资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
压轴题04 实验探究——化学气体制取、实验设计与评价
浙江中考科学试题中出现的有关实验方案的设计与评价试题恰恰吻合了新课标对学生科学探究精神的要求。其中实验设计与评价是化学实验中难度最大、综合性最强、能力要求相对较高的一类试题。
它既需要牢固的基础知识，还需要较强的分析问题的能力和应用知识的能力。这类题能较好地考察学生灵活运用知识解决问题的能力和创造性思维能力。
1、本专题的考试题型常有气体的制取实验（包含装置气密性，发生装置的选择，气体净化与干燥，气体收集）。还有物质性质探究，物质成分探究，实验方案的设计。实验专题也是考试中极易丢分项，常见的错误有语言描述不合理，过于口语化。
2、答好本专题，首先知识点不能有缺失，条理也需要弄清楚；另外需要多练习，对一般题型要清楚，能灵活变通，妥善应对新颖题型。
一、实验方案设计与评价题考点
①物质的鉴别、鉴定和检验的实验设计与评价。
②物质的制备和性质的实验设计与评价。
③物质的分离和提纯实验设计与评价。
④实验操作步骤的设计与评价。
⑤测定物质成分含量的实验设计与评价。
二、实验方案设计与评价基本要求
①科学性：实验原理科学，操作顺序、方法正确。
②安全性：避免有毒药品的使用，操作要注意安全，注意环境保护等问题。
③可行性：条件允许，效果明显，操作方便。
④简约性：装置简便，步骤简单，完成实验时间短。
三、实验方案设计与评价基本思路
①明确目的和原理：首先必须认真审题，明确实验的目的要求，弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。
②选择仪器和药品：根据实验的目的和原理以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态、能否腐蚀仪器和橡皮塞、反应是否需要加热及温度是否需要控制在一定范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。
③设计装置和步骤：根据实验目的和原理，以及所选用的实验仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤，并能够识别和绘制典型的实验仪器装置图，实验步骤应完整而又简便。
④记录现象和数据：根据观察，全面准确地记录实验过程中的现象和数据。
⑤分析得出结论：根据实验中观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。
▲（1）概念和原理型方案设计题
这类试题是以化学所涉及的主要概念或原理为主线设计的，主要是验证性或探究性实验设计及改正性实验设计，实验的目的主要是验证或探究化学概念和原理，或课本原有实验的优化，解题的关键是抓住概念或原理来分析，特别是借助课本上的原型启发，通过类比思维获得思路和方法。在设计实验方案时要注意通过设计对比实验得出结论，同时要注意控制变量法的使用。
▲（2）性质型方案设计题
这类试题是以化学常见和重要的物质的性质为核心设计的，包括物质成分的测定、物质性质的探究、物质的制备及物质的分离、提纯、鉴别等实验设计，解题的关键是要熟练掌握相关物质的性质。
四、方案设计评价型题
这类试题是通过展现探究方案，要求根据所学的知识以批判的思想对所设计的实验方案、实验方法、装置设计等从某角度否定、排除不合理或可行不最优的方法，选择、创新更好、更优的方法。对实验方案的评价主要抓住下面几点:原理是否正确、操作是否简便、装置是否简单、安全性是否好、是否无污染或污染小、推理是否严密、是否经济合理等。
【回顾高频知识点】
知识点一、气体制取一般顺序
知识点二、制取气体发生装置的选择
装 置 固体加热型 （粉）固液反应不加热型 （块）固液反应不加热型
装 置 示意图
适用气体 O2、NH3等 H2、CO2、O2等 H2、CO2等
注意 事项 ①试管口应稍向下倾斜，防止产生的水蒸气在管口冷凝后倒流引起试管破裂 ②铁夹应夹在距试管口1/3处 ③橡胶塞上的导管伸入试管里面不能太长，否则会妨碍气体的导出 ①长颈漏斗的下端管口应伸入液面以下 ②加入的液体反应物(如酸)要适当 ③将长颈漏斗换成分液漏斗可以控制反应速率 ①将块状固体置于多孔隔板上方 ②液体从长颈漏斗中加入至浸没固体即可 ③该装置的优点是随开随制，随关随停
知识点三、气体的净化
吸收剂 可吸收的气体杂质 净化装置
水 易溶性气体，如HCl、NH3等
强碱(NaOH)溶液 CO2、HCl、H2S、SO2、Cl2等
饱和碳酸氢钠溶液 CO2气体中混有的HCl、SO2气体
碱石灰(NaOH ＋ CaO) CO2、H2O(气)、HCl等
灼热氧化铜 H2、CO
灼热的铜网 O2
知识点四、气体的干燥
干燥剂 可干燥的气体 不能干燥的气体 干燥装置
酸性 浓硫酸 O2、CO2、CH4、N2、 HCl、SO2等 NH3
碱性 生石灰、碱石灰、 固体氢氧化钠 O2、H2、CO、CH4、N2、NH3 CO2、HCl、H2S、SO2
中性 无水氯化钙 除NH3以外的所有气体 NH3
知识点五、气体的收集装置
主要考虑气体的溶解性、密度、是否有毒性、能否与空气中的成分发生化学反应等因素。
装置 类型 排水/液法 向上排空气法 向下排空气法 气球集气法
装置示意图
适用 范围 不溶于水(液体)的气体 密度大于空气的气体 密度小于空气的气体 所有气体
气体 H2、O2、NO、CO、CH4 O2、CO2、SO2、H2S H2、NH3、CH4 NO、N2、O2等
知识点六、尾气的吸收处理
1．溶液吸收：如CO2、SO2、HCl等可用NaOH溶液吸收(极易溶气体要防止倒吸)。
2．点燃处理：如CO、CH4、H2等可燃性气体可在装置后接一个尖嘴导管，将其点燃。
3．气球收集：如有毒的CO、H2S、Cl2等可在导管末端接上一个气球收集。
4．防倒吸装置：如易溶的气体可收集到倒立的漏斗中。
知识点七、气密性检查常用方法
A. 手捂（加热）法：将导管的出口浸入水中，手握试管等容器，如果有气泡从导管口逸出，放手后导管末端形成稳定的水柱，表明装置气密性良好。
B. 液差（注水）法：从漏斗注入一定量的水，使漏斗下端浸没，塞紧橡皮塞，夹紧弹簧夹后，继续加水，使漏斗管内的液面高于瓶内液面，停止加水观察。液面差不变，表明装置气密性良好。
知识点八、其他类实验
◆木炭还原氧化铜实验步骤： “一通、二点、三灭、四停、五处理”
“一通”先通氢气，“二点”后点燃酒精灯进行加热；
“三灭”实验完毕后，先熄灭酒精灯，“四停”等到室温时再停止通氢气；
“五处理”处理尾气，防止CO污染环境。
实验注意事项：
A、试管稍向下倾斜，防止药品潮湿产生的水蒸气冷凝倒流，炸裂试管；
B、木炭应过量，目的是使氧化铜充分反应，也可防止生成的铜重新被氧化成氧化铜；
C、实验结束时，先把导管撤出在熄灭酒精灯，防止石灰水倒流炸裂试管；
D、实验现象要写全（黑色粉末变为红色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊）。
01 常见气体的制取实验
1．氢化镁（化学式为MgH2）是一种常用的焰火剂，某兴趣小组拟选用如图1装置制备氢化镁。
【查阅资料】
⑴氢化镁可用氢气与纳米级镁粉加热制得。氢化镁遇水反应生成氢氧化镁和氢气，并放出热量。
⑵常温下镁不与水反应
【实验步骤】
①如图1连接装置，再检查装置的气密性；
②装入药品，……，给C装置加热。
③实验结束时，先停止加热，等装置冷却到室温后停止通入氢气。
回答下列问题：
（1）为确保实验安全，请将步骤②中“给C装置加热”前的具体操作补充完整 　 　。
（2）装置A中反应的化学方程式 　 　。
（3）实验结束同学们利用图2装置检测得到的氢化镁的纯度。取一定质量样品，如图放入Y形管一端，实验开始将Y形管倾斜，水和样品接触，共得到氢气0.02克，则样品中氢化镁的质量 克。
（4）如果测量的结果偏大，可能的原因是 。
A．Y形管左侧的水倒入右侧排出部分气体
B．导管伸入量筒太长，未将导管拿出就读数
C．未冷却到室温就读数
D．实验前Y形管里有空气
【答案】（1）通入一段时间的氢气
（2）Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑
