(3)可行性原则。实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在中学现有的实验条件下能够得到满足。(4)简约性原则。实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。
化学实验方案的评价要求与实验设计的要求相同。即遵守实验方案设计的四大原则。

经典题：
例题1 ：（1997年全国高考）甲基丙烯酸甲酯是世界上年产量超过100万吨的高分子单体,旧法合成的反应是：(CH3)2C＝O+HCN→(CH3)2C(OH)CN
 (CH3)2C(OH)CN+CH3OH+H2SO4—→CH2＝C(CH3)COOCH3+NH4HSO4
 90年代新法的反应是:
 与旧法比较, 新法的优点是                 (     )
A．原料无爆炸危险                  B．原料都是无毒物质
C．没有副产物,原料利用率高          D．对设备腐蚀性较小
方法：从反应条件、反应中消耗的物质，以及使用的物质有无毒性等多方面分析。
捷径：新法中的丙炔、CO都是易燃易爆的气体，且CO有毒，所以A、B都舍去。新法中只有一种产物，所以C正确。老法中使用了硫酸，易腐蚀设备，而新法中无酸性物质，所以对设备腐蚀性较小，D正确。以此得答案为C D。
总结：通过新旧之间条件、原料、毒性的比对，采用淘汰法方可快速获得结果。
例题2 ：（1998年全国高考）按下列实验方法制备气体，合理又实用的是（    ）
 A．锌粒与稀硝酸反应制备氢气
 B．向饱和氯化钠溶液中滴加浓硫酸制备HCl
 C．亚硫酸钠与浓硫酸反应制备SO2
 D．大理石与浓硫酸反应制备CO2
方法：从实验原理上去分析。
捷径：锌粒与硝酸反应不能制备H2，只能生成氮的氧化物；氯化氢气体是固体氯化钠与浓硫酸共热而制得；大理石与浓硫酸反应生成微溶于水的CaSO4，而CaSO4覆盖在大理石上，不可能使反应进行完全、迅速。故合理又实用的是C。
总结：制备气体合理即符合化学反应原理，如A反应不能生成H2，B中因反应物的状态不符合反应要求，D反应虽然能制取少量CO2气体，但因生成微溶物而使反应中断。当然，若反应太快也不能控制，如用金属钾制氢气，也不能算作合理的方案。实用应符合便于操作，得到气体纯净，反应时间适宜等条件。
例题3 ：（1992年三南高考）三位学生设计了下述三个方案, 并都认为如果观察到的现象和自己设计的方案一致, 即可确证试液中有SO42—。
 
试评价上述各种方案是否严密, 并分别说明理由。
方法：从实验现象分析，是否有其它离子也具有相同的现象。
捷径：从实验现象分析知：甲方案不严密,因为含有Ag+(或Hg22+、Pb2+),而不含SO42－的无色透明溶液,也会出现此方案的现象。
 
