科学探究之专题：实验方案的设计与评价
【中考导航仪】 中考说明 ①学会根据实验目的、原理，正确选择仪器、药品、控制技术条件，并对仪器装置进行科学的连接。 ②能够对实验现象进行分析，得出初步结论；能对实验方案进行分析、评价和改进。 围绕考纲我们应掌握如下要点： ①能根据所要探究的具体问题设计简单的化学实验方案。 ②能评价化学实验方案，反思评价过程，评价探究结果。 解读考纲 ③能对所获得的事实与证据进行分析、归纳，得出正确的结论。 ④能用书面方式比较明确地表述探究过程和结果。 ⑤初步学习运用简单的装置和方法制取某些气体。物质的检验与鉴别：会检验氧气、二氧化碳；会检验碳酸盐、铵盐；会依据物质的性质进行鉴别。 实验设计题对学生的知识迁移能力、应用能力和综合分析问题的能力要求较高，是近年来中考中较难的一种型题。主要考查有关基本实验操作的有机结合的问题；根据提供的仪器、药品设计实验进行定性分析或定量分析；根据题目的要求设计实验对某物质进行鉴别、鉴定、除杂、分离和提纯。中考考查的热点：一是联系生命题预测 活实际设计实验对某些物质进行鉴别和提纯；二是根据实验目的和有关实验仪器装置，设计实验组装仪器，进行定性分析。题型主要有填空题、简答题和实验题。 中考的命题趋势：给出正确的实验方案描述实验现象，归纳出实验结论；给出实验目的，要求设计实验方案；给出实验方案，评价方案的合理性、实验现象或结论的正确性，并改进实验方案等。 【教材放大镜】 知识点一：科学探究 1.科学探究的一般步骤：
⑴提出问题 ⑵猜想(假设) 设计实验【⑶制定计划、⑷进行实验、⑸收集证据】 ⑹解释与结论 ⑺反思与评价 ⑻表达与交流(迁移与知识的拓展) 。作为探究题，一般并不需要完全具备以上八个步骤，通常因题目的需要而选择其中重要的步骤呈现。
2.考试要求（源自《义务教育九年级化学课程标准(2011年版)》）： 要素 ⑴提出问题 ⑵猜想与假设 ⑶制订计划 目标 1．能从日常现象或化学学习中，独立地或经过启发发现一些有探究价值的问题。 2．能比较明确地表述所发现的问题。 1．能主动地或在他人的启发下对问题可能的答案做出猜想或假设。 2．具有依据已有的知识和经验对猜想或假设做初步论证的意识。 1．在教师指导下或通过小组讨论，提出活动方案，经历制订科学探究活动计划的过程。 2．能在教师指导下或通过小组讨论，根据所要探究的具体问题设计简单的化学实验方案。 具有控制实验条件的意识。 1．能积极参与化学实验。 2．能独立地或与他人合作进行实验操作。 3．能在实验操作中注意观察和思考相结合。 1．认识收集证据的重要性。 2．学习运用多种手段对物质及其变化进行观察。 3．能独立地或与他人合作对观察和测量的结果进行记录，并运用图表等形式加以表述。 4．初步学习运用调查、查阅资料等方式收集证据。 1．能对事实与证据进行加工与整理，初步判断事实证据与假设之间的关系。 2．能在教师的指导下或通过讨论，对所获得的事实与证据进行归纳，得出合理的结论。 3．初步学习通过比较、分类、归纳、概括等方法逐步建立知识之间的联系。 1．有对探究结果的可靠性进行评价的意识。 2．能在教师的指导下或通过讨论，对探究学习活动进行反思，发现自己和他人的长处 与不足，并提出改进的具体建议。 3．能体验到探究活动的乐趣和学习成功的喜悦。 1.能用口头、书面等方式表述探究过程和结果，并能与他人进行交流和讨论。 2.与他人交流讨论时，既敢于发表自己的观点，又善于倾听他人的意见。 ⑷进行实验 ⑸收集证据 ⑹解释与结论 ⑺反思与评价 ⑻表达与交流 3.解题注意事项： ⑴不要答非所问：一般而言，最终的结论与开始的猜想与假设有一致性，至少也是有关系的。同时，探究过程方案的设计，也是与探究目的紧密相关的。