（3）0.13g
（4）B；C
【知识点】实验步骤的探究；根据化学反应方程式的计算
【解析】【分析】（1）根据氢气具有可燃性，加热前需先通氢气分析；
（2）根据锌与硫酸反应生成硫酸锌和氢气分析；
（3）根据氢气质量及方程式中物质间质量关系计算氢化镁质量分析；
（4）根据所得氢气体积偏大时计算结果偏大分析。
【解答】（1）氢气具有可燃性，与空气混合加热易发生爆炸，所以在加热前需先通入氢气排除装置内空气；
（2） 装置A为锌与硫酸反应生成硫酸锌和氢气，反应的化学方程式Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑；
（3）设样品中氢化镁质量为x
MgH2+2H2O=Mg(OH)2+2H2↑
26 4
x 0.02g
26：4=x：0.02g
x=0.13g
（4）Y形管左侧的水倒入右侧排出部分气体 ，不会影响所测氢气体积，A错误；导管伸入量筒太长，未将导管拿出就读数，会使所测气体体积偏大，结果偏大，B正确；末冷却到室温就读数会使气体膨胀，气体体积偏大，结果偏大，C正确；实验前Y形管里有空气不影响所测结果，D错误；
故答案为：（1）通入一段时间的氢气；（2） Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑ ；（3）0.13g；（4）BC。
02 气体成分测定实验
2. 半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分是H2、CO、CO2、N2和水蒸气。某科学兴趣小组为检验半水煤气的某些成分，设计的实验方案如图所示。查阅资料可知碱石灰是CaO和NaOH的混合物。所有气体均被相应装置一次除尽。回答下列问题：
（1）B装置的作用是 。
（2）实验结果证明有H2、CO和CO2存在，根据图甲实验装置回答：若要证明CO存在，只需观察到的现象是 。
（3）为了测定半水煤气中H2、CO质量的实验方案如图乙：若步骤Ⅳ中浓硫酸质量增加a克，步骤Ⅴ的KOH溶液质量增加b克，则半水煤气中H2与CO的质量比为 （用含字母a、b的代数式表示）。
【解答】解：（1）碱石灰是CaO和NaOH的混合物，能吸收二氧化碳和水蒸气，则B装置的作用是完全吸收气体中的二氧化碳和水蒸气，防止对一氧化碳和氢气的检验造成干扰；
（2）由于氢气与氧化铜在加热条件下反应生成铜和水，一氧化碳与氧化铜在加热条件下反应生成铜和二氧化碳，所以要验证CO，只需观察E中的澄清石灰水变浑浊即可；
（3）浓硫酸的质量增加ag，即生成水的质量为ag，水中氢元素的质量就是氢气质量，KOH溶液质量增加bg，即生成二氧化碳的质量为bg，二氧化碳中碳元素的质量就是一氧化碳中碳元素质量，故氢气和一氧化碳质量比为（ag）：（bg）。
【答案】
（1）完全吸收气体中的二氧化碳和水蒸气，防止对一氧化碳和氢气的检验造成干扰。
（2）E中的澄清石灰水变浑浊；
（3）。
03 金属还原实验
3．小明设计了如图甲所示的实验装置，进行一氧化碳还原氧化铜的实验。为分离A装置中反应排出的一氧化碳和二氧化碳，他又设计了如图乙所示的装置（铁架台、铁夹等固定用装置已略去，a、b为活塞）。请回答：
（1）实验前先要检查装置的气密性，并检验气体的纯度，再对图甲装置进行加热，加热前还要进行的一步操作是　 　。
（2）为分离得到CO和CO2，应该对图乙装置进行怎样的操作？　 　。
（3）对A装置中反应后得到的红色固体（此时氧化铜全部反应完），小明又进行了以下探究：
【查阅资料】：①氧化铜经一氧化碳还原不仅能生成铜，还可能生成中间产物氧化亚铜（Cu2O）；
②Cu2O是不溶于水的红色固体，能与酸发生反应，生成Cu2＋和Cu。
【提出猜想】：氧化铜经一氧化碳还原所得到的红色固体中除Cu外还可能含有Cu2O。
【进行实验】：小明设计了一个最简单的实验方案：
实验步骤 取少量该红色固体放入盛有稀盐酸的试管中，振荡
实验现象及结论 　 　
【答案】（1）先通一会一氧化碳
（2）先闭合b打开a，得到一氧化碳；再闭合a打开b，通入稀硫酸得到二氧化碳
（3）若溶液变蓝则含有氧化亚铜；若溶液不变蓝则无氧化亚铜
【知识点】还原反应与金属的冶炼
【解析】【分析】 金属冶炼是把金属从化合态变为游离态的过程。用碳、一氧化碳、氢气等还原剂与金属氧化物在高温下发生还原反应，获得金属单质。一氧化碳还原氧化铜生成二氧化碳和铜；
【解答】（1） 实验前先要检查装置的气密性，并检验气体的纯度，再对图甲装置进行加热，加热前还要进行的一步操作是先通一会一氧化碳，防止加热前排尽空气防止爆炸；
（2）先闭合b打开a，CO2和NaOH反应生成Na2CO3和H2O，得到一氧化碳；再闭合a打开b，通入稀硫酸，稀硫酸和碳酸钠反应得到二氧化碳；
（3） 因为氧化铜经一氧化碳还原不仅能生成铜，还可能生成中间产物氧化亚铜（Cu2O）；Cu2O能与酸反应生成 Cu2＋ ，Cu不与酸反应。所以若溶液变蓝则含有氧化亚铜；若溶液不变蓝则无氧化亚铜
故答案为：（1） 先通一会一氧化碳 （2） 先闭合b打开a，得到一氧化碳；再闭合a打开b，通入稀硫酸得到二氧化碳 （3） 若溶液变蓝则含有氧化亚铜；若溶液不变蓝则无氧化亚铜
04 化学实验的设计与探究
4．反应物的质量比不同可能会影响生成物的种类，为探究碳和氧化铜反应生成的气体种类，小科设计了如下实验装置和方案（B、C装置中药品足量，且所有反应均充分进行）：
【提出问题】碳和氧化铜反应生成的气体是什么？
【作出猜想】猜想①：生成的气体可能是CO；
猜想②：生成的气体可能是CO2；
猜想③：生成的气体可能是CO和CO2.
【收集证据】
（1）从定性观察角度判断
若观察到　 　（填写现象），则说明生成气体中没有。
（2）从定量计算角度判断
用电子天平测定表格中的四个数据：
反应前的质量 反应后的质量
A（试管+固体） m1 m2
B+C（广口瓶+溶液） m3 m4
若猜想③成立，则存在的质量关系是　 　（用m1.m2，m3、m4来表示）
（3）【交流反思】
若反应生成物有一氧化碳和二氧化碳，他又设计了如图乙所示的装置分离CO和CO2（铁架台、铁夹等固定用装置已略去，a、b为活塞）。若想实现分离，活塞a和b应该如何操作？　
　。
【答案】（1）澄清石灰水无明显变化
（2）m1+m3＞m2+m4
（3）打开a，关闭b，气体进入气球，得到一氧化碳；关闭a，打开b，更换另一个气球收集气体为二氧化碳
【知识点】质量守恒定律及其应用；二氧化碳的化学性质
【解析】【分析】（1）二氧化碳能够使澄清的石灰水变浑浊；
（2）根据质量守恒定律列出不等式进行比较即可；
（3）在乙图中，打开a，关闭b，则二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收生成碳酸钠，而一氧化碳不与氢氧化钠反应，溢出后被气球收集。关闭a，打开b，稀硫酸与碳酸钠反应生成二氧化碳气体，再次被气球收集。
【解答】（1）若观察到澄清石灰水无明显变化，则说明生成气体中没有。
（2）根据题意可知，如果猜想③成立，那么生成一氧化碳和二氧化碳的质量，而只有二氧化碳能够被吸收，则反应前的总质量肯定大于反应后的总质量，即： m1+m3＞m2+m4 。
（3）若想实现分离，活塞a和b的操作方法如下：打开a，关闭b，气体进入气球，得到一氧化碳；关闭a，打开b，更换另一个气球收集气体为二氧化碳。
1．超氧化钠（NaO2）在常温下能分别与CO2、H2O、HCl发生反应，均可生成O2。为了验证CO2能跟NaO2反应生成O2，某兴趣小组的同学设计了如图所示实验。（已知：超氧化钠能与水反应生成氢氧化钠和氧气；稀盐酸具有挥发性）。
（1）NaO2和二氧化碳反应生成氧气和一种白色固体，则该白色固体可能是____（填字母）；
A．NaCl B．NaOH C．Na2CO3 D．NaHCO3
（2）推测B装置中X溶液的作用是　 　；
（3）在G装置中，关闭阀门Ⅰ，打开阀门Ⅱ，同时微热红磷和白磷，可观察到红磷不燃烧，白磷燃烧，由此可得出燃烧的条件是　 　；
（4）实验结束后，某同学取少量D中固体，加足量水，有气泡产生。为验证所得溶液中含有氢氧化钠，请你帮助这位同学写出后续的实验操作与现象　 　。
【答案】（1）C
（2）除去HCl气体