 
总结：确证试液中有SO42—的方法是：在溶液中首先加入足量的稀盐酸，若无沉淀出现，证明没有离子与H+或Cl－产生沉淀，再加入BaCl2溶液产生沉淀，证明只有SO42—。
例题4 ：（2002年全国高考）已知化合物甲和乙都不溶于水，甲可溶于质量分数大于或等于98%的硫酸，而乙不溶。现有一份甲和乙的混合物样品，通过实验进行分离，可得到固体甲。(实验中使用的过滤器是用于过滤强酸性液体的耐酸过滤器。)
请填写表中空格，完成由上述混合物得到固体甲的实验设计。
序号 实验步骤 简述实验操作(不必叙述如何组装实验装置)
① 溶解 将混合物放入烧杯中，加入98% H2S04 ，充分搅拌直到固体不再溶解。
②  
③  
④  
⑤ 洗涤沉淀 
⑥ 检验沉淀是否洗净 
方法：根据题中信息“甲可溶于质量分数大于或等于98%的硫酸，而乙不溶”，利用98%的硫酸先溶解甲，再通过稀释，获得乙的沉淀物，过滤即可得到乙。
捷径：从方法、原理和操作要求得：
序号 实验步骤 简述实验操作(不必叙述如何组装实验装置)
① 溶解 将混合物放入烧杯中，加入98% H2S04 ，充分搅拌直到固体不再溶解。
② 过滤 安装好过滤装置，将①的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器中过滤。
③ 稀释（或沉淀） 在另一烧杯中，放入适量蒸馏水，将②的滤液沿玻璃棒慢慢加入该烧杯中，并不断搅拌。
④ 过滤 重新安装过滤装置，将③的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器中过滤。
⑤ 洗涤沉淀 向④的过滤器中注入少量蒸馏水，使水面浸过沉淀物，等水滤出后，再次加水洗涤，连洗几次。
⑥ 检验沉淀是否洗净 用小试管从⑤的漏斗下口取少量洗出液，滴入BaCl2溶液，没有白色沉淀，说明沉淀已洗净。
总结：此题为一新情境题，要求考生从题中信息分析获解。
例题5 ：（2001年全国高考）回答下面问题：
（l）分离沸点不同但又互溶的液体混合物，常用什么方法？                 。
（2）在分液漏斗中用一种有机溶剂提取水溶液里的某物质时，静量分层后，如果不知道哪一层液体是“水层”，试设计一种简便的判断方法。                       。
方法：(1)根据混合物性质确定分离方法，(2)根据水与有机溶剂溶解性的不同确定判断方法。
捷径：（1）因液体混合物的沸点不同，但又互溶。故选用蒸馏方法。
（2）采取在下层液体中加水，看是否分层来确定。方法是：取一支小试管，打开分液漏斗的活塞，慢慢放出少量液体，往其中加入少量水，如果加水后，试管中的液体不分层，说明分液漏斗中，下层是“水层”，反之，则上层是水层。
总结：本题的第(2)问虽属易题，但如不能从水与有机物溶解性的不同去考虑，正确作答仍是有一定困难的。
例题6 ：（1998年全国高考）测定一定质量的铝锌合金与强酸溶液反应产生的氢气的体积，可以求得合金中铝和锌的质量分数。现有下列实验用品：中学化学实验常用仪器、800mL烧杯、100mL量筒、短颈玻璃漏斗、铜网、铝锌合金样品、浓盐酸（密度1.19g/mL）、水。按图示装置进行实验，回答下列问题。（设合金样品完全反应，产生的气体体积不超过100 mL）
（1）补充下列实验步骤，直到反应开始进行（铁架台和铁夹的安装可省略）：
①将称量后的合金样品用铜网小心包裹好，放在800 mL烧杯底部，把短颈漏斗倒扣在样品上面。
                                                                      。
（2）合金样品用铜网包裹的目的是：                                        。
方法：根据实验要求和物质性质确定补充的实验步骤和部分操作的目的。
捷径：（1）依据巳写出的第一步操作，要使反应得以进行，其它步骤为：②往烧杯中注入水，直至水面没过漏斗颈（没答水面没过漏斗颈算错）。③在100 mL量筒中装满水，倒置在盛水的烧杯中（量筒中不应留有气泡），使漏斗颈插入量筒中。烧杯中水面到杯口至少保留约100 mL空间。④将长颈漏斗（或玻璃棒）插入烧杯并接近烧杯底部，通过它慢慢加入浓盐酸，直至有气体产生。
 （2）合金样品用铜网包裹的目的是：使样品在反应时能保持在烧杯底适当的位置（或避免反应时样品漂浮）。
总结：(1) 实验步骤顺序写错，或者步骤②中加入盐酸，则不论其它步骤回答是否正确，评分时均算错。(2)中合金样品用铜网包裹的目的有，部分考生未能考虑到反应物有气体生成，可能造成固体漂浮，而错误认为起原电池的作用而出错。
例题7 ：（1994年全国高考）氨跟氧化铜反应可以制备氮气（2NH3 + 3CuO     3Cu + 3H2O + N2）。而氮气跟镁在高温下反应可得到氮化镁,但氮化镁遇水即反应生成Mg(OH)2和NH3。下面是甲、乙两位学生提出的制备氮化镁的两种实验方案示意框图(实验前系统内的空气已排除；图中箭头表示气体的流向)。
填空和回答问题:
(1)甲、乙两生提出的实验方案是否能制得氮化镁？(填"能"或"不能")甲   乙    。
 
小题不用回答)。
答：                                                               。
方法：
捷径：(1)甲：不能，乙：能 (2)甲方案中反应产生的NH3全部被H2SO4吸收,不能进行后续反应.

