劉海燕

實驗方案的設(shè)計與評價

實驗方案的設(shè)計與評價能力是進行實驗的基本能力，是高考考查的重點。在高考中主要以物質(zhì)的制備或性質(zhì)實驗為載體，結(jié)合實驗操作、物質(zhì)性質(zhì)探究等命題。通常是針對綜合實驗中的某一環(huán)節(jié)或某一步驟進行方案的設(shè)計與評價，解題的關(guān)鍵是根據(jù)實驗目的和實驗原理設(shè)計多種實驗方案并對多種方案進行分析評價選出最佳方案。

例1 某研

究小組為探究弱酸性條件下鐵發(fā)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(shè)計表（表中不要留空格）：

（2）編號①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(fā)生了

（3）該小組對圖2中0～t1時壓強變大的原因提出了如下假設(shè)，請你完成假設(shè)二。

假設(shè)一：發(fā)生析氫腐蝕產(chǎn)生了氣體；

假設(shè)二： 。

（4）為驗證假設(shè)一，某同學設(shè)計了檢驗收集的氣體中是否含有H2的方案。請你再設(shè)計一個實驗方案驗證假設(shè)一，寫出實驗步驟和結(jié)論。

解析 （1）根據(jù)控制變量法可知，在探究影響鐵粉腐蝕的因素時，需控制其他條件不變，只改變某一個條件，再探究這一條件對鐵粉腐蝕的影響。實驗②探究醋酸濃度的影響時，要控制碳粉、鐵粉的質(zhì)量與參照實驗①相同，故鐵粉質(zhì)量為2 g。實驗③中碳粉的質(zhì)量與參照實驗①不同，而其他條件相同，故實驗③的目的為探究碳粉質(zhì)量的影響。

（2）根據(jù)圖2知，0～t1壓強增大，則發(fā)生析氫腐蝕，t1后壓強減小，則發(fā)生吸氧腐蝕。發(fā)生電化學腐蝕時，F(xiàn)e失去電子，電子沿導體由Fe流向C，碳作正極，碳粉表面發(fā)生還原反應，電極反應為O2+2H2O+4e-=4OH-。

（3）使密閉容器內(nèi)氣壓增大的原因有：一是通過化學反應生成了氣體；二是化學反應過程中放出了熱量，使容器內(nèi)溫度升高，氣體膨脹，壓強增大。

（4）略

化學實驗綜合探究

探究類綜合實驗題是一類思維開放性試題，能夠綜合考查大家發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，命題角度靈活、涵蓋知識面廣，該類試題是近幾年高考命題的熱點。特別是有機化學綜合實驗題，它通常以有機化合物的制備為載體考查常見化學實驗儀器的使用方法，物質(zhì)的分離、提純等基本實驗操作和注意事項，以及實驗條件的控制、產(chǎn)率計算等。

例2 為了探究AgNO3的氧化性和熱穩(wěn)定性，某化學興趣小組設(shè)計了如下實驗。

Ⅰ. AgNO3的氧化性

將光亮的鐵絲伸入AgNO3溶液中，一段時間后將鐵絲取出。為檢驗溶液中Fe的氧化產(chǎn)物，將溶液中的Ag+除盡后，進行了如下實驗?？蛇x用的試劑：KSCN溶液、K3[Fe（CN）6]溶液、氯水。

（1）請完成下表：

【實驗結(jié)論】 Fe的氧化產(chǎn)物為Fe2+和Fe3+。

Ⅱ. AgNO3的熱穩(wěn)定性

用下圖所示的實驗裝置A加熱AgNO3固體，產(chǎn)生紅棕色氣體，在裝置D中收集到無色氣體。當反應結(jié)束后，試管中殘留固體為黑色。

A B C D

（2）裝置B的作用是 。

（3）【查閱資料】 Ag2O和粉末狀的Ag均為黑色；Ag2O可溶于氨水。

【提出設(shè)想】 試管中殘留的黑色固體可能是：i.Ag；ⅱ.Ag2O；ⅲ.Ag和Ag2O。

【實驗驗證】 該小組為驗證上述設(shè)想，分別取少量黑色固體放入試管中，進行了如下實驗。

[實驗編號＼&操作＼&現(xiàn)象＼&a＼&加入足量氨水，振蕩＼&黑色固體不溶解＼&b＼&加入足量稀硝酸，振蕩＼&黑色固體溶解，并有氣體產(chǎn)生＼&]