（3）温度需要达到着火点
（4）取少量待测溶液，加入足量氯化钙溶液，产生白色沉淀，过滤后，向滤液中滴加少量酚酞试液，若酚酞试液变红，则证明有氢氧化钠
【知识点】酸、碱、盐的鉴别；酸的化学性质
【解析】【分析】（1）根据质量守恒定律，反应前后元素的种类不变来分析解答；
（2）根据除去氯化氢气体可用饱和的碳酸氢钠溶液来分析解答；
（3）根据可燃物燃烧的条件是与氧气接触，达到着火点来分析解答；
（4）根据检验碳酸钠和氢氧化钠的方法来分析解答。
【解答】（1）NaO2和二氧化碳反应生成氧气和一种白色固体，根据质量守恒定律，反应前后元素的种类不变，反应前无氯元素和氢元素，不可能生成氯化钠、氢氧化钠和碳酸氢钠，故该白色固体可能是碳酸钠，故选：C；
（2）稀盐酸具有挥发性，能会发出氯化氢气体，大理石的主要成分是碳酸钙，碳酸钙与稀盐酸反应生成的二氧化碳气体中含有氯化氢气体和水蒸气，除去氯化氢气体可用饱和的碳酸氢钠溶液，除去水蒸气可用浓硫酸，故B装置中X溶液的作用是除去HCl气体；
（3）可燃物燃烧的条件是与氧气接触，达到着火点，在G装置中，关闭阀门Ⅰ，打开阀门Ⅱ，同时微热红磷和白磷，红磷和白磷都与氧气接触，观察到红磷不燃烧，白磷燃烧，故由此可得出燃烧的条件是温度需要达到着火点；
（4）CO2能跟NaO2反应生成氧气和碳酸钠，超氧化钠能与水反应生成氢氧化钠和氧气，碳酸钠和氢氧化钠的溶液都显碱性，都能使无色的酚酞试液变红，则为验证所得溶液中含有氢氧化钠，需先除去碳酸钠，再用酚酞试液检验，故验证所得溶液中含有氢氧化钠的方法是取少量溶液于试管中，加入足量氯化钙溶液，产生白色沉淀，过滤后，在滤液中滴加少量酚酞试液，酚酞试液变成红色。
故答案为：（1）C；（2）除去HCl气体；（3）温度需要达到着火点；（4）取少量待测溶液，加入足量氯化钙溶液，产生白色沉淀，过滤后，向滤液中滴加少量酚酞试液，若酚酞试液变红，则证明有氢氧化钠。
2．水煤气是一种工业上常用的气体燃料，一般用焦炭和水蒸气在高温下反应制得，含有少量的CO2和水蒸气杂质。某化学兴趣小组对水煤气的主要成分进行研究。
【查阅资料】
⑴白色的无水硫酸铜粉末遇水变成蓝色；
⑵Na2CO3与少量盐酸反应生成NaHCO3和NaCl，与过量盐酸反应时生成NaCl，H2O，CO2
【实验假设】①可燃气只是CO ②可燃气体只是H2 ③可燃气体是CO和H2的混合气。
【实验过程】实验小组按以下流程进行实验（水煤气中CO2，H2O已被充分吸收）；
（1）实验中，发现黑色氧化铜变红，且无水硫酸铜变蓝色，还观察到澄清石灰水变浑浊，则上述假设　 　成立。
（2）【实验拓展】
实验后，甲同学认为欲检验所用NaOH是否完全消耗，可向溶液中滴入几滴稀盐酸，若没有气体产生，则溶液中还有NaOH剩余，但乙同学认为甲同学的设计是错误的，理由是　
　。
（3）丙同学通过本次实验，结合查阅的资料发现，不用任何其它试剂，只用试管和胶头滴管就可以鉴别稀盐酸和碳酸钠两种无色溶液。正确的鉴别方案及结论是　 　。
【答案】（1）③
（2）如果氢氧化钠被完全消耗，生成的Na2CO3与少量盐酸反应生成NaHCO3和NaCl，也没有气体产生
（3）把两种溶液分别加入两支试管中，用胶头滴管吸取其中的一种溶液，向另一只试管中滴加，如果开始时没有气泡产生，滴加一会儿后产生气泡，说明胶头滴管中的溶液是稀盐酸，另一种是碳酸钠溶液
【知识点】盐的性质及用途；物质的鉴别、推断
【解析】【分析】本题考查的是盐的性质及用途的探究实验。
（1）无水硫酸铜变蓝色，说明有水产生；石灰水变浑浊，说明有二氧化碳产生；
（2）如果实验设计不合理，可能会得出错误的结论；
（3）根据物质的性质可以判断鉴别物质的方法。
【解答】
（1）实验中，发现黑色氧化铜变红，且无水硫酸铜变蓝色，证明水煤气含有H2；还观察到澄清石灰水变浑浊，证明水煤气含有另一可燃气体为一氧化碳，故选③；
（2）如果氢氧化钠被完全消耗，生成的Na2CO3与少量盐酸反应生成NaHCO3和NaCl，也没有气体产生，所以丙同学认为乙同学的设计是错误的；
（3）正确的鉴别方案及结论是：把两种溶液分别加入两支试管中，用胶头滴管吸取其中的一种溶液，向另一支试管中滴加，如果开始时没有气泡产生，滴加一会儿后产生气泡，说明胶头滴管中的溶液是稀盐酸，另一种是碳酸钠溶液；因为向碳酸钠溶液中滴加稀盐酸时，开始时稀盐酸较少，碳酸钠和稀盐酸反应生成碳酸氢钠和氯化钠，没有二氧化碳产生，当滴加的稀盐酸较多时，碳酸钠和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，这时有气泡产生，如果一开始就有气泡产生，说明胶头滴管中的溶液是碳酸钠溶液，另一种是稀盐酸；因为碳酸钠溶液和较多的稀盐酸反应时，碳酸钠和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，这时有气泡产生；
故答案为：（1） ③ ；（2） 如果氢氧化钠被完全消耗，生成的Na2CO3与少量盐酸反应生成NaHCO3和NaCl，也没有气体产生；（3） 把两种溶液分别加入两支试管中，用胶头滴管吸取其中的一种溶液，向另一只试管中滴加，如果开始时没有气泡产生，滴加一会儿后产生气泡，说明胶头滴管中的溶液是稀盐酸，另一种是碳酸钠溶液 。
3．俄乌冲突导致欧洲天然气断供，欧洲居民争相囤积煤炭。但在使用煤炭的过程中，却发生了中毒事件，这是灼热的煤炭与水反应所生成的气体导致的。那么生成的气体中有哪些成分呢 同学们进行了以下探究。
【查阅资料】煤炭主要成分是碳，遇水或氧气不足时会生成有毒气体一氧化碳。
【建立猜想】同学们对生成的气体成分做了以下猜想：
猜想1：有CO、CO2
猜想2：有CO、H2
猜想3：有CO、CO2和 H2
猜想4：有CO、H2、CO2和 H2O
【初步分析】
（1）小组讨论后，很快否定了猜想1，理由是　 　。
（2）【实验操作】他们利用下列实验装置进行探究。
如何连接组装实验装置，同学们意见不一。某同学按照C→A→C→B→B→D→B→C的顺序连接装置，将生成的气体通过该装置，请评价该方案是否可行，理由是　 　
（3）同学们最终选择了下图的实验装置进行实验，假设C、D装置内的反应都完全。
①该实验中判断氢气存在的关键现象是　 　。
②在该实验探究过程中，G装置的作用是　 　。
【答案】（1）违背质量守恒定律(合理即可)
（2）不可行，无法检验原气体中是否含有水蒸气
（3）F中的无水硫酸铜变蓝；检验CO2，收集尾气
【知识点】物质除杂或净化；二氧化碳的检验和验满；还原反应与金属的冶炼；碱的化学性质
【解析】【分析】质量守恒： 1.反应前后物质总质量不变 2.元素的种类不变 3.各元素的总质量不变
【解答】（1）根据质量守恒：反应前后元素种类不变，反应前有C、H、O三种元素，反应后也应有这三种，猜想1中没有H元素，故填：违背了质量守恒定律。
（2）装置A的作用：吸收CO2 装置B的作用：检验水蒸气，装置C的作用：检验CO2，当气体通过溶液后会带出一部分的水蒸气，对检验原气体中是否含有水蒸气会产生干扰，因此需要先检验是否含有水蒸气。故填： 不可行，无法检验原气体中是否含有水蒸气
（3）①H2能与E装置的CuO发生反应：H2+CuOH2O+Cu 现象为黑色固体变红色，且产生的H2O能使F装置中的无水CuSO4变蓝，故填：F中的无水硫酸铜变蓝。
②G装置中澄清石灰水可以用来检验CO2，且该实验中尾气含有CO，CO难溶于水，可以利用该装置收集CO尾气，故填：检验CO2，收集尾气。
4．某兴趣小组的同学们利用如图所示的装置对CO还原Fe2O3粉末的实验进行探究（固定装置略）。
【查阅资料】CO能溶于铜液。铜液：醋酸二氨合铜和氨水的混合液
（1）按如图连接装置A﹣E，在装入试剂前，先　 　。
（2）装置C中玻璃管的作用：　 　。
（3）反应一段时间后，能证明CO与Fe2O3反应的实验现象：　 　。
（4）某同学认为该装置有缺陷，需在装置E后再连接装置F，装置E、F的接口连接顺序：a连接
　 　（填“b”或“c”）。
【答案】（1）检查装置的气密性
（2）调节压强
（3）D中玻璃管内红色固体变成黑色，E中澄清的石灰水变浑浊
（4）c
【知识点】实验方案设计与评价；还原反应与金属的冶炼
【解析】【分析】（1）根据密闭装置中进行的实验加药品前要先检查装置气密性分析；