总结：乙方案由NH4Cl与Ca（OH）2固体加热制取NH3，NH3与CuO加热反应生成N2，通过水除去未反应的NH3，经浓H2SO4干燥后得纯净N2，再与镁反应得氮化镁。甲方案第一步制得NH3，第二步后得干燥NH3，通过浓硫酸后，氨气全部被吸收，无法再进行反应。
例题8 ：（2001年上海高考）用实验确定某酸HA是弱电解质，两同学的方案是：
甲：①称取一定质量的HA配制0.1 mol/L的溶液100 mL；
    ②用pH试纸测出该溶液的pH值，即可证明HA是弱电解质。
乙：①用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸，分别配制pH=1的两种酸溶液各100mL；
   ②分别取这两种溶液各10mL，加水稀释为100mL；
   ③各取相同体积的两种稀释液装入两个试管，同时加入纯度相同的锌粒，观察现象，即可证明HA溶液是弱电解质。
（1）在两个方案的第①步中，都要用到的定量仪器是                    。
（2）甲方案中，说明HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH   1（选填﹥、﹤、=）。
乙方案中，说明HA是弱电解质的现象是            （多选扣分）
a．装HCl溶液的试管中放出H2的速率快；
b．装HA溶液的试管中放出H2的速率快；
c．两个试管中产生气体速率一样快。
（3）请你评价：乙方案中难以实现之处和不妥之处          、               。
（4）请你再提出一个合理而比较容易进行的方案（药品可任取），作简明扼要表述。
                                              。
方法：根据实验要求，对实验方案进行评价，并根据实验要求接合物质的性质再进行实验设计。
捷径： （1）两个方案的第①步均为物质的量浓度溶液的配制，因此都要用到的定量仪器是100mL的容量瓶。
（2）因HA为弱电解质，只有部分电离，故0.1 mol/L的溶液pH﹥1，乙方案中，因开始时两酸的pH相同，在稀释相同的倍数后，弱酸的电离程度增大，造成其c(H+)大于强酸中的c(H+)，故与纯度相同的锌粒反应，装HA溶液的试管中放出H2的速率快。选b。
（3）乙方案中难以实现之处为：如果酸极弱，则配制pH=1的HA溶液难以实现。不妥之处在于加入的锌粒难以做到表面积相同。 
（4）配制HA酸的钠盐(NaA)溶液，测其pH，如果pH﹥7，即可证明HA是弱电解质。
总结：用实验某HA酸的方法较多，除题目提供的两种之外，还有①分别配制0.1 mol· L—1的HA和HCl各10mL，分别测定其电阻（尽量使两电极的距离保持相等）电阻大的为弱电解质。 ②配制HA溶液10mL，测其pH，再将溶液稀释到1000mL，再测其pH，若pH增加不足2，说明HA为弱电解质。 ③配制NaA溶液，测其pH﹥7，证明HA为弱电解质。其中最简单为捷径中提供的方法。
此题的评分中另加了一个要求，即本题的第(4)问的解答，若操作简单、现象明显、又不是化学教材中讲过的常规方法应属创新，经认可后可给予奖励，奖励分不超过2分。第Ⅱ卷得分不超过84分。