⑵注意猜想或假设的合理性：虽然猜想和假设有很多可能，但是我们的猜想与假设，不能脱离题目给出的条件，否则就是无源之水。
⑶正确选择实验用品：首先要弄清实验原理；设计实验方案，要紧扣假设，正确选择仪器和药品，正确选择装置。
⑷答题的发散性：探究性的问题往往在假设的提出、方案的设计等方面，答案并非唯一。所以，我们往往从最熟悉、最符合题意入手，从而有效防止错误的发生。
知识点二：实验方案的设计 1.实验方案的设计原则： ⑴科学性：指实验原理、实验操作程序和方法要正确；
⑵可行性：切实可行，所选用的药品、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； ⑶安全性：实验设计时，应尽量避免使用有毒药品和进行有一定危险性的实验操作；
⑷简约性：要尽可能简单易行，应选用简单的实验装置、用较少的实验步骤和实验用品，并能短时间内完成实验； ⑸创造性：有创新意识。 2.实验方案的内容：
⑴一个比较完整的化学实验设计方案，一般包括以下几个内容：
①实验目的；②实验原理；③实验用品（包括仪器和药品等）及规格；④实验装置、实验步骤；操作方法及注意事项；⑤实验现象及结论；⑥问题与讨论。
⑵对于给出实验目的，要求设计实验方案的题一般可以按以下思维程序进行： ①根据实验目的，确定实验原理（或假设）； ②根据实验原理（或假设），选择需要的仪器和药品（或实验装置图）； ③写出实验操作步骤及注意事项；
④记录实验现象，分析实验结果，得出正确结论。
⑶实验设计要科学合理，安全可靠，操作简便、现象明显、结论可信、绿色环保。 3.实验方案的设计思路：
4.实验方案设计的分类：
⑴气体的制取、净化&性质的综合设计：发生装置→净化装置→干燥装置→收集装置→尾气处理装置 气体实验装置的连接顺序设计 ⑴原则： ①制取干燥纯净的气体应遵循“先除杂，后干燥”的原则。 ②尾气处理：有毒气体常采用溶液（或固体）吸收或将之点燃，无毒气体直接排空。 ③接口的连接：总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长进短出”；干燥管应“大进小出”。 ④制气实验：装置选择与连接?气密性检查?装固体药品?加液体药品?开始实验（按程序）?拆卸仪 器?其它处理等（制气体的实验，在实验前均应进行气密性检查，气体在点燃之前一般应进行纯度的检验）。 ⑤加热操作：加热前一般应先通原料气赶走空气后再点燃酒精灯。其目的是：一是防止爆炸（如氢气还原氧化 铜、CO还原Fe2O3等）；二是保证产品纯度。熄灭酒精灯时，一般是“先撤后灭”的原则。 ⑵还应该考虑以下因素: ①熄灭酒精灯时要防止液体倒吸； ②进行易爆、易燃实验时要防止爆炸（如氢气还原氧化铜应该下通氢气，气体点燃前应该先验纯等）； ③防氧化（如H2还原CuO后要“先灭灯，再停氢”，白磷的切割要在水中进行等）； ④防吸水（如实验取用制取易吸水、潮解的物质必须采取有效措施）。 ⑵物质性质的探究： ①性质实验方案设计的思路
物质组成或结构充分了解二者关系反复推敲、深挖细找验证或探索物质性质物质的性质
②探索性实验与验证性实验 性质探索性实验方案：根据物质的结构特点或所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此分别设计出合理的实验方案，去探究该物质可能具有的性质。程序：物质→实验事实→科学抽象→结论。