（2）根据有气体参与的装置要注意压强的变化分析；
（3）根据一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳分析；
（4）根据吸收气体装置要使气体与药品充分接触分析。
【解答】（1）该反应需在密闭装置中进行， 按如图连接装置A﹣E，在装入试剂前，要先检查装置的气密性 ；
（2） 装置C中玻璃管连接外界，其作用是调节压强。
（3）一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，反应一段时间，观察到D中玻璃管内红色固体变成黑色，E中澄清的石灰水变浑浊 ，可证明一氧化碳与氧化铁发生了反应。
（4） CO能溶于铜液 ， 在装置E后再连接装置F，是为了吸收尾气中的CO，防止污染空气，为使药品充分接触，则a连接c。
故答案为：（1） 检查装置的气密性 ；（2）调节压强；（3） D中玻璃管内红色固体变成黑色，E中澄清的石灰水变浑浊 ；（4）c。
5．为了证明Ca（OH）2溶液与稀盐酸、NaOH溶液与CO2能发生化学反应。小金设计了如图所示实验装置（装置气密性良好，实验前弹簧夹K1、K2处于关闭状态）和如下实验步骤：
步骤1：打开活塞①，逐滴滴加稀盐酸直至过量后关闭活塞①；同时打开K1，鼓入N2（起搅拌作用，使反应充分进行）。
步骤2：关闭K1，打开活塞②，将足量NaOH溶液注入锥形瓶后立即关闭活塞②。
步骤3：一段时间后，打开K2。
（1）在步骤1中能证明Ca（OH）2溶液与稀盐酸发生化学反应的实验现象是　 　。
（2）在步骤3中观察到的现象为：A中溶液倒吸进入B，B中产生白色沉淀，且溶液呈红色。仅凭“A中溶液倒吸进入B”这一现象，能否证明NaOH溶液与CO2发生化学反应 判断并说明理由　 　；
（3）写出生成白色沉淀的化学方程式　 　。
【答案】（1）A中酚酞试液由红色变成无色
（2）不能，可能是CO2溶解于NaOH溶液的水中，导致气压减小，A中溶液倒吸进入
（3）CaCl2+Na2CO3═2NaCl+CaCO3↓
【知识点】酸碱指示剂及其性质
【解析】【分析】（1）开始时，滴加酚酞的氢氧化钙溶液显红色。氢氧化钙与盐酸反应生成氯化钙和水，随着盐酸的滴入，氢氧化钙溶液与稀盐酸恰好完全反应时，溶液呈中性，锥形瓶中溶液红色逐渐褪去变为无色；
（2）溶液被倒吸，说明锥形瓶内气压减小，可能是二氧化碳和氢氧化钠反应所致，也可能是二氧化碳溶于水所致；
（3）确定反应物、反应条件和生成物，据此写出反应的化学方程式。
【解答】（1）在步骤1中能证明Ca（OH）2溶液与稀盐酸发生化学反应的实验现象是A中酚酞试液由红色变成无色。
（2）仅凭“A中溶液倒吸进入B”这一现象，不能证明NaOH溶液与CO2发生化学反应，因为有可能是CO2溶解于NaOH溶液的水中，导致气压减小，A中溶液倒吸进入。
（3）氯化钙和碳酸钠反应生成碳酸钙白色沉淀和氯化钠，反应的化学方程式为：CaCl2+Na2CO3═2NaCl+CaCO3↓。
6．思维模型的建构既方便于问题的解决， 又能促进深度学习。某科学研究小组同学在研究了气体检验专题内容后， 认为气体检验的关键是对干扰气体的鉴定， 其判断标准是对后续实验是否会产生干扰。于是通过讨论研究小组同学对解决“气体检验”类问题建构了如下思维模型：
【模型应用】同学们为检验天然气燃烧后的气体产物 (甲烷已完全反应)成分， 应用思维模型设计了如图实验方案， 将天然气在氧气中燃烧后得到的混合气体通过该方案进行实验。
（1）实验过程中观察到 A 装置中的无水硫酸铜变蓝，则该气体燃烧后的产物成分有　 　。
（2）实验中小阳同学发现 中黑色 变红， 中澄清石灰水变浑浊，得出了天然气燃烧后的气体产物中有CO2和CO结论。小莲认为该结论不严谨， 理由是：　 　。
（3）交流时，小莲提出，只要先从 a 处通一段时间混合气体， 观察现象， 再点燃B处酒精灯加热， 继续观察现象， 就可顺利完成气体产物成分的检验。小莲提出在加热前先通一段时间的混合气体， 其目的是　 　。
（4）实验方案中， 装置 C 可归属于上述思维模型中的　 　环节。
【答案】（1）水
（2） 和氧化铜反应会生成 ， 无法判断原气体产物中是否有二氧化碳
（3）证明气体产物中是否有二氧化碳
（4）气体检验、尾气处理
【知识点】实验方案设计与评价；二氧化碳的检验和验满；还原反应与金属的冶炼
【解析】【分析】（1）根据硫酸铜遇水由白色变成蓝色分析；
（2）根据一氧化碳与氧化铜反应产生二氧化碳分析；
（3）根据一氧化碳与氧化铜反应产生二氧化碳，所以在一氧化碳与氧化铜反应前先验证原气体中是否有二氧化碳分析；
（4）根据C装置的用途分析。
【解答】（1） 硫酸铜遇水由白色变成蓝色，实验过程中观察到 A 装置中的无水硫酸铜变蓝，则该气体燃烧后的产物成分有水。
（2） 和氧化铜反应会生成 ， 无法判断原气体产物中是否有二氧化碳，所以结论不严谨。
（3）一氧化碳与氧化铜反应产生二氧化碳，干扰原二氧化碳的验证，实验前先通一段时间的混合气体，是为了证明气体产物中是否有二氧化碳 。
（4） 装置 C 中澄清石灰水可检验二氧化碳，且C中两个导管都是长导管，可将尾气收集在C装置中，可归属于上述思维模型中的气体检验、尾气处理环节。
故答案为：（1）水（H2O）；（2） 和氧化铜反应会生成 ， 无法判断原气体产物中是否有二氧化碳 ；（3） 证明气体产物中是否有二氧化碳；（4） 气体检验、尾气处理 。
7．由于大量使用一次性塑料袋造成的“白色污染”，已成为一个严重的社会问题。某化学研究小组同学欲分析探究某种塑料袋中各元素的含量（资料显示该塑料袋只含C、H两种元素），他们设计了如图的实验装置，使该塑料袋的碎屑在纯氧中燃烧，观察实验现象，分析有关数据，推算元素含量。
实验主要操作如下：
Ⅰ．检查装置气密性后装入塑料碎屑；
Ⅱ．打开A中分液漏斗活塞，往锥形瓶中注入双氧水，随后关闭活塞；
Ⅲ．一段时间后，点燃酒精灯，观察到塑料碎屑燃烧；
Ⅳ．充分燃烧后熄灭酒精灯，继续通入氧气直至玻璃管冷却。
（1） B装置中浓硫酸的作用是　 　。
（2）操作Ⅳ中熄灭酒精灯后，继续通入氧气的作用是　 　。
（3）装置C的直玻璃管中塑料试样充分燃烧后，测得装置D增重a克，装置E增重b克，则样品中的碳元素的质量分数为　 　（用字母a、b表示）。
【答案】（1）干燥氧气（吸收氧气中混有的水蒸气）
（2）使反应生成的CO2和H2O能被DE装置充分吸收，减小实验误差
（3）
【知识点】有关化学式的计算和推断；质量守恒定律及其应用；酸的物理性质及用途
【解析】【分析】（1）根据浓硫酸的吸水性分析；
（2）根据反应后装置内有气体残留分析；
（3）根据D中增重质量为生成水的质量，E中增重质量为生成二氧化碳质量及反应前后碳、氢元素质量守恒分析。
【解答】（1）浓硫酸具有吸水性， B装置中浓硫酸的作用是干燥氧气，吸收氧气中混有的水蒸气；
（2）反应后装置内会有气体残留， 操作Ⅳ中熄灭酒精灯后，继续通入氧气的作用是使反应生成的CO2和H2O能被DE装置充分吸收，减小实验误差 ；
（3）D中增重质量为生成水的质量，E中增重质量为生成二氧化碳质量，且该塑料中只含碳、氢元素，由碳、氢元素守恒可知，样品中碳元素质量分数为。
故答案为：（1） 干燥氧气（吸收氧气中混有的水蒸气） ；（2） 使反应生成的CO2和H2O能被DE装置充分吸收，减小实验误差 ；（3） 。
8．氢氧化钠与稀硫酸反应是否放出热量？三位同学为探究此问题按图进行了实验：
（1）甲同学按图实验：在烧杯中先加入一定量的稀硫酸溶液，然后再加入适量的氢氧化钠固体，观察到温度计示数变大，于是得到“反应放出热量”的结论。你认为是否正确并说明理由　
　；
（2）乙同学用乙图实验，可以根据　 　现象证明该反应放出热量。
（3）丙同学是将稀硫酸不断的滴入氢氧化钠溶液中，并用数字化仪器测量的数据。由图可知，当反应进行到20s时溶液中的溶质是　 　。
（4）实验过程中小乐在实验室发现一瓶未密封的KOH固体，对其成分进行实验探究。
【查阅资料】①KOH与NaOH的化学性质相似。
请用化学方程式解释KOH变质的原因是　 　（用化学方程式表示）。
②K2CO3溶液呈碱性，CaCl2溶液，KCl溶液呈中性。
【猜想假设】假设Ⅰ：只含KOH；假设Ⅱ：含KOH和K2CO3；假设Ⅲ：只含K2CO3.