金钥匙：
例题1 ：要溶解同样一小块Ag，用下列何种酸最好（   ）
Ａ．浓盐酸         Ｂ．稀盐酸        Ｃ．浓硝酸            Ｄ．稀硝酸
方法：从能否反应及反应用量分析。
捷径：浓、稀盐酸跟Ag均不反应。又因为在同量的Ag溶解时，消耗的稀HNO3少，产生的有毒气体NO也少，故应选D。
总结：此题实为中学化学中银镜反应的后处理问题。部分考生未能从反应的用量分析，而仅从反应的快慢判断，因而极易错选C。
例题2 ：用明矾制取Al2（SO4）3晶体和K2SO4晶体，除明矾外，已备好的用品有蒸馏水、氨水、pH试纸。问：
（1）除上述药品外，还缺少的试剂有                 。  
（2）该实验的操作过程：先把明矾溶于          中，再加入        而后过滤。向滤渣中加入         ，到滤渣刚好溶解为止，将所得溶液加热蒸发，可得         晶体；向滤液中加入           ，加热至无刺激性气味的气体产生为止，再加入        ，调节溶液至中性，加热蒸发，可得           晶体。
（3）理论上得Al2（SO4）3与K2SO4物质的量之比             。
方法：明矾的成分是KAl（SO4）2·12H2O，要制取Al2（SO4）3晶体和K2SO4晶体，实际上也就是利用物理及化学方法将其分开。
捷径：首先将KAl（SO4）2·12H2O溶于水，然后用氨水沉淀Al3+，同时生成K2SO4和（NH4）2SO4，在沉淀Al（OH）3中加入硫酸即得Al2（SO4）3，在滤液中加入KOH溶液，加热可得K2SO4溶液。由实验操作原理可知，产物Al2（SO4）3与K2SO4物质的量之比，取决于明矾KAl（SO4）2·12H2O中Al3+和SO42—的物质的量之比。n（Al3+）︰n（SO42—）=1︰2，产物n{Al2（SO4）3}︰n(K2SO4)=1︰4。但是，将（NH4）2SO4转化为K2SO4这一步中加入了过量的KOH溶液，然后加硫酸，在调节溶液至中性过程中又有K2SO4生成，所以最终n{Al2（SO4）3}︰n(K2SO4)﹤1︰4。故得此题的答案为：（1）硫酸、氢氧化钾溶液   （2）蒸馏水   氨水   硫酸  Al2（SO4）3  KOH溶液    硫酸   硫酸钾（3）﹤1︰4 。
总结：本题是一道实验题，主要考查了Al3+→Al（OH）3→Al3+的过程及（NH4）2SO4溶液与过量KOH溶液反应，然后用H2SO4溶液中和过量KOH溶液等的问题。部分考生忽视了在调节溶液至中性的过程中又有K2SO4生成，而错误认为理论上得Al2（SO4）3与K2SO4物质的量之比为1：4。
例题3 ：从含有氯化铝、硫酸钾的废液中提取氯化铝，应加入什么试剂？请设计实验操作，并写出有关反应的化学方程式。
方法：解答该题要从获得纯净氯化铝来考虑，方法只有一个，即将氯化铝首先转化成沉淀，然后再用盐酸溶解。
捷径：若按正向思考，只要加入某一试剂除去硫酸钾即可，许多同学似乎看准了SO42-而选择了BaCl2试剂，殊不知废液中K+没有除去，故选择BaCl2试剂行不通。若逆向思考，先把AlCl3转化为Al(OH)3，然后再过滤、洗涤，最后再加入盐酸后方可达到目的。实验操作的设计要求写出实验步骤。其余方程式略。
总结：化学中物质的提纯类试题较多，在解题时，必须考虑“纯净”二字，不仅要除去原有杂质，也不能引入新的杂质。
例题4 ：亚硝酸钠(NaNO2)可用做水泥施工的抗冻剂。它易溶于水，有咸味，既有氧化性，又有还原性。在酸性溶液中它能氧化I－和Fe2+。它能将人体内血红蛋白里所含的Fe2+氧化为Fe3+使人中毒，在建筑工地上曾多次发生将亚硝酸钠误作食盐食用，导致民工中毒的事件。亚硝酸钠和酸反应生成亚硝酸，亚硝酸是不稳定的弱酸，它只存在于冷的稀溶液中，易发生如下分解反应：3HNO2=2NO↑+HNO3+H2O。 从浓醋酸、氨水、纯碱、稀盐酸、KI―淀粉溶液中选择适当的物质做试剂，用两种简单的化学实验鉴别亚硝酸钠和氯化钠。试写出两种实验方法使用的试剂和据此鉴别它们的现象。
方法一：（只用一种试剂）试剂__________，现象__________________________。
方法二：试剂__________，现象_________________________________________。
方法：根据在酸性溶液中亚硝酸钠能氧化I－和Fe2+，亚硝酸钠和酸反应能生成亚硝酸，亚硝酸是不稳定的弱酸，它只存在于冷的稀溶液中，易发生如下分解反应：3HNO2=2NO↑+HNO3+H2O。利用亚硝酸钠的氧化性和不稳定性即可解决。
捷径：方法一：（只用一种试剂）试剂：浓醋酸或稀盐酸。现象：放亚硝酸钠的试管上部出现红棕色有刺激性气味的气体，放氯化钠的试管无明显变化。方法二：试剂：稀盐酸、KI－淀粉溶液。现象：放亚硝酸钠的试管溶液变成蓝色，而放氯化钠的试管无明显变化。
总结：从实验中提取有用信息，分析整理信息，重在理解，然后才能触类旁通、举一反三。
例题6 ：用电石与水反应制取的乙炔中，往往含有H2S等杂质，几位同学分别提出用NaOH溶液，高锰酸钾溶液，CuSO4溶液除去H2S，经分析、比较，最后确定用CuSO4溶液除去H2S。请回答：
(1)选用NaOH溶液的理由是________，排除选用NaOH溶液的原因是_____________。
(2)选用KMnO4溶液理由是_________，排除选用KMnO4溶液的原因是____________。