性质验证性实验方案：对物质具备的性质去求证，关键在于设计出简捷的实验方案，操作简单，现象明显，且安全可行。程序：物质→性质推测→实验事实→科学抽象→结论。 ⑶物质的检验、鉴别&提纯
⑷混合物中某成分的验证 知识点三：实验方案的评价
1.实验方案的评价原则：
⑴可行性：原理是否正确、可行；操作是否安全、合理；步骤是否简单、方便；效果是否明显等。
⑵绿色化：原料是否易得、安全、无毒；反应速率是否较快；原料利用率、产物产率是否较高；合成过程是否有环境污染。 ⑶安全性：防倒吸；防爆炸；防氧化；防吸水；防挥发等。 2.实验方案设计和评价的思路：
⑴根据实验目的，阐明实验原理，选择合适的仪器和药品； ⑵根据实验特点，设计实验装置；
⑶根据实验要求，设计可行的操作步骤和观察重点，分析实验中要注意的事项； ⑷通过对比和归纳，选出最佳方案； ⑸实验结束后写出完整的实验报告。
●学习时可以依据以下思路，在理解的前提下加以掌握：
物质的性质药品的变质、保存
决定 物质的鉴别、检验 物质的制备 物质的分离、提纯
使用方法和操作要领 选择
化学实验仪器 组合
实验装置
【考点新突破】 例题1：下列实验能够达到对应的实验目的是（ ） 实验 A B C D 设计 目的 [分析]A、根据二氧化碳能溶于水分析；B、根据质量守恒定律分析；C、要研究燃烧的条件，需要没有氧气支持的一个对比实验；D、证明铁生锈的条件，还缺少一个没有水存在的对比实验。
[解答]A、向盛有二氧化碳的塑料瓶中倒入水，看到塑料瓶变瘪，只能说明二氧化碳溶于水或与水发生反应，不能说明二氧化碳与水反应生成碳酸，故A错误；B、石蜡不充分燃烧生成碳，根据质量守恒定律定律，可确定石蜡中含有碳元素，故B正确；C、探究燃烧的条件，图示现象只能得出燃烧需要达到着火点，不能证明燃烧是否需要氧气，故C错误；D、铁生锈是铁与水、氧气共同作用的结果，图示实验不能证明铁生锈是否与水有关，故D错误。故选B。
[评价]本题主要考查了一些验证实验的设计成功的关键，以及控制变量法的正确应用。
例题2：同学们用Na2CO3溶液和浓HCl来研究简易灭火器的反应原理时，对废液的成分进行探究。 [推理假设]
上述两种物质发生反应的化学方程式为 。 由此推测出废液中一定有NaCl，可能有Na2CO3或盐酸。 [实验探究]
㈠确定废液中是否含有盐酸：
⑴选择试剂：根据盐酸的化学性质，同学们选用了如图所示的五种物 质，其中物质x是酸碱指示剂中的 溶液。
⑵实验验证：某同学向废液中加入少量的镁粉，观察到 ，确定废液中一定没有盐酸。
㈡确定废液中是否含有Na2CO3某同学选用 测出废液的pH=l0，确定废液中一定含有Na2CO3。 ㈢处理废液，回收利用欲从废液中得到纯净的NaCl，请完成如下实验方案设计． 方案 一 二 加入试剂 适量Ca（NO3）2溶液 过量的 分离方法 过滤、蒸发结晶 蒸发结晶 方案评价 不可行，理由是 可行 [分析] [推理假设]根据碳酸钠与盐酸反应的实质写出其反应的化学方程式；[实验探究]㈠⑴判定废液中是否含盐酸所取用的酸碱指示剂不能用酚酞试剂，因酸不能使无色的酚酞变色；⑵明确镁和盐酸反应出现的现象；㈡测定溶液的酸碱性的最简单方法用pH试纸；㈢根据化学上除杂质原则分析实验方案设计，即除去原杂质不能添加新的杂质。