【进行实验】
实验操作步骤 实验现象 实验结论
a、取少量样品于试管中，加入足量的稀盐酸 有气泡产生 假设　 　错误
b、另取少量样品于试管中，加水溶解，加入过量的CaCl2溶液，振荡，静置 产生白色沉淀 猜想Ⅱ正确
c、取②中上层清液，滴加无色的酚酞试液 　 　
【拓展应用】完全变质的KOH也有利用价值，从K2CO3的组成或性质看，K2CO3在农业上的可以作为钾肥使用。
【答案】（1）不正确，氢氧化钠固体溶于水放热
（2）导管2口有气泡
（3）氢氧化钠和硫酸钠
（4）CO2+2KOH=K2CO3+H2O；Ⅰ；溶液变红
【知识点】化学反应中能量的变化；酸的化学性质；碱的物理性质及用途；碱的化学性质
【解析】【分析】（1）根据氢氧化钠固体溶解放热分析；
（2）根据反应放热装置内压强会增加分析；
（3）根据20s时溶液pH仍大于7，反应后溶液中溶质除生成物外还有反应物氢氧化钠剩余分析；
（4）根据氢氧化钾易与空气中二氧化碳反应生成碳酸钾和水，碳酸钾与盐酸反应产生二氧化碳气体，碳酸钾与氯化钙反应产生碳酸钙沉淀，氢氧化钾溶液呈碱性分析。
【解答】（1） 氢氧化钠固体溶于水也放热，所以硫酸溶液中加氢氧化钠固体温度升高不能证明反应放热。
（2）乙同学图示向氢氧化钠溶液中加入稀硫酸，若反应放热，则会使装置内压强增大，观察到导管2口处有气泡产生。
（3） 将稀硫酸不断的滴入氢氧化钠溶液中， 当反应进行到20s时溶液pH仍大于7，说明氢氧化钠过量，溶液中的溶质是 氢氧化钠和硫酸钠 。
（4）氢氧化钾易与空气中二氧化碳反应生成碳酸钾和水，反应方程式为 CO2+2KOH=K2CO3+H2O 。 取少量样品于试管中，加入足量的稀盐酸 ，有气泡产生，则说明样品中一定有碳酸钾，则猜想I错误； 另取少量样品于试管中，加水溶解，加入过量的CaCl2溶液，振荡，静置 ，产生白色沉淀，证明样品中含碳酸钾，且将碳酸钾除去， 取上层清液，滴加无色的酚酞试液，溶液变红色，则说明样品中含氢氧化钾，即猜想Ⅱ正确 。
故答案为：（1） 不正确，氢氧化钠固体溶于水放热 ；（2） 导管2口有气泡 ；（3） 氢氧化钠和硫酸钠 ；（4） CO2+2KOH=K2CO3+H2O ； Ⅰ ；溶液变红。
9．已知草酸（H2C2O4）加热时会发生分解反应，某化学兴趣小组对草酸的分解产物产生了兴趣。
【提出猜想】甲：CO2、H2O乙：CO、H2O丙：NH3、CO2、H2O丁：CO2、CO、H2O
（1）小敏同学认为丙同学的猜想是错误的，理由是 。
【查阅资料】新鲜的血液，遇一氧化碳或二氧化碳由鲜红变为暗红。
【进行实验】为了验证上述猜想，将草酸样品置于B中灼烧，其它装置如图1所示。
实验开始后，C装置中产生白色沉淀，E装置中新鲜的鸡血变为暗红色。
【得出结论】（2） 同学的猜想是正确的。
【交流与评价】
（3）这套装置的不足之处是 ，需要有后续装置处理。
（4）小敏同学认为可以用图2装置替换E装置来实现原有功能，你认为 （填“可以”或“不可以”），原因是 。
【答案】 草酸中不含氮元素 丁 没有处理尾气 不可以 图2装置中通入的气体可能是一氧化碳和氧气混合气体，加热可能导致装置发生爆炸
【详解】（1）草酸（H2C2O4）加热时在浓硫酸的作用下会发生分解反应，根据质量守恒定律，产物中是不可能出现含有氮元素的物质，因此丙同学的猜想是错误的；
（2）装置B中澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳；E装置中新鲜的鸡血变为暗红色，说明有一氧化碳，根据实验的现象，可推断丁同学猜想成立；
（3）一氧化碳具有毒性，不能直接排放到空气中，这套装置的不足之处没有尾气处理装置；
（4）草酸（H2C2O4）加热时在浓硫酸的作用下会发生分解反应，根据质量守恒定律，产物中可能同时存在CO和氧气，不可以用图2装置替换E装置来实现原有功能，图2装置中通入的气体可能是一氧化碳和氧气混合气体，加热可能导致装置发生爆炸。
10．某科学小组利用下图装置对FeSO4·nH2O晶体中结晶水的含量进行测定（铁架台等已省略）。已知：
①FeSO4和FeSO4·nH2O加热时易被空气中的氧气氧化；②。
实验步骤如下：
回答下列问题。
（1）步骤I打开K1导入二氧化碳气体，排尽装置中的空气，其目的是 。
（2）有同学建议，为加快产生CO2的速度，可将A装置中的稀盐酸浓度增大、石灰石磨成粉状。试问，制取气体时反应速度是否越快越好？其理由是 。
（3）步骤Ⅵ称量，若晶体FeSO4·nH2O质量为m，反应前后C装置的质量减少了m1，D装置的质量增加了m2，则此晶体中结晶水的百分含量为 （用字母表示）。
【答案】 防止加热时FeSO4和FeSO4 nH2O被空气中的氧气氧化； 不是，这是因为反应速率过快时容易发生安全事故，不利于气体收集；
【详解】（1）由题中信息可知，FeSO4和FeSO4 nH2O加热时易被空气中的氧气氧化，则步骤Ⅰ打开K1导入二氧化碳气体，排尽装置中的空气，其目的是防止加热时FeSO4和FeSO4 nH2O被空气中的氧气氧化；
（2）因为反应速率过快时容易发生安全事故，不利于气体收集，因此制取气体时反应速度不是越快越好，要根据实际情况而定；
（3）步骤Ⅳ称量，若晶体FeSO4 nH2O质量为m，反应前后C装置的质量减少了m1，根据化学方程式可知，结晶水的质量是m1，则此晶体中结晶水的百分含量=。
11．如图所示是木炭还原氧化铜的实验，小科对碳与氧化铜反应生成的气体成分进行探究。
[提出问题]碳燃烧时可能生成CO2，也可能生成CO，那么碳与氧化铜反应生成的气体是否也有多种可能
[作出猜想]
猜想①：CO；
猜想②：CO2；
猜想③：CO和CO2。
[设计方案]打开K，缓缓通入干燥的氮气一段时间，关闭K，点燃酒精喷灯和酒精灯，充分反应后，熄灭酒精喷灯和酒精灯，打开K，再通一段时间氮气。
方案一：从定性观察角度判断
（1）若观察到B中澄清石灰水变浑浊，则可排除猜想 。
（2）实验结束后，需要先熄灭（选填“A”或“D”） 酒精灯。
（3）方案二：从定量计算角度判断取一定量炭粉和4g氧化铜的混合物进行实验，并测定表格中的四个数据：
反应前的质量 反应后的质量
A（玻璃管+固） m1 m2
B+C+（广口瓶+混合液） m3 m4
若猜想②成立，则理论上（m4-m3） （m1-m2）（填“>”“=”或“<”）。
（4）若猜想③成立且CuO全部转化成Cu，则参加反应碳的质量m的取值范围是 。
【答案】 ① A = 0.3g＜m＜0.6g
【详解】（1） 二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，若观察到B中澄清石灰水变浑浊，说明气体中一定有二氧化碳，则可排除猜想① 。
（2） D处酒精灯是为了处理尾气，防止空气污染，实验结束后，需要先熄灭A处酒精灯。
（3）A玻璃管减少质量即为生成气体质量，BC增重质量为生成二氧化碳质量，若理论上（m4-m3）＝（m1-m2） ，则可证明猜想②成立。
（4）设生成气体全部为CO，则
x＝0.6g，
设生成气体全部为CO2，则
y=0.3g，
若猜想③成立且CuO全部转化成Cu，则参加反应碳的质量m的取值范围是 0.3g＜m＜0.6g 。
12．为进一步确定湖边收集的气体的组成，同学们进行了以下探究过程，请你参与并协助他们完成相关学习任务。
【提出猜想】收集的气体中可能含有CH4、CO2、CO和H2O。
【查阅资料】CO+CuOCu+CO2 CH4+4CuO4Cu+CO2+2H2O
【设计方案】：学习小组的同学经过讨论，设计了如图所示的装置进行“猜想”的实验探究。已知：A为储气罐，存放湖边收集的气体；B中装有浓硫酸；C中装有CuO；D中盛装无水硫酸铜白色粉末；E中装有氢氧化钙溶液。
【讨论与交流】
（1）该系列装置还缺少尾气处理装置，写出一种你认为可行的尾气处理方法 。
（2）请你设计完成如图方框内的实验方案（选用下列装置，按连接顺序填写） 。