(3)选用CuSO4溶液的理由是_________，确定选用CuSO4溶液的主要原因是_______。
(4)可用于代替CuSO4溶液的其他试剂还有_______________（写出一种即可）。
方法：利用H2S的性质，从除尽H2S，又不与乙炔反应来考虑。
捷径： (1)NaOH可中和H2S；中和反应放热，生成的HS－或S2－均可水解，在加热条件下，难以除净H2S。
(2)KMnO4可氧化H2S；KMnO4也可氧化C2H2。
(3)H2S与CuSO4溶液反应生成不溶于H2SO4的CuS沉淀  ，此反应现象明显，且CuSO4溶液不与C2H2反应。
(4)可用醋酸铅[Pb(CH3COO)2]溶液，其原理与CuSO4溶液相同。  
总结：对是否选用NaOH溶液来除去H2S是该题的易错点。部分考生未能从盐类水解的角度去分析而造成错误。
例题7 ：有一瓶浅绿色的硫酸亚铁晶体，由于保存不善，又放置了很长时间，怀疑它可能被氧化。试用实验证明它是部分被氧化，还是全部被氧化？写出实验报告。  
方法：从实验报告书写要求出发，依据实验目的写出实验报告。
捷径：实验目的：通过实验证明一瓶浅绿色的硫酸亚铁晶体，是部分被氧化，还是全部被氧化。
实验原理：FeSO4被空气氧化，可生成Fe2(SO4)3。FeSO4溶液可与KMnO4溶液反应使之褪色。Fe2(SO4)3溶液可与KSCN溶液生成血红色的络离子[Fe(SCN)]2?。根据以上反应中的颜色变化，进行验证。
实验药品：稀H2SO4、KMnO4溶液、KSCN溶液。
实验步骤：(1)取少量晶体溶于水，加稀硫酸酸化，分装于a、b两支试管里，在a中滴加KMnO4溶液，若紫色不断退去即证明有FeSO4存在。(2)在b中，若滴加KSCN溶液有血红色物质出现，则证明有Fe2(SO4)3存在，说明原FeSO4发生了氧化。
实验结论：根据实验(1)，(2)，若既可使KMnO4溶液退色，又能出现血红色，则证明FeSO4部分被氧化，若无血红色物质出现，说明没有被氧化。若不能使KMnO4溶液褪色，说明原FeSO4已全部被氧化。
总结：因要证明硫酸亚铁晶体是部分被氧化，还是全部被氧化，因而要从Fe2+和Fe3+两方面去考虑。实验报告的书写，必须写明：实验目的、实验原理、实验药品、实验步骤和实验结论。
例题8 ：氯酸钾含有钾、氯、氧三种元素，用什么方法可以检验出这三种元素的存在？ 
方法：利用焰色反应和化学反应中的现象确定。
捷径：(1)用白金丝蘸取试样(氯酸钾)，在火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃片，看到紫色的火焰，证明试样中含有钾元素。
(2)将试样放在试管中加热分解，放出的气体能使带余烬木条复燃，证明试样中含有氧元素。
(3)将试样分解后的产物少许，溶于水中，加入几滴硝酸银溶液，若生成白色沉淀，再加入稀硝酸，白色沉淀不溶解，则证明试样中有氯元素。
总结：元素的检验既要利用化学反应，又用注意反应过程中的现象。其中氯酸钾中氯元素的检验，需通过反应将+5价的氯转变成－1价的氯，再用硝酸银溶液检验。
例题9 ：试设计一个在实验室中制取并收集少量二氧化碳的实验，并证明二氧化碳水溶液的酸性和碳酸的不稳定性。 
方法：根据题中“制取，同时证明”的要求，利用反应原理，对实验进行设计。
捷径：(a) 实验装置如右图（因CO2在水中的溶解度不大，所以可把导气管直接插到水中）。
(ｂ) 收集CO2可通过向上排空气法。
(c) 证明二氧化碳的水溶液的酸性，可将二氧化碳通入事先滴有紫色石蕊试液的盛水的试管里，随着气体的通入，试管里的液体逐渐变红，证明二氧化碳水溶液具有酸性。
 将试管取下用试管夹夹持，放在酒清灯焰上加热，若有气体放出，同时试管中的红色消失，恢复紫色，可证明碳酸不稳定。因CO2＋H2O=H2CO3(能使紫色石蕊变红)，H2CO3 CO2＋H2O(碳酸分解，石蕊液紫色恢复)。
总结：此题的难点不在CO2的制取，而在通过实验证明二氧化碳水溶液的酸性和碳酸的不稳定性。在进行实验设计时，要从指示剂（或碱与指示剂的混合物）的颜色变化来证明酸性，而证明碳酸的不稳定性，也要考虑到通过分析前与分解后现象的不同确定。
例题10 ： 设计实验：只用BaCl2溶液作试剂，鉴别Na2SO3溶液和稀H2SO4。要求：只写出实验方法、现象和结论。 
方法：BaCl2与Na2SO3、H2SO4分别反应的化学方程式为：
BaCl2+Na2SO3==BaSO4↓+2NaCl   BaCl2+H2SO4==BaSO4↓+2HCl
化学反应中，现象及产物的化学性质有如下异同点：
都产生白色沉淀；NaCl使溶液呈中性，HCl使溶液显酸性；BaSO3溶于酸，BaSO4不溶于酸。
因试剂不足，此时可挖掘潜力、就地取材，用加BaCl2后的溶液做补充试剂。
捷径：取Na2SO3溶液、H2SO4各2 mL分别盛于标记为A、B的两支试管中（注意：Na2SO3、H2SO4与A、B之间尚无明确的对应关系）。
向A、B中都滴加BaCl2溶液，直至不再产生白色沉淀为止。静置A、B中的混合物，使上层液体澄清。
用胶头滴管小心吸取A中上层清液滴入B中，观察现象。若B中沉淀溶解且有刺激性气味的气体逸出，则B中的原溶液为Na2SO3溶液，A中的原溶液为是H2SO4溶液；若B中无明显现象，则B中的原溶液为H2SO4溶液，A中的原溶液为Na2SO3溶液。
总结：鉴别题必须借助现象作出判断，即有什么现象是什么物质，而不能描述成什么物质具有什么现象。要善于运用比较法，充分挖掘隐含条件，灵活解决实际问题。