【實驗評價】 根據(jù)上述實驗，不能確定固體產(chǎn)物成分的實驗是 （填實驗編號）。

【實驗結(jié)論】 根據(jù)上述實驗結(jié)果，該小組得出AgNO3固體受熱分解的產(chǎn)物有 。

解析 （1）Fe3+遇KSCN顯血紅色；鐵氰化鉀與Fe2+生成藍色的鐵氰化亞鐵沉淀。

（2）AgNO3加熱分解生成的紅棕色氣體為NO2，易溶于水，所以裝置B的作用為安全瓶，由于兩側(cè)的導管較短，故不可能倒吸到裝置A中。

（3）根據(jù)信息，Ag2O可溶于氨水，由實驗a知，黑色固體不溶，則黑色固體為?。ˋg），而不是ⅱ和ⅲ。由實驗b知，有氣體生成，則一定含有Ag，故不能判斷出黑色固體成分。綜上，AgNO3熱分解的產(chǎn)物有NO2、O2和Ag。

工藝流程型綜合實驗題

工藝流程型綜合實驗題是以工業(yè)生產(chǎn)流程為命題背景，融合元素化合物知識、化學反應原理和化學實驗等內(nèi)容為一體的綜合性試題，與實際聯(lián)系密切，是近幾年高考的熱點題型，應引起足夠的重視。

例3 LiPF6是鋰離子電池中廣泛應用的電解質(zhì)。某工廠用LiF、PCl5為原料，低溫反應制備LiPF6，其流程如下：

已知：HCl的沸點是-85.0 ℃，HF的沸點是19.5 ℃。

（1）第①步反應中無水HF的作用是 、 。反應設(shè)備不能用玻璃材質(zhì)的原因是 （用化學方程式表示）。無水HF有腐蝕性和毒性，工廠安全手冊提示：如果不小心將HF沾到皮膚上，可立即用2%的 溶液沖洗。

（2）該流程需在無水條件下進行，第③步反應中PF5極易水解，其產(chǎn)物為兩種酸，寫出PF5水解的化學方程式 。

（3）第④步分離采用的方法是 ；第⑤步分離尾氣中的HF、HCl采用的方法是 。

（4）LiPF6產(chǎn)品中通常混有少量LiF。取樣品w g，測得Li的物質(zhì)的量為n mol，則該樣品中LiPF6的物質(zhì)的量為 mol（用含w、n的代數(shù)式表示）。

解析 （1）LiF（s）+HF（l）=LiHF2（aq），即生成的LiHF2溶于無水液態(tài)HF中得飽和LiHF2溶液，故無水HF的作用是作反應物和溶劑。由于玻璃材質(zhì)的主要成分是SiO2，SiO2能和HF反應，故反應設(shè)備不能用玻璃材質(zhì)。由于NaHCO3溶液呈堿性能中和HF，且對皮膚腐蝕性小，故可用2%的NaHCO3溶液沖洗。

（2）PF5中P、F元素的化合價分別為+5價和-1價，故水解產(chǎn)物分別為H3PO4、HF，其水解反應為PF5+4H2O=H3PO4+5HF。

（3）第④步分離的是固態(tài)LiPF6和液態(tài)HF，則采用的方法是過濾。由于HCl和HF的沸點差別較大，故分離尾氣中HF和HCl應采用冷凝液化的方法（HF冷凝為液體時，HCl仍為氣體）。

（4）設(shè)w g樣品中含有LiPF6、LiF的物質(zhì)的量分別為x、y，則有：x+y=n，152x+26y=w，解得：x=[w-26n126]mol。