（3）原气体中若含有CH4，则D中的现象是 。
（4）老师认为以上设计仍有缺陷，不能确定CO气体是否存在。小王同学和小李同学想通过定量实验的方法进行检验，于是对实验方案进行了改进，E装置中的试剂改为足量的氢氧化钠溶液，同时对D、E装置在实验前后的质量进行称量，数据计入下表中：
　 反应前 反应后
D装置 100g 103.6g
E装置 120g 125.5g
你认为根据上述数据计算后能否得出原气体中含有CO的结论，并简要分析： 。
【答案】 点燃处理或用气球收集处理等 2、1、3 白色固体变成蓝色 D装置增重质量即为生成水的质量，生成水质量=103.6g-100g=3.6g；
设:甲烷生成3.6克水,同时生成二氧化碳质量为x。
x=4.4g，
生成二氧化碳总质量为E装置增重质量=125.5g-120g=5.5g>4.4g，能说明原气体中含有CO。
【详解】（1）CO具有可燃性，为防止污染空气，实验的尾气可点燃处理或用气球收集处理等；
（2）要证明气体成分，需先验证水并除去水，再检验二氧化碳并除去，然后利用一氧化碳和甲烷能与氧化铜反应，通过生成二氧化碳和水验证甲烷和一氧化碳，方框中为验证水和二氧化碳的装置，即2、1、3；
（3） 原气体中若含有CH4，与氧化铜反应后有水生成，D中的现象是白色固体变成蓝色；
（4）见答案。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
压轴题04 实验探究——化学气体制取、实验设计与评价
浙江中考科学试题中出现的有关实验方案的设计与评价试题恰恰吻合了新课标对学生科学探究精神的要求。其中实验设计与评价是化学实验中难度最大、综合性最强、能力要求相对较高的一类试题。
它既需要牢固的基础知识，还需要较强的分析问题的能力和应用知识的能力。这类题能较好地考察学生灵活运用知识解决问题的能力和创造性思维能力。
1、本专题的考试题型常有气体的制取实验（包含装置气密性，发生装置的选择，气体净化与干燥，气体收集）。还有物质性质探究，物质成分探究，实验方案的设计。实验专题也是考试中极易丢分项，常见的错误有语言描述不合理，过于口语化。
2、答好本专题，首先知识点不能有缺失，条理也需要弄清楚；另外需要多练习，对一般题型要清楚，能灵活变通，妥善应对新颖题型。
一、实验方案设计与评价题考点
①物质的鉴别、鉴定和检验的实验设计与评价。
②物质的制备和性质的实验设计与评价。
③物质的分离和提纯实验设计与评价。
④实验操作步骤的设计与评价。
⑤测定物质成分含量的实验设计与评价。
二、实验方案设计与评价基本要求
①科学性：实验原理科学，操作顺序、方法正确。
②安全性：避免有毒药品的使用，操作要注意安全，注意环境保护等问题。
③可行性：条件允许，效果明显，操作方便。
④简约性：装置简便，步骤简单，完成实验时间短。
三、实验方案设计与评价基本思路
①明确目的和原理：首先必须认真审题，明确实验的目的要求，弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。
②选择仪器和药品：根据实验的目的和原理以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态、能否腐蚀仪器和橡皮塞、反应是否需要加热及温度是否需要控制在一定范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。
③设计装置和步骤：根据实验目的和原理，以及所选用的实验仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤，并能够识别和绘制典型的实验仪器装置图，实验步骤应完整而又简便。
④记录现象和数据：根据观察，全面准确地记录实验过程中的现象和数据。
⑤分析得出结论：根据实验中观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。
▲（1）概念和原理型方案设计题
这类试题是以化学所涉及的主要概念或原理为主线设计的，主要是验证性或探究性实验设计及改正性实验设计，实验的目的主要是验证或探究化学概念和原理，或课本原有实验的优化，解题的关键是抓住概念或原理来分析，特别是借助课本上的原型启发，通过类比思维获得思路和方法。在设计实验方案时要注意通过设计对比实验得出结论，同时要注意控制变量法的使用。
▲（2）性质型方案设计题
这类试题是以化学常见和重要的物质的性质为核心设计的，包括物质成分的测定、物质性质的探究、物质的制备及物质的分离、提纯、鉴别等实验设计，解题的关键是要熟练掌握相关物质的性质。
四、方案设计评价型题
这类试题是通过展现探究方案，要求根据所学的知识以批判的思想对所设计的实验方案、实验方法、装置设计等从某角度否定、排除不合理或可行不最优的方法，选择、创新更好、更优的方法。对实验方案的评价主要抓住下面几点:原理是否正确、操作是否简便、装置是否简单、安全性是否好、是否无污染或污染小、推理是否严密、是否经济合理等。
【回顾高频知识点】
知识点一、气体制取一般顺序
知识点二、制取气体发生装置的选择
装 置 固体加热型 （粉）固液反应不加热型 （块）固液反应不加热型
装 置 示意图
适用气体 O2、NH3等 H2、CO2、O2等 H2、CO2等
注意 事项 ①试管口应稍向下倾斜，防止产生的水蒸气在管口冷凝后倒流引起试管破裂 ②铁夹应夹在距试管口1/3处 ③橡胶塞上的导管伸入试管里面不能太长，否则会妨碍气体的导出 ①长颈漏斗的下端管口应伸入液面以下 ②加入的液体反应物(如酸)要适当 ③将长颈漏斗换成分液漏斗可以控制反应速率 ①将块状固体置于多孔隔板上方 ②液体从长颈漏斗中加入至浸没固体即可 ③该装置的优点是随开随制，随关随停
知识点三、气体的净化
吸收剂 可吸收的气体杂质 净化装置
水 易溶性气体，如HCl、NH3等
强碱(NaOH)溶液 CO2、HCl、H2S、SO2、Cl2等
饱和碳酸氢钠溶液 CO2气体中混有的HCl、SO2气体
碱石灰(NaOH ＋ CaO) CO2、H2O(气)、HCl等
灼热氧化铜 H2、CO
灼热的铜网 O2
知识点四、气体的干燥
干燥剂 可干燥的气体 不能干燥的气体 干燥装置
酸性 浓硫酸 O2、CO2、CH4、N2、 HCl、SO2等 NH3
碱性 生石灰、碱石灰、 固体氢氧化钠 O2、H2、CO、CH4、N2、NH3 CO2、HCl、H2S、SO2
中性 无水氯化钙 除NH3以外的所有气体 NH3
知识点五、气体的收集装置
主要考虑气体的溶解性、密度、是否有毒性、能否与空气中的成分发生化学反应等因素。
装置 类型 排水/液法 向上排空气法 向下排空气法 气球集气法
装置示意图
适用 范围 不溶于水(液体)的气体 密度大于空气的气体 密度小于空气的气体 所有气体
气体 H2、O2、NO、CO、CH4 O2、CO2、SO2、H2S H2、NH3、CH4 NO、N2、O2等
知识点六、尾气的吸收处理
1．溶液吸收：如CO2、SO2、HCl等可用NaOH溶液吸收(极易溶气体要防止倒吸)。
2．点燃处理：如CO、CH4、H2等可燃性气体可在装置后接一个尖嘴导管，将其点燃。
3．气球收集：如有毒的CO、H2S、Cl2等可在导管末端接上一个气球收集。
4．防倒吸装置：如易溶的气体可收集到倒立的漏斗中。
知识点七、气密性检查常用方法
A. 手捂（加热）法：将导管的出口浸入水中，手握试管等容器，如果有气泡从导管口逸出，放手后导管末端形成稳定的水柱，表明装置气密性良好。
B. 液差（注水）法：从漏斗注入一定量的水，使漏斗下端浸没，塞紧橡皮塞，夹紧弹簧夹后，继续加水，使漏斗管内的液面高于瓶内液面，停止加水观察。液面差不变，表明装置气密性良好。
知识点八、其他类实验
◆木炭还原氧化铜实验步骤： “一通、二点、三灭、四停、五处理”
“一通”先通氢气，“二点”后点燃酒精灯进行加热；
“三灭”实验完毕后，先熄灭酒精灯，“四停”等到室温时再停止通氢气；