聚宝盆：
实验方案的设计往往有许多途径。为了适应中学生的知识能力水平，中学课本中的某些实验可能不是最优的方案。所以在实验设计中，要根据实验原理来设计实验步骤和装置，掌握一些装置和仪器药品的替代方法，力求使设计的实验仪器简单、操作便捷、节省试剂、现象明显、安全防污等。
近年来，实验题中新情境试题不断增多，这类试题的特点是将基本的实验操作设计置于新的情境中（主要是中学课本没有的新反应或新装置或是能使中学生理解的最新科技知识、简化的改进的装置等），结合学生原有的知识和能力，来进行仪器组装、现象描述、数据分析、考虑安全和防污等，主要用来考查考生自学能力、思维能力、分析综合及评价的能力。由于这类实验试题情境新颖、设问巧妙、铺垫得当、知识新、思维量大、所以区分度很好，能确实将一些基础扎实、自学能力强、思维敏捷、心理素质好的考生选拨出来。所以，新情境实验试题将是今后实验试题的命题方向。

热身赛：
1．右图中玻璃横管为硬质石英玻璃管，利用它进行有关实验，处理正确的是                                   (    )
A．c处装煤粉，用酒精喷灯加热，a处密封，b处连接U型管并用冷水冷却，可进行煤的干馏实验。
B．c处装铜粉，酒精灯加热，a处通进乙醇蒸气，b处用水吸收可得乙醛溶液。
C．a处通进CO气体，c处装氧化铜，b处连接装有澄清石灰水的洗水瓶，可观察到石灰水变浑浊。
D．c处装Fe，a处通进干燥的氯化氢气体，b处点燃，火焰呈淡蓝色。
2．有一Na2CO3样品，其中只含Na2CO3·10H2O和NaHCO3，为测定样品中Na2CO3的质量分数。请从下图中选用适当的实验装置，设计一个最简单的实验，测定样品中Na2CO3的质量分数。
 
