化學實驗方案的設計與實驗探究

楊寧　湯偉

一、化學實驗方案的設計

1.實驗方案設計的基本要求

根據實驗目的和原理及所選用的藥品和儀器，設計合理的實驗方案，并且從幾種方案中分析選擇出最佳方案。

（1）制備實驗方案的設計思路（如圖1所示）

（2）性質實驗方案的設計思路（如圖2所示）

（3）物質的檢驗實驗方案的設計思路

①對試樣進行外觀觀察。

②對固體、液體樣品只能取少量進行檢驗，留一定的試樣備用。

③檢驗時除了要考慮各物質的特征反應外，還要排除物質間的干擾。

④充分利用離子的特征反應。

⑤確定檢驗操作順序要“先簡后繁”。

⑥確定物質檢出順序要“先活后惰”。

2.了解實驗設計的基本步驟

（1）首先必須認真審題，明確實驗的目的，弄清題目有哪些新的信息，綜合已學過的知識，通過類比、遷移、分析，從而確定實驗原理。

（2）選擇儀器、藥品根據實驗目的和原理，以及反應物和生成物的性質、反應條件，如反應物和生成物的狀態、反應物和生成物是否腐蝕儀器、反應是否需要加熱及溫度是否需要控制在一定的范圍等，選擇合理的化學儀器和藥品。

（3）設計裝置、步驟根據實驗目的和原理，以及所選用的儀器和藥品，設計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟。學生應具備識別和繪制典型實驗裝置圖的能力，實驗步驟應既完整又簡明。

（4）記錄現象、數據全面而準確地記錄實驗過程中的現象和數據。

（5）分析得出結論

根據實驗觀察到的現象和記錄的數據，通過分析、計算、推理等方法，得出正確的結論。

二、化學實驗探究

化學實驗探究的基本程序梳理，可用如圖3所示的流程圖表示：

1.提出問題

要提出問題，首先得發現問題，在學習新知識、實踐新方法中進行思考、對比、質疑，通過思考提出值得探究的問題。通過探究能更好地理解并掌握物質的性質。此外，實驗中出現異常現象也是發現問題、提出問題的重要契機。

2.提出猜想

在實驗中，發現了問題不要輕易放過，要查閱資料并與同學和老師交流、討論，這時有許多問題就可能得到解決，而有一些問題的結論有多種可能（這就是猜想），只能通過實驗進行驗證。所謂猜想就是根據已有的知識對問題的解決提出的幾種可能的情況。

3.設計驗證方案

提出猜想后，就要結合實驗室的條件，設計出科學、合理、安全的實驗方案，對可能的情況進行探究。實驗設計中，最關鍵的是試劑的選擇和實驗條件的控制。在進行實驗的過程中，實驗方案可能會出現問題，要及時進行調整。

4.觀察實驗現象，得出結論

根據設計的實驗方案，認真進行實驗，觀察實驗中出現的現象并及時記錄，根據實驗現象進行推理分析或計算分析得出結論，如不能得出結論，則要加做實驗，或進行對比實驗，或將設計的實驗改進。若實驗中遇到新的問題，則可以推出新的問題進行探究。

例（2015·新課標全國卷Ⅰ）草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其

K1=5.4×10-2，K2=5.4×10-5。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體（H2C2O4·2H2O）無色，熔點為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解。回答下列問題：

（1）甲組同學按照如圖4所示的裝置，通過實驗檢驗草酸晶體的分解產物。裝置C中可觀察到的現象是，由此可知草酸晶體分解的產物中有

。裝置B的主要作用是。

（2）乙組同學認為草酸晶體分解的產物中含有CO，為進行驗證，選用甲組實驗中的裝置A、B和圖5所示的部分裝置（可以重復選用）進行實驗。

①乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、B、。裝置H反應管中盛有的物質是。

②能證明草酸晶體分解產物中有CO的現象是。

（3）設計實驗證明：

①草酸的酸性比碳酸的強。

②草酸為二元酸。

答案：（1）有氣泡逸出、澄清石灰水變渾濁 CO2 冷凝（水蒸氣、草酸等），防止草酸進入裝置C反應生成沉淀，干擾CO2的檢驗

（2）①F、D、G、H、D、I CuO

②H中黑色粉末變為紅色，其后的D中澄清石灰水變渾濁。

（3）①向盛有少量NaHCO3的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產生。

②用NaOH標準溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質的量為草酸的2倍。

解析該試題屬于典型的化學實驗綜合能力測試題，問題（1）與（2），為化學實驗基本知識的考查，問題（3），注重側重能力的考查，考查化學實驗探究能力和創新應用能力，具體解答見答案部分。

（收稿日期：2016-01-30）endprint