解题篇 化学实验方案的设计与评价 解题思路与练习

化学实验方案的设计与评价

考点阐释

掌握化学实验的记录方法和运用化学知识设计一些基本实验：

1.根据实验现象，观察、记录、分析或处理数据，得出正确结论。

2.根据实验试题要求，设计基本实验方案。能绘制和识别典型的实验仪器装置图。

命题趋向与应试策略

(一)重视基础形成知识规律

1.化学实验方案的设计

一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容：①实验名称；②实验目的；③实验原理；④实验用品(仪器、药品及规格)；⑤实验步骤(包括实验仪器的装配和操作)；⑥实验现象和记录及结果处理；⑦问题和讨论。

(1)实验方案的设计原则与设计思路

①实验方案的设计原则是方法简便、现象明显、操作易行，对于定量实验还要考虑系统误差要小。制备实验方案的设计，还应做到：条件合适，操作方便；原理正确，步骤简单；原料丰富，价格低廉；产物纯净，污染物少。

②制备实验方案的设计，对巩固元素化合物知识和掌握好各类有机物之间的相互转化关系，全面训练实验技能，培养分析问题和解决问题的能力都是有益的。制备实验的设计思路是：

③性质实验方案的设计。一是性质探索性实验，主要是从物质的结构特点和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，去探索它所可能具有的性质。二是性质验证性实验，主要是对物质具备的性质去求证，关键设计出简捷的实验方案，操作简便宜行，现象明显，且安全可靠。性质实验方案设计的思路是：

(2)实验仪器装置的设计

确定了实验所选用的方法和原理后，就要考虑选择用什么实验装置来完成此实验，即进行实验装置的设计，一套完整的实验装置往往是由多个基本实验装置相互连接而成的，如有关气体的制取和性质实验一般分为气体的发生装置→除杂→干燥→主要实验→尾气的处理等。考虑干燥与除杂质的顺序时，若采用溶液除杂，则先净化后干燥；若采用加热除杂，则干燥在前；若用固体吸收剂常温除杂，则据题意而定。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。若制备的物质极易水解(如SnCl4、AlCl3等)，则需在尾部加装干燥管，以防空气中的水蒸气进入造成水解。

(3)实验操作的设计与注意的问题

①仪器接口的连接：总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出)；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“大”进“小”

出。

②实验操作的顺序：装置选择与连接→气密性检验→装固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。

③加热操作先后顺序的选择：若气体发生需加热，应先用酒精灯加热发生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热，目的是：一则防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；二则保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中其他物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO，再用CO还原Fe2O3，实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯，生成的CO赶走空气后，再点燃加热Fe2O3的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是：在还原性气体中冷却Fe可防止灼热的Fe再被空气中的O2氧化，并防止石灰水倒吸。

④如果实验、取用或制取易吸水、潮解、水解的物质，要采取必要的措施防止其吸水，以保证达到实验目的。

⑤冷凝回流：有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需在反应装置上加装冷凝回流装置(如长玻璃管、竖直的干燥管及冷凝管等)。

⑥易挥发液体产物(导出时可为蒸汽)要及时冷却。

⑦仪器拆卸的科学性与安全性(要从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考虑)。

⑧其他：如实验操作顺序、试剂加入先后顺序、实验方法使用顺序等。

(4)创造性是设计的灵魂，对仪器装置、操作要有创意的设计。

为了达到某种特殊的实验目的，有时需要利用一些常用的仪器，通过进行必要的改进和装配，以完成合乎实验要求的创意与设计。这需我们认真分析领悟实验意图，灵活掌握有关仪器的组成、结合、性能特点等，然后匠心独运，巧妙创意，例如：

①启普发生器原理式反应器的设计(如下图)

②尾气吸收装置的设计(如下图)

③液封装置的设计(如图Ⅰ)

④Fe(OH)2的制备操作改进型设计(如图Ⅱ)

2.实验方案的评价

对给出的实验方案作出选择、评价或找出最佳方案，包含的知识点很多，能考查学生的分析问题和解决问题的能力。

(1)选择。包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择，包括发生装置(几种基本类型)、净化装置(除杂质的试剂与顺序)、反应装置、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择，包括种类、浓度、物态等；连接方式的选择，包括仪器的先后顺序、导管接口的连接等。

(2)评价。对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。

(3)最佳方案的选用。几个实验方案都能达到目的，选出其中最佳的一个并分析各方案的优劣。所谓最佳，无非是装置最简单、药品容易取得并价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。

(二)分析热点把握命题趋向

近年来化学实验考题的发展趋势从简单到复杂，从单一到综合，从教材内容到实际应用。这是高考中加强能力测试的必然方向。高考中经常出现的题型有：简单的实验型选择题，给予信息的填空题，更主要的是大型的综合实验题。从考查内容来看，有为了达到一定目的进行实验操作顺序设计，有验证某一化学原理的设计，有测定物质纯度的设计，有分离提纯的设计，有验证某一成分的设计，有定量或半定量实验的设计等。就试题编制形式，又可分为信息给予型、方案优化型、装置选择型、定量计算型和实验改进型等。

综合实验与实验设计，近年主要以简单实验的连接为主，也有较小型的其他基本操作。要求考生必须会依据反应原理、条件及相应反应物，选择合适的方法、顺序、仪器连接等，并会对方案实施评价。近年综合题有回归课本实验的趋向，要引起注意。以社会热点问题为出发点，结合物理、生物等知识，以生产、生活、科技、能源、环境、新材料、新发现等为材料，与定性实验、定量实验相结合，是综合实验与实验方案设计的命题方向。

例题：1、已知氨可以与灼热的氧化铜反应得到氮气和金属铜，用示意图中的装置可以实现该反应。

回答下列问题

（1）A中加入的物质是_____________①_____________________________.

发生反应的化学方程式是_______________②_______________________;