第4講　探究類實驗方案的評價與設(shè)計
1.了解化學(xué)實驗是探究過程中的一種重要方法。2.根據(jù)化學(xué)實驗的目的和要求，能做到：(1)設(shè)計實驗方案；(2)掌握控制實驗條件的方法；(3)正確選用實驗裝置；(4)預(yù)測或描述實驗現(xiàn)象，分析或處理實驗數(shù)據(jù)，得出合理結(jié)論；(5)評價或改進實驗方案。
一、探究類實驗方案的評價1．實驗方案的評價形式
2.實驗方案評價類試題的解題思路(1)從可行性方面進行評價①實驗原理(如藥品的選擇)是否正確、可行。②實驗操作(如儀器的選擇、連接)是否安全、合理。③實驗步驟是否簡單、方便。④實驗現(xiàn)象是否明顯，實驗結(jié)論是否正確。(2)從規(guī)范性視角進行評價①儀器的安裝與拆卸。
②儀器的查漏、氣密性檢驗。③試劑添加的順序與用量。④加熱的方式方法和時機。⑤溫度計的規(guī)范使用、水銀球的位置。⑥實驗數(shù)據(jù)的讀取。⑦冷卻、冷凝的方法等。有些反應(yīng)中，為減少易揮發(fā)液體反應(yīng)物的損耗和充分利用原料，需在反應(yīng)裝置上加裝冷凝回流裝置，如長玻璃管、球形冷凝管等。
(3)從“綠色化學(xué)”視角進行評價①反應(yīng)原料是否易得、安全、無毒。②反應(yīng)速率是否較快。③原料利用率以及合成物質(zhì)的產(chǎn)率是否較高。④合成過程中是否造成環(huán)境污染。(4)從實驗設(shè)計的安全性方面進行評價①凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防液體倒吸。②進行某些易燃易爆實驗時要防爆炸(如H2還原CuO應(yīng)先通H2后加熱，氣體點燃前先驗純等)。
③防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”，白磷切割宜在水中進行等)。④防吸水(如取用、制取易吸水、潮解、水解的藥品，宜采取必要措施，以保證達到實驗?zāi)康?。⑤易揮發(fā)液體產(chǎn)物導(dǎo)出時若為蒸氣的要及時冷卻。⑥其他(如實驗操作順序、試劑加入順序、實驗方法使用順序等)。
二、探究類實驗方案的設(shè)計1．實驗方案設(shè)計的基本步驟
2．性質(zhì)驗證型實驗設(shè)計性質(zhì)驗證實驗方案可分為多種情況：一是已知物質(zhì)的性質(zhì)，設(shè)計實驗驗證物質(zhì)的某些性質(zhì)；二是已知某類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)(或含有的官能團)，設(shè)計性質(zhì)實驗來驗證這類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)；三是根據(jù)性質(zhì)設(shè)計定量實驗；四是根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)驗證化學(xué)原理(理論)或根據(jù)化學(xué)原理來驗證物質(zhì)的某些性質(zhì)。設(shè)計性質(zhì)驗證實驗方案的常用程序有如下兩種：
(1)根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)設(shè)計實驗方案(2)根據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)(或官能團)設(shè)計驗證性質(zhì)實驗方案
3．性質(zhì)探究型實驗設(shè)計性質(zhì)探究實驗方案時要注意：
ClO2為極性分子，根據(jù)相似相溶規(guī)律可知，ClO2易溶于水
g→h→b→c→e→f→d
有白色沉 淀產(chǎn)生
加入足量硝酸酸化的AgNO3溶液
(1)根據(jù)實驗a的現(xiàn)象可推測溶液中生成的含Cu微粒是____________(填化學(xué)符號)。(2)甲同學(xué)認為實驗一能證明假設(shè)2成立，他的理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[Cu(S2O3)2]2－
實驗b中，溶液先變?yōu)榫G色，后逐漸變成淺綠色，說明先發(fā)生配合反應(yīng)，之后又發(fā)生氧化還原反應(yīng)(或?qū)嶒瀉到實驗c，最終溶液顏色逐漸變淺，說明發(fā)生了氧化還原反應(yīng))