验证二氧化碳与水反确定石蜡成分中含有探究可燃物燃烧需要氧气和证明铁生锈是水和氧气应生成碳酸 碳元素 温度达到着火点 共同作用的结果 [解答] [推理假设]根据碳酸钠与盐酸反应的实质写出其反应的化学方程式为：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑； [实验探究]㈠⑴判定废液中是否含盐酸所取用的酸碱指示剂不能用酚酞试剂，因酸不能使无色的酚酞变色，故取用石蕊试液，酸能使石蕊试液变红色；⑵镁和盐酸反应出现的现象是产生大量气泡，如没气泡产生则证明废液中一定没有盐酸；㈡测定溶液的酸碱性的最简单方法用pH试纸（也可使用pH计）；㈢根据化学上除杂质原则分析实验方案设计，即除去原杂质不能添加新的杂质，因而处理废液，回收利用废液中得到纯净的NaCl时，如加适量Ca（NO3）2溶液，虽然除去了碳酸钠，但却引进新杂质NaNO3；如加入过量的稀盐酸蒸发结晶后可得到纯净的氯化钠。 故答案为：[推理假设]Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑；[实验探究] ㈠⑴石蕊；⑵无气泡产生（或无现象或无变化）；㈡pH试纸（或pH计） 方案 加入试剂 盐酸（或稀HCl或HCl） 分离方法 方案评价 引进新杂质（或有NaNO3，生成或引进NO3-） [评价]此题考查探究酸的性质及书写有关化学方程式，题型设计科学合理，能很好的培养学生对酸的知识系统化，不再机械记忆，囫囵吞枣的记忆酸碱盐的知识点。 例题3：竹子是“有节、中空、四季常绿”的植物（如图所示）。同学们对竹子中的气体成分展开了探究，测定其成分。 ⑴收集竹子中的气体。 小华提出：将一节竹子浸没在水中，在竹子上钻孔，用排水法收集气体。 小刚提出：可用注射器从竹子中抽取气体。 大家认为两人的想法都可行，于是分为A、B两组，在相同条件下，A组采用小华的取气方法，B组采用小刚的取气方法，分别完成下面的实验。 ⑵检验气体中是否含有二氧化碳气体。 实验步骤 向所取得气体中加入① 实验现象 ② 实验结论及解释 有二氧化碳 ⑶测定氧气含量。 【查阅资料】红磷的着火点为240℃，白磷的着火点为40℃。
【设计实验】同学们设计了如下图所示的方案一和方案二来测定氧气含量。
【进行实验】按上述两个方案进行多次实验。 【反思与评价】 a．实验中磷的量应为足量，原因是 b．两个方案的实验测定结果不同，测定结果比较准确的是方案 ，原因是 c．经过A、B两组同学的实验，A组测得的含氧量总是大于B组的，你认为原因是 [分析]检验二氧化碳的存在一般用澄清石灰水，实验是想验证空气中氧气的含量，就应该彻底消耗掉其内的氧气，对比分析方案一密封性不如二方案，收集气体的方法不同可能结果会不同。 [解答]⑵检验二氧化碳的常用办法一般是澄清石灰水，现象是石灰水变浑浊；故答案为：①澄清石灰水②澄清石灰水变浑浊。⑶测定氧气的含量就要把氧气消耗干净，方案二是密闭环境的实验，结果会更准确。故答案为：a．将瓶中氧气耗尽。 b．二，方案二的实验始终在密闭装置中进行，能保持瓶内气体在反应前不发生改变（或方案一在实验过程中打开了瓶塞，瓶中的气体成分在反应前发生了改变。）c．二氧化碳能溶于水故用排水法收集时会有一定量的二氧化碳溶于水，使A组总是比B组含氧量高。故答案为：A组采用排水取气法，部分二氧化碳溶解于水。 [评价]此题是对竹子内气体的验证实验，涉及到二氧化碳的鉴定，氧气含量的测定，是一道结合课本知识的综合性实验探究题。
科学探究之专题2：氢氧化钙和氢氧化钠的变质
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