请填写下列空白：
（1）应选用的装置是（只写装置的标号）：____，所选用装置的连接顺序是（填接口的字母）：____。
（2）写出在实验测定中发生的化学反应的化学方程式____________。
（3）实验过程中当____时，即可停止加热。
（4）停止加热时，正确的操作是____。
（5）实验装置中盛碱石灰的U型管的作用是____。
（6）若取W g 样品实验，经测定W g 样品，在加热时，可得a g CO2，则W g 样品中所含Na2CO3的质量分数为____。
3．现有W g 的混合气体，其主要成分是CO、H2 和少量CO2、水蒸气。请从下图中选用适当的实验装置设计一个实验，以确认上述混合气中含有CO和H2，并计算H2的质量分数。

 

 

 

（1）应选用的装置（只要求写出图中装置序号）_______________________________；
（2）所选用的装置的连接顺序应是（填各接口的字母，连接胶管省略）。混合气体→________________________________________；
（3）确认混合气体中含H2的实验现象________________________________，理由是__________________________________________________________________________。
（4）实验前分别称装置⑥为W1 g 、⑤为M1 g 、②为Z1 g 。实验结束后再称各装置：⑥为W2 g 、⑤M2 g 、②为Z2 g 。若反应中生成物全被吸收，则W g 混合气中H2的质量分数为__________________。
4．Cu+在酸性溶液中不稳定，可发生自身氧化还原反应生成Cu和Cu2+。现有浓H2SO4、浓HNO3、稀H2SO4、稀HNO3、FeCl3稀溶液及pH试纸，而没有其它试剂。简述如何用最简单的实验方法来检验CuO经过氢气还原所得到的红色产物中是否有碱性氧化物Cu2O？
答：____________________________________________________________。
5．设计一个简单的一次性完成实验的装置图，验证醋酸溶液，二氧化碳水溶液，苯酚溶液的酸性强弱顺序是CH3COOH>H2CO3>C6H5OH。
(1)利用下述仪器可以组装实验装置，则仪器的连接顺序为_____接_____?_____接_____?_____接_____。
          
(2)写出实验步骤、现象的有关的化学方程式。
(a)____________________________________________________________
(b)____________________________________________________________

6．某学生设计如右图装置做测定空气中氧气体积百分含量的实验。当集气瓶中木炭(过量)停止燃烧后，恢复到原室温，打开止水夹a，发现烧杯中的水并不进入集气瓶(装置气密性良好)，试分析实验失败原因。若仍用以上装置，作何改进可使实验取得成功？

7．甲、乙两位学生用两种不同方法制取氮气，并测定氮气的分子量（用密度法）。下面是甲、乙两位学生提出的两种制备氮气的实验方案（箭头表示气体的流向）。
甲：空气→碱石灰→红磷(点燃)→水→铜粉(灼热)→集气瓶
乙：NH4NO2→浓硫酸→镁粉（灼热）→集气瓶（NH4NO2      N2+2H2O）
回答下列问题：
（1）甲、乙两位学生的实验方案是否能制氮气？甲____、乙____（填“能”或“不能”）。
（2）具体说明不能制取氮气的原因并纠正（若两种方案都能制氮气，此一小题不用回答）________。
（3）乙方案中碱石灰和浓H2SO4可否交换位置？说明理由：________。
（4）甲、乙两位学生按正确装置制取的氮气，用密度法测出分子量（精确到0.0001），进行比较：M甲____M乙（填<或=或>）。
8．某碳酸盐矿石(主要成分为BaCO3、亦有少量CaCO3),现需获得BaCO3并尽可能降低Ca2+含量,为此,查得有关溶解度数据如下：
   0oC   50oC   80oC
Ca(OH)2 0.173g              0.130g   0.094g
Ba(OH)2 1.64g   13.1g   101.5g
原料只有该矿石、焦炭和水、不得用其他化工原料.下图是实验步骤,试在箭头上的括号内注明反应条件或方法或所需试剂,并在各方框内写出每步产物的化学式：
 