實驗二：探究CuCl2與Na2S2O3溶液的反應(yīng)。(3)乙同學(xué)利用已知資料進一步證實了實驗二的無色溶液中存在Cu(Ⅰ)。他的實驗方案是：取少量無色溶液，_____________________________________________________________________________。
向其中滴加氨水，放置在空氣中，過一段時間若溶液變?yōu)樗{色，則說明溶液中含Cu(Ⅰ)
(4)經(jīng)檢驗白色沉淀為CuCl，從化學(xué)平衡的角度解釋繼續(xù)加Na2S2O3溶液后CuCl沉淀溶解的原因：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
①初始階段，Cu被氧化的反應(yīng)速率：實驗Ⅰ________(填“>”“S(35 ℃)>S(25 ℃)。
(4)設(shè)計實驗、驗證猜想　取試樣Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同溫度下配制的AgCl飽和溶液)，在設(shè)定的測試溫度下，進行表1中實驗1～3，記錄數(shù)據(jù)。表1
電導(dǎo)率與溫度和離子濃度都有關(guān)，測試溫度不同，根據(jù)電導(dǎo)率結(jié)果無法判斷不同溫度下飽和溶液的溶解度
表2(7)實驗總結(jié)　根據(jù)實驗1～5的結(jié)果，并結(jié)合(2)中信息，小組同學(xué)認為猜想b也成立。猜想b成立的判斷依據(jù)是______________。
課時作業(yè)［建議用時：40分鐘］
1．(2023·湖北十一校高三第二次聯(lián)考)某小組探究Ag＋、Fe3＋能否將I－氧化，甲同學(xué)設(shè)計了如下實驗：
(1)A中反應(yīng)的離子方程式為__________________________，說明氧化性：Fe3＋>I2。
2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
①鹽橋中電解質(zhì)可以使用________(填“KCl”或“KNO3”)。②K閉合時，指針向右偏轉(zhuǎn)， “石墨2”作________極，電極反應(yīng)為________________________________。
(2)乙同學(xué)認為：B中溶液滴加淀粉溶液，未變藍，原因是Ag＋＋I－===AgI↓，于是設(shè)計了如下實驗：
Ag＋＋e－===Ag
③當(dāng)指針歸零后，向右側(cè)燒杯中滴加1 ml/L AgNO3溶液或向左側(cè)燒杯中滴加1 ml/L KI溶液，指針均向右偏轉(zhuǎn)，說明Ag＋(或I－)濃度越大，溶液的氧化性(或還原性)越________(填“強”或“弱”)。④乙同學(xué)查閱資料，已知Ksp(AgI)＝1×10－16，當(dāng)?shù)润w積等濃度KI和AgNO3溶液混合時，溶液中c(Ag＋)＝c(I－)＝________ ml/L，溶液中c(Ag＋)和c(I－)很小，Ag＋氧化性和I－的還原性很弱，二者直接接觸，不發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
(3)丙同學(xué)測得0.1 ml/L AgNO3溶液的pH＝6，認為可能是硝酸氧化了I－，請設(shè)計實驗方案驗證丙同學(xué)的猜想：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
向0.1 ml/L KNO3溶液中滴加2～3滴淀粉KI溶液，再滴加少量稀硫酸，調(diào)節(jié)溶液pH＝6，若溶液變藍，則說明硝酸有影響，若溶液不變藍，則說明硝酸無影響
2．某同學(xué)研究濃硝酸與KSCN溶液的反應(yīng)。資料：Ⅰ.SCN－中S、C、N元素的化合價依次為－2價、＋4價、－3價。Ⅱ.SCN－的性質(zhì)類似鹵素離子，能被氧化為黃色的(SCN)2，(SCN)2可聚合為紅色的(SCN)x。Ⅲ.NO2可溶于濃硝酸。實驗一：
(1)向濃硝酸中滴加KSCN溶液，溶液立即變紅是因為生成了_______(填化學(xué)式)。(2)研究SCN－的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。實驗二：a．將實驗一ⅲ中的氣體通入Ba(OH)2和NaOH的混合溶液中，有白色沉淀生成。b．過濾、洗滌白色沉淀，取少量于試管中，加入過量的稀硝酸，沉淀完全溶解，再滴加少量KMnO4溶液，不褪色。c．另取少量實驗一ⅲ中試管內(nèi)的溶液加入BaCl2溶液，產(chǎn)生大量白色沉淀。
