【高考】物质制备及实验设计改进评价：实验方案设计与评价

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实验方案设计与评价

一、实验设计的类型



二、完整的化学实验方案的内容

一个相对完整的化学实验设计一般包括下述内容：

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（包括实验仪器装配和操作）；

⑥实验现象记录及结果处理；

⑦问题讨论。

三、化学实验方案设计的基本要求

在进行化学实验方案的设计时，遵循以下要求：

（1）科学性：所谓科学性是指实验原理，实验操作程序和方法必须正确．例如，鉴别Na2SO3和NaI，在试剂的选择上就不宜选用HNO3等具有氧化性的酸，在操作程序的设计上，应取少量固体先溶解，然后再取少量配成的溶液并再加入试剂，而不能将样品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入试剂．
（2）安全性：实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作．
（3）可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、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．
（4）简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验．

（5）直观性：感知对刺激强度依存性的规律表明，作用于感觉器官的刺激必须达到一定的程度才能被人们清楚的感知。所以做性质实验或鉴定实验时一定要使实验现象鲜明、直观。

（6）创新性：通常情况下，化学实验设计方案的创新性可从以下两方面考虑：一是反应原理的创新设计，凡是物质间满足“反应容易发生”、“速度快慢适当”、“产物较纯且易分离”的反应均可用于制备所需产物；二是实验装置的创新设计，根据现有仪器，考虑题给药品的状态，是否需要加热等反应条件，所给仪器还有哪些灵活的用途等，可大胆改进制备装置、净化装置、收集装置、除杂装置，体现创新精神。

（7）环保性：尽量设计和选用环保型实验方案，对实验中产生的有毒有刺激性气体要完全吸收，以防污染环境。

（8）经济性：综合考虑原料的用量、价格。

四、制备实验方案的设计

1、无机物的制备
无机物质的制备，常与物质分离与提纯联系在一起，制备的目标物质要容易分离出来．物质分离与提纯有多种方法，总的说有物理方法和化学方法两大类．物理方法有过滤、蒸发、蒸馏、分液、萃取、结晶、重结晶、渗析等．化学方法有沉淀法、热分解法、电解法、氧化还原法等．要根据目标物质的性质和特点来选择适宜的制备、分离方法．
2、有机物的制备
有机物的制备要通过有机反应来实现．各类有机物的结构和性质，就是有机物制备的基础．一种有机物的性质，往往是另一种有机物的制备方法．尽管有机物数量庞大，但是各类有机物之间一般存在着确定的相互转化的衍生关系．理解和掌握这种关系，可以为寻找有机物制备的合理途径、正确地进行有机物的制备提供科学的依据．因此，在设计有机物的制备实验方案时，要充分利用这种衍生关系．
3、设计制备实验方案的一般思路
设计制备实验方案的一般思路是：
（1）列出可能的几种制备方法和途径；
（2）从方法是否可行、装置和操作是否简单、经济与安全等方面进行分析和比较；
（3）从中选取最佳的实验方法．在制定具体的实验方案时，还应注意对实验条件进行严格、有效的控制．

五、性质实验方案的设计

1、物质性质实验方案的设计
（1）验证性的性质实验方案设计
所谓验证性的性质实验，是指对于物质所具备的性质，从化学实验上去寻求证据．此类实验方案的设计应遵循的原则是：操作简单、简便易行、现象明显、安全可靠．
（2）探究性的性质实验方案设计
这类实验方案的设计，首先要分析物质结构的特点或从物质所属的类型代表物去推测物质可能具有的一系列性质，根据现象明显、科学合理、安全可靠、简捷易行的原理提出合理的实验方案，去探索寻求物质可能具有的各种性质．
（3）性质实验方案设计的一般思路、程序