“五处理”处理尾气，防止CO污染环境。
实验注意事项：
A、试管稍向下倾斜，防止药品潮湿产生的水蒸气冷凝倒流，炸裂试管；
B、木炭应过量，目的是使氧化铜充分反应，也可防止生成的铜重新被氧化成氧化铜；
C、实验结束时，先把导管撤出在熄灭酒精灯，防止石灰水倒流炸裂试管；
D、实验现象要写全（黑色粉末变为红色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊）。
01 常见气体的制取实验
1．氢化镁（化学式为MgH2）是一种常用的焰火剂，某兴趣小组拟选用如图1装置制备氢化镁。
【查阅资料】
⑴氢化镁可用氢气与纳米级镁粉加热制得。氢化镁遇水反应生成氢氧化镁和氢气，并放出热量。
⑵常温下镁不与水反应
【实验步骤】
①如图1连接装置，再检查装置的气密性；
②装入药品，……，给C装置加热。
③实验结束时，先停止加热，等装置冷却到室温后停止通入氢气。
回答下列问题：
（1）为确保实验安全，请将步骤②中“给C装置加热”前的具体操作补充完整 　 　。
（2）装置A中反应的化学方程式 　 　。
（3）实验结束同学们利用图2装置检测得到的氢化镁的纯度。取一定质量样品，如图放入Y形管一端，实验开始将Y形管倾斜，水和样品接触，共得到氢气0.02克，则样品中氢化镁的质量 克。
（4）如果测量的结果偏大，可能的原因是 。
A．Y形管左侧的水倒入右侧排出部分气体
B．导管伸入量筒太长，未将导管拿出就读数
C．未冷却到室温就读数
D．实验前Y形管里有空气
02 气体成分测定实验
2. 半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分是H2、CO、CO2、N2和水蒸气。某科学兴趣小组为检验半水煤气的某些成分，设计的实验方案如图所示。查阅资料可知碱石灰是CaO和NaOH的混合物。所有气体均被相应装置一次除尽。回答下列问题：
（1）B装置的作用是 。
（2）实验结果证明有H2、CO和CO2存在，根据图甲实验装置回答：若要证明CO存在，只需观察到的现象是 。
（3）为了测定半水煤气中H2、CO质量的实验方案如图乙：若步骤Ⅳ中浓硫酸质量增加a克，步骤Ⅴ的KOH溶液质量增加b克，则半水煤气中H2与CO的质量比为 （用含字母a、b的代数式表示）。
03 金属还原实验
3．小明设计了如图甲所示的实验装置，进行一氧化碳还原氧化铜的实验。为分离A装置中反应排出的一氧化碳和二氧化碳，他又设计了如图乙所示的装置（铁架台、铁夹等固定用装置已略去，a、b为活塞）。请回答：
（1）实验前先要检查装置的气密性，并检验气体的纯度，再对图甲装置进行加热，加热前还要进行的一步操作是　 　。
（2）为分离得到CO和CO2，应该对图乙装置进行怎样的操作？　 　。
（3）对A装置中反应后得到的红色固体（此时氧化铜全部反应完），小明又进行了以下探究：
【查阅资料】：
①氧化铜经一氧化碳还原不仅能生成铜，还可能生成中间产物氧化亚铜（Cu2O）；
②Cu2O是不溶于水的红色固体，能与酸发生反应，生成Cu2＋和Cu。
【提出猜想】：氧化铜经一氧化碳还原所得到的红色固体中除Cu外还可能含有Cu2O。
【进行实验】：小明设计了一个最简单的实验方案：
实验步骤 取少量该红色固体放入盛有稀盐酸的试管中，振荡
实验现象及结论 　 　
04 化学实验的设计与探究
4．反应物的质量比不同可能会影响生成物的种类，为探究碳和氧化铜反应生成的气体种类，小科设计了如下实验装置和方案（B、C装置中药品足量，且所有反应均充分进行）：
【提出问题】碳和氧化铜反应生成的气体是什么？
【作出猜想】猜想①：生成的气体可能是CO；
猜想②：生成的气体可能是CO2；
猜想③：生成的气体可能是CO和CO2.
【收集证据】
（1）从定性观察角度判断
若观察到　 　（填写现象），则说明生成气体中没有。
（2）从定量计算角度判断
用电子天平测定表格中的四个数据：
反应前的质量 反应后的质量
A（试管+固体） m1 m2
B+C（广口瓶+溶液） m3 m4
若猜想③成立，则存在的质量关系是　 　（用m1.m2，m3、m4来表示）
（3）【交流反思】
若反应生成物有一氧化碳和二氧化碳，他又设计了如图乙所示的装置分离CO和CO2（铁架台、铁夹等固定用装置已略去，a、b为活塞）。若想实现分离，活塞a和b应该如何操作？　
　。
1．超氧化钠（NaO2）在常温下能分别与CO2、H2O、HCl发生反应，均可生成O2。为了验证CO2能跟NaO2反应生成O2，某兴趣小组的同学设计了如图所示实验。（已知：超氧化钠能与水反应生成氢氧化钠和氧气；稀盐酸具有挥发性）。
（1）NaO2和二氧化碳反应生成氧气和一种白色固体，则该白色固体可能是____（填字母）；
A．NaCl B．NaOH C．Na2CO3 D．NaHCO3
（2）推测B装置中X溶液的作用是　 　；
（3）在G装置中，关闭阀门Ⅰ，打开阀门Ⅱ，同时微热红磷和白磷，可观察到红磷不燃烧，白磷燃烧，由此可得出燃烧的条件是　 　；
（4）实验结束后，某同学取少量D中固体，加足量水，有气泡产生。为验证所得溶液中含有氢氧化钠，请你帮助这位同学写出后续的实验操作与现象　 　。
2．水煤气是一种工业上常用的气体燃料，一般用焦炭和水蒸气在高温下反应制得，含有少量的CO2和水蒸气杂质。某化学兴趣小组对水煤气的主要成分进行研究。
【查阅资料】
⑴白色的无水硫酸铜粉末遇水变成蓝色；
⑵Na2CO3与少量盐酸反应生成NaHCO3和NaCl，与过量盐酸反应时生成NaCl，H2O，CO2
【实验假设】①可燃气只是CO ②可燃气体只是H2 ③可燃气体是CO和H2的混合气。
【实验过程】实验小组按以下流程进行实验（水煤气中CO2，H2O已被充分吸收）；
（1）实验中，发现黑色氧化铜变红，且无水硫酸铜变蓝色，还观察到澄清石灰水变浑浊，则上述假设　 　成立。
（2）【实验拓展】
实验后，甲同学认为欲检验所用NaOH是否完全消耗，可向溶液中滴入几滴稀盐酸，若没有气体产生，则溶液中还有NaOH剩余，但乙同学认为甲同学的设计是错误的，理由是　
　。
（3）丙同学通过本次实验，结合查阅的资料发现，不用任何其它试剂，只用试管和胶头滴管就可以鉴别稀盐酸和碳酸钠两种无色溶液。正确的鉴别方案及结论是　 　。
3．俄乌冲突导致欧洲天然气断供，欧洲居民争相囤积煤炭。但在使用煤炭的过程中，却发生了中毒事件，这是灼热的煤炭与水反应所生成的气体导致的。那么生成的气体中有哪些成分呢 同学们进行了以下探究。
【查阅资料】煤炭主要成分是碳，遇水或氧气不足时会生成有毒气体一氧化碳。
【建立猜想】同学们对生成的气体成分做了以下猜想：
猜想1：有CO、CO2
猜想2：有CO、H2
猜想3：有CO、CO2和 H2
猜想4：有CO、H2、CO2和 H2O
【初步分析】
（1）小组讨论后，很快否定了猜想1，理由是　 　。
（2）【实验操作】他们利用下列实验装置进行探究。
如何连接组装实验装置，同学们意见不一。某同学按照C→A→C→B→B→D→B→C的顺序连接装置，将生成的气体通过该装置，请评价该方案是否可行，理由是　 　
（3）同学们最终选择了下图的实验装置进行实验，假设C、D装置内的反应都完全。
①该实验中判断氢气存在的关键现象是　 　。
②在该实验探究过程中，G装置的作用是　 　。
4．某兴趣小组的同学们利用如图所示的装置对CO还原Fe2O3粉末的实验进行探究（固定装置略）。
【查阅资料】CO能溶于铜液。铜液：醋酸二氨合铜和氨水的混合液
（1）按如图连接装置A﹣E，在装入试剂前，先　 　。
（2）装置C中玻璃管的作用：　 　。
（3） 反应一段时间后，能证明CO与Fe2O3反应的实验现象：　 　。
（4）某同学认为该装置有缺陷，需在装置E后再连接装置F，装置E、F的接口连接顺序：a连接　 　（填“b”或“c”）。
5．为了证明Ca（OH）2溶液与稀盐酸、NaOH溶液与CO2能发生化学反应。小金设计了如图所示实验装置（装置气密性良好，实验前弹簧夹K1、K2处于关闭状态）和如下实验步骤：