①通過a、b實驗可知白色沉淀為________(填化學(xué)式)。②紅棕色氣體中是否含有SO2？________(填“有”或“沒有”)，理由是____________________________________________________________。③通過c實驗得到溶液中一定有________。④由上述實驗現(xiàn)象可知：SCN－轉(zhuǎn)化的最終產(chǎn)物中一定有_________。(3)繼續(xù)研究實驗一ⅲ中“靜置一段時間后，突然劇烈反應(yīng)，紅色迅速褪去”的原因。
向洗凈的白色沉淀中加入過量的稀硝酸，沉淀完全溶解
實驗三：①對比實驗一和實驗三可知能加快濃硝酸氧化(SCN)x的化學(xué)反應(yīng)速率的原因是_______________________________________________________________________。②結(jié)合實驗三，從化學(xué)反應(yīng)速率的角度解釋實驗一ⅱ和ⅲ中的現(xiàn)象：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
NO2能加快濃硝酸氧化(SCN)x的化學(xué)反應(yīng)速率[或能催化濃硝酸氧化(SCN)x]
實驗一中存在反應(yīng)：a.濃硝酸將SCN－氧化成(SCN)x，b.濃硝酸氧化(SCN)x，化學(xué)反應(yīng)速率va＞vb，所以ⅱ中溶液立即變紅；靜置過程中，生成的NO2溶于硝酸，濃度積累到一定程度時，使vb增大，紅色迅速褪去
3．(2023·遼寧高考考前預(yù)測卷)為探究甲醛與新制Cu(OH)2反應(yīng)的產(chǎn)物，設(shè)計了如下實驗?；卮鹣铝袉栴}：Ⅰ.反應(yīng)裝置如下：反應(yīng)一段時間后，生成大量氣體，懸濁液藍色褪去，且有紅色沉淀生成。
(1)儀器a的名稱是____________，該反應(yīng)需控制溫度為65 ℃，宜采用的加熱方式為________(填標號)。A．酒精燈加熱 B．砂浴C．油浴 D．水?、?為探究氣體產(chǎn)物、溶液中產(chǎn)物與固體產(chǎn)物的成分，小組同學(xué)經(jīng)過討論分析后，關(guān)于產(chǎn)物成分有如下猜想：
實驗發(fā)現(xiàn)，裝置C、D中均未觀察到明顯現(xiàn)象，E中固體變?yōu)榧t色，A中固體顏色變藍，則證明生成的氣體是________。
(2)為確定氣體成分，下列實驗裝置的連接順序是______________(按氣流方向填大寫字母)。(已知：CO與銀氨溶液能發(fā)生氧化還原反應(yīng))
已知：Cu2O能與氨水反應(yīng)生成[Cu(NH3)4]＋(無色)，[Cu(NH3)4]＋易被氧化生成[Cu(NH3)4]2＋。①由實驗現(xiàn)象可知，溶液中產(chǎn)物中存在的離子是______(填離子符號)。②濾渣1中加入足量濃氨水時，主要反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________。③濾液2在空氣中放置一段時間后，顯藍色的離子是____________(填離子符號)，該離子的空間結(jié)構(gòu)是___________________。
(3)為確定溶液中產(chǎn)物與固體產(chǎn)物，小組做了以下實驗：
Cu2O＋8NH3·H2O===2[Cu(NH3)4]＋＋2OH－＋7H2O
[Cu(NH3)4]2＋
4．某實驗小組同學(xué)探究“氧化劑對KSCN檢驗Fe2＋的影響”，進行如下實驗：
排除在此條件下氧氣氧化Fe2＋的可能性
繼續(xù)以下實驗：ⅰ.取Ⅰ中淺紅色溶液，_________________(填寫實驗操作)，溶液淺紅色消失，從而排除了假設(shè)1。ⅱ.向2 mL水中滴加1滴0.5 ml·L－1 KSCN溶液，滴加1滴飽和氯水，加入____________________，產(chǎn)生白色沉淀。 (3)為驗證實驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中硫氰化鉀的被氧化程度，進行以下探究實驗：已知：溶解度AgSCN(白色)

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