9．铅有4种氧化物PbO2、Pb2O3、PbO、Pb3O4。已知PbO有明显碱性，Pb2＋盐与K2CrO4可得黄色沉淀。而PbO2不溶于水，有酸性，它不与硝酸反应，但能在酸性溶液中将MnSO4氧化为MnO4－。
(1)用氧化物形与出的化学式                       。
(2)现有以下各溶液：NaOH、K2CrO4、H2SO4、MnSO4、KMnO4、HNO3、H2S，请从其中选出一些试剂，设计一个简捷的实验方法，说明Pb3O4中的铅具有不同的价态，并写出有关反应的化学方程式或离子方程式。
10．一些盐的结晶水合物，在温度不太高时就有熔化现象，既熔融于自身的结晶水中，又同时吸收热量。它们在塑料袋中经日晒能熔化，在日落后又可缓缓凝结而释放热量，用以调节室温。称为潜热材料。现将几种盐的水合晶体有关数据列下：
Na2S2O3·5H2O熔点40～50℃，熔化热49.7kJ/mol
CaCl2·6H2O熔点29.92℃，熔化热37.3kJ/mol
Na2SO4·10H2O熔点32.38℃，熔化热约77kJ/mol
Na2HPO4·12H2O熔点35.1℃，熔化热100.1kJ/mol
(1)上述潜热材料中最适宜应用的两种（用化学式表示）是               
(2)实际应用时被采用的，由来源和成本考虑，应该是              

大检阅：
1．AC
2．（1）②、④、⑤、⑥    连接顺序：B接E，F接G，H接I（或K）。
（2） 2NaHCO3    Na2CO3+H2O+CO2↑
      Na2CO3·10H2O Na2CO3＋10H2O↑
      CO2＋Ba(OH)2===BaCO3↓＋H2O
（3）当样品受热不再有气体产生时
（4）先将连接B与E的胶皮管卸下之后，再撤酒精灯。
（5）防止Ba(OH)2溶液吸收空气中的CO2而使实验准确度受影响。
（6） 
3．（1）④、③、①、②、⑥
（2）HG、EF、AB、CD、JK
（3）黑色CuO变红，无水CuSO4变蓝，混合气体经过浓H2SO4，已将原水分除掉后，无水CuSO4变蓝，证明有水生成，进一步证明混合气中有H2。
（4）
4．取少量红色物质放入稀H2SO4中振荡，若溶液变蓝，说明有Cu2O，否则无。
5．(1)A、D、E、B、C、F或A、E、D、B、C、F；
(2) a、锥形瓶内加入Na2CO3晶体，从分液漏斗中加入醋酸，锥形瓶中产生无色无味气体；Na2CO3+2CH3COOH→2CH3COONa+CO2↑+H2O
b、把气体导入苯酚钠溶液，试管中产生白色浑浊
       
6．C＋O2 CO2，消耗1体积氧气生成1体积二氧化碳，广口瓶内压强在燃烧前后变化不大，并且二氧化碳不属于极易溶于水的气体。改用红磷燃烧，实验可获得成功。
7．（1） 能；不能
（2）因为N2与Mg反应生成MgN2，不应灼烧镁粉
（3）不能；甲方案中碱石灰除干燥空气外，还要吸收空气中的CO2，而浓H2SO4只能吸水而不能吸CO2
（4）M甲>M乙
8．
9．(1)Pb3O4为PbO·PbO2；
（2）加HNO3溶解、Pb3O4＋4HNO3=PbO2＋2Pb(NO3)2＋2H2O，过滤（2）取滤液加入K2CrO4溶液有黄色沉淀Pb(NO3)2＋K2CrO4=PbCrO4↓＋2KNO3（3）滤渣加入用H2SO4酸化的MnSO4溶液，溶液出现紫色5PbO2＋2Mn2＋＋4H＋=5Pb2＋＋2MnO4－＋2H2O
10．Na2SO4·10H2O；Na2HPO4·12H2O；Na2SO4·10H2O