步骤1：打开活塞①，逐滴滴加稀盐酸直至过量后关闭活塞①；同时打开K1，鼓入N2（起搅拌作用，使反应充分进行）。
步骤2：关闭K1，打开活塞②，将足量NaOH溶液注入锥形瓶后立即关闭活塞②。
步骤3：一段时间后，打开K2。
（1）在步骤1中能证明Ca（OH）2溶液与稀盐酸发生化学反应的实验现象是　 　。
（2）在步骤3中观察到的现象为：A中溶液倒吸进入B，B中产生白色沉淀，且溶液呈红色。仅凭“A中溶液倒吸进入B”这一现象，能否证明NaOH溶液与CO2发生化学反应 判断并说明理由　 　；
（3）写出生成白色沉淀的化学方程式　 　。
6．思维模型的建构既方便于问题的解决， 又能促进深度学习。某科学研究小组同学在研究了气体检验专题内容后， 认为气体检验的关键是对干扰气体的鉴定， 其判断标准是对后续实验是否会产生干扰。于是通过讨论研究小组同学对解决“气体检验”类问题建构了如下思维模型：
【模型应用】同学们为检验天然气燃烧后的气体产物 (甲烷已完全反应)成分， 应用思维模型设计了如图实验方案， 将天然气在氧气中燃烧后得到的混合气体通过该方案进行实验。
（1）实验过程中观察到 A 装置中的无水硫酸铜变蓝，则该气体燃烧后的产物成分有　 　。
（2）实验中小阳同学发现 中黑色 变红， 中澄清石灰水变浑浊，得出了天然气燃烧后的气体产物中有CO2和CO结论。小莲认为该结论不严谨， 理由是：　 　。
（3）交流时，小莲提出，只要先从 a 处通一段时间混合气体， 观察现象， 再点燃B处酒精灯加热， 继续观察现象， 就可顺利完成气体产物成分的检验。小莲提出在加热前先通一段时间的混合气体，其目的是　 　。
（4）实验方案中， 装置 C 可归属于上述思维模型中的　 　环节。
7．由于大量使用一次性塑料袋造成的“白色污染”，已成为一个严重的社会问题。某化学研究小组同学欲分析探究某种塑料袋中各元素的含量（资料显示该塑料袋只含C、H两种元素），他们设计了如图的实验装置，使该塑料袋的碎屑在纯氧中燃烧，观察实验现象，分析有关数据，推算元素含量。
实验主要操作如下：
Ⅰ．检查装置气密性后装入塑料碎屑；
Ⅱ．打开A中分液漏斗活塞，往锥形瓶中注入双氧水，随后关闭活塞；
Ⅲ．一段时间后，点燃酒精灯，观察到塑料碎屑燃烧；
Ⅳ．充分燃烧后熄灭酒精灯，继续通入氧气直至玻璃管冷却。
（1） B装置中浓硫酸的作用是　 　。
（2）操作Ⅳ中熄灭酒精灯后，继续通入氧气的作用是　 　。
（3）装置C的直玻璃管中塑料试样充分燃烧后，测得装置D增重a克，装置E增重b克，则样品中的碳元素的质量分数为　 　（用字母a、b表示）。
8．氢氧化钠与稀硫酸反应是否放出热量？三位同学为探究此问题按图进行了实验：
（1）甲同学按图实验：在烧杯中先加入一定量的稀硫酸溶液，然后再加入适量的氢氧化钠固体，观察到温度计示数变大，于是得到“反应放出热量”的结论。你认为是否正确并说明理由　
　；
（2）乙同学用乙图实验，可以根据　 　现象证明该反应放出热量。
（3）丙同学是将稀硫酸不断的滴入氢氧化钠溶液中，并用数字化仪器测量的数据。由图可知，当反应进行到20s时溶液中的溶质是　 　。
（4）实验过程中小乐在实验室发现一瓶未密封的KOH固体，对其成分进行实验探究。
【查阅资料】①KOH与NaOH的化学性质相似。
请用化学方程式解释KOH变质的原因是　 　（用化学方程式表示）。
②K2CO3溶液呈碱性，CaCl2溶液，KCl溶液呈中性。
【猜想假设】假设Ⅰ：只含KOH；假设Ⅱ：含KOH和K2CO3；假设Ⅲ：只含K2CO3.
【进行实验】
实验操作步骤 实验现象 实验结论
a、取少量样品于试管中，加入足量的稀盐酸 有气泡产生 假设　 　错误
b、另取少量样品于试管中，加水溶解，加入过量的CaCl2溶液，振荡，静置 产生白色沉淀 猜想Ⅱ正确
c、取②中上层清液，滴加无色的酚酞试液 　 　
【拓展应用】完全变质的KOH也有利用价值，从K2CO3的组成或性质看，K2CO3在农业上的可以作为钾肥使用。
9．已知草酸（H2C2O4）加热时会发生分解反应，某化学兴趣小组对草酸的分解产物产生了兴趣。
【提出猜想】甲：CO2、H2O乙：CO、H2O丙：NH3、CO2、H2O丁：CO2、CO、H2O
（1）小敏同学认为丙同学的猜想是错误的，理由是 。
【查阅资料】新鲜的血液，遇一氧化碳或二氧化碳由鲜红变为暗红。
【进行实验】为了验证上述猜想，将草酸样品置于B中灼烧，其它装置如图1所示。
实验开始后，C装置中产生白色沉淀，E装置中新鲜的鸡血变为暗红色。
【得出结论】（2） 同学的猜想是正确的。
【交流与评价】
（3）这套装置的不足之处是 ，需要有后续装置处理。
（4）小敏同学认为可以用图2装置替换E装置来实现原有功能，你认为 （填“可以”或“不可以”），原因是 。
10．某科学小组利用下图装置对FeSO4·nH2O晶体中结晶水的含量进行测定（铁架台等已省略）。已知：
①FeSO4和FeSO4·nH2O加热时易被空气中的氧气氧化；②。
实验步骤如下：
回答下列问题。
（1）步骤I打开K1导入二氧化碳气体，排尽装置中的空气，其目的是 。
（2）有同学建议，为加快产生CO2的速度，可将A装置中的稀盐酸浓度增大、石灰石磨成粉状。试问，制取气体时反应速度是否越快越好？其理由是 。
（3）步骤Ⅵ称量，若晶体FeSO4·nH2O质量为m，反应前后C装置的质量减少了m1，D装置的质量增加了m2，则此晶体中结晶水的百分含量为 （用字母表示）。
11．如图所示是木炭还原氧化铜的实验，小科对碳与氧化铜反应生成的气体成分进行探究。
[提出问题]碳燃烧时可能生成CO2，也可能生成CO，那么碳与氧化铜反应生成的气体是否也有多种可能
[作出猜想]
猜想①：CO；
猜想②：CO2；
猜想③：CO和CO2。
[设计方案]打开K，缓缓通入干燥的氮气一段时间，关闭K，点燃酒精喷灯和酒精灯，充分反应后，熄灭酒精喷灯和酒精灯，打开K，再通一段时间氮气。
方案一：从定性观察角度判断
（1）若观察到B中澄清石灰水变浑浊，则可排除猜想 。
（2）实验结束后，需要先熄灭（选填“A”或“D”） 酒精灯。
（3）方案二：从定量计算角度判断取一定量炭粉和4g氧化铜的混合物进行实验，并测定表格中的四个数据：
反应前的质量 反应后的质量
A（玻璃管+固） m1 m2
B+C+（广口瓶+混合液） m3 m4
若猜想②成立，则理论上（m4-m3） （m1-m2）（填“>”“=”或“<”）。
（4）若猜想③成立且CuO全部转化成Cu，则参加反应碳的质量m的取值范围是 。
12．为进一步确定湖边收集的气体的组成，同学们进行了以下探究过程，请你参与并协助他们完成相关学习任务。
【提出猜想】收集的气体中可能含有CH4、CO2、CO和H2O。
【查阅资料】CO+CuOCu+CO2 CH4+4CuO4Cu+CO2+2H2O
【设计方案】：学习小组的同学经过讨论，设计了如图所示的装置进行“猜想”的实验探究。已知：A为储气罐，存放湖边收集的气体；B中装有浓硫酸；C中装有CuO；D中盛装无水硫酸铜白色粉末；E中装有氢氧化钙溶液。
【讨论与交流】
（1）该系列装置还缺少尾气处理装置，写出一种你认为可行的尾气处理方法 。
（2）请你设计完成如图方框内的实验方案（选用下列装置，按连接顺序填写） 。
（3）原气体中若含有CH4，则D中的现象是 。
（4）老师认为以上设计仍有缺陷，不能确定CO气体是否存在。小王同学和小李同学想通过定量实验的方法进行检验，于是对实验方案进行了改进，E装置中的试剂改为足量的氢氧化钠溶液，同时对D、E装置在实验前后的质量进行称量，数据计入下表中：
　 反应前 反应后
D装置 100g 103.6g
E装置 120g 125.5g
你认为根据上述数据计算后能否得出原气体中含有CO的结论，并简要分析：
。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