2、性质实验方案设计的常用方法

（1）证明酸性

①pH试纸或酸碱指示剂．②与Na2CO3溶液反应．③与Zn等较活泼金属反应．
（2）证明弱酸性

①证明存在电离平衡．②测定对应盐溶液酸碱性．③测量稀释前后pH变化．
（3）证明氧化性

与还原剂反应，产生明显的现象．
（4）证明还原性

与氧化剂反应，产生明显的现象．
（5）证明为胶体

有丁达尔现象
（6）证明有碳碳双键（或三键）

使溴水或酸化的KMnO4溶液褪色．
（7）证明酚羟基

①与浓溴水反应产生白色沉淀．②与FeCl3溶液发生显色反应．
（8）证明醛基

①与银氨溶液作用发生银镜反应．②与新制Cu（OH）2悬浊液作用产生砖红色沉淀．
（9）证明醇羟基

与羧酸发生酯化反应，其产物不溶于水，有果香味．
（10）比较金属的活动性

①与水反应．②与酸反应．③置换反应．④原电池．⑤电解放电顺序．⑥最高价氧化物的水化物的碱性强弱．⑦对应盐溶液的酸碱性强弱．
（11）比较非金属的活动性

①置换反应．②与氢气反应快慢．③气态氢化物的稳定性．④最高价氧化物的水化物的酸性强弱．
（12）比较酸（碱）的酸（碱）性强弱

较强的酸（碱）能制得较弱的酸（碱）．

六、
物质检验实验方案的设计

1、离子检验的设计方案验时，要注意以下几点：
（1）首先是外表观察，着重注意其溶液颜色．
（2）对水溶液的pH的测定，可帮助我们初步判断试样中某些离子的存在．
（3）离子的检验一般是通过溶液中发生化学反应来实现．用来鉴定离子的化学反应不仅要速率大，灵敏度高，并且要有明显的反应现象．
（4）根据检验过程中所观察到的现象确定试样中存在哪些离子，必须把可能存在的离子全部包含，根据每步检验的现象，肯定或否定某种离子的存在，逐步缩小范围，最终得出正确结论．
2、单质、化合物检验的设计方案
通过实验探究进行化学物质的推断，主要是根据物质所具有的性质来确定．然而，通过质量的变化来确定是何种物质，也是一种切实可行的定量分析方法．

七、
化学实验方案的评价

对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确做出判断．要考虑是否完全合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等．
1、从可行性方面对实验方案做出评价．
科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，任何实验方案都必须科学可行．评价时，从以下4个方面分析：①实验原理是否正确、可行；②实验操作是否完全、合理；③实验步骤是否简单、方便；④实验效果是否明显等．
2、从“绿色化学”视角对实验方案做出评价．
“绿色化学”要求设计更安全、对环境友好的合成线路、降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放．根据“绿色化学”精神，对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价：①反应原料是否易得、安全、无毒；②反应速率较快； ③原料利用率以及合成物质的产率是否较高；④合成过程是否造成环境污染．
3、从“安全性”方面对实验方案做出评价．
化学实验从安全角度常考虑的主要因素主要有防倒吸、防爆炸、防吸水、防泄漏、防着火、防溅液、防破损等．

知识点小结

酸、碱、盐制备

1、通常情况下是强酸制弱酸、强碱制弱碱。例如实验室用硫酸制备醋酸，利用强酸制二氧化硫、二氧化碳等。

2、高沸点酸制低沸点酸，如用浓硫酸制盐酸。

3、利用溶解放热，酸制酸，碱制碱，如浓盐酸中加入浓硫酸可得氯化氢，浓氨水中加入氢氧化钠或氧化钙可得氨气。

4、利用电解反应制酸或碱。比如电解饱和食盐水制氢氧化钠，电解硫酸铜溶液制硫酸。

5、利用水解反应制氢氧化铝。

6、盐的制法：金属与非金属反应、酸性氧化物与碱性氧化物反应、酸性氧化物与碱反应、碱性氧化物与酸反应、酸碱中和反应、金属与酸反应、非金属与碱反应。

随堂巩固练习

1、用下列装置不能达到有关实验目的是（　　）



A．用甲图装置电解精炼铝

B．用乙图装置蒸馏海水

C．用丙图装置可制得金属锰

D．用丁图装置验证NaHCO3和Na2CO3的热稳定性

2、工业上用含有少量氧化铁杂质的废铜粉为原料，制取硫酸铜的主要过程如下图所示：



下列有关说法不正确的是（　　）

A．“过量酸”不适合用硝酸或浓硫酸，固体B可以用CuO、Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3

B．通入的气体A可以是O2或Cl2

C．通入气体A之前的混合溶液中存在的阳离子是：Fe2+、Cu2+、H+

D．将从溶液中得到的硫酸铜晶体在空气中加热，可制得无水硫酸铜

3、天然水因含有Ca2+、Mg2+、HCO3-等离子，煮沸后会形成水垢．现有一种干燥水垢6.32g，加热除去全部结晶水，得到固体M 5.78g；高温灼烧M至恒重，残余固体为CaO和MgO；放出的气体通入足量澄清石灰水中，产生沉淀6.00g；若产生的气体完全被碱石灰吸收，碱石灰增重2.82g．下列推断合理的是（　　）

A．M 中一定不含Mg（OH）2

B．M中一定含有MgCO3

C．5.78 g M中含CaCO30.05mol

D．水垢中碳酸盐质量分数为0.823

1题答案解析

【解答】A．电解精炼铝不能在溶液中进行，阳极粗铝溶解，阴极阳离子放电，但铝离子在溶液中不会析出，故A错误；
B．温度计测量的是蒸气的温度，水银球应与蒸馏烧瓶支管口处相平，故B错误；
C．铝比锰活泼，铝热法可用来冶炼金属锰，故C正确；
D．NaHCO3受热易分解生成二氧化碳，使澄清的石灰水变浑浊，Na2CO3受热不分解，故D正确．
故选AB．

2题答案解析



3题答案解析

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