化学实验方案的设计与实验探究

杨宁　汤伟

一、化学实验方案的设计

1.实验方案设计的基本要求

根据实验目的和原理及所选用的药品和仪器，设计合理的实验方案，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。

（1）制备实验方案的设计思路（如图1所示）

（2）性质实验方案的设计思路（如图2所示）

（3）物质的检验实验方案的设计思路

①对试样进行外观观察。

②对固体、液体样品只能取少量进行检验，留一定的试样备用。

③检验时除了要考虑各物质的特征反应外，还要排除物质间的干扰。

④充分利用离子的特征反应。

⑤确定检验操作顺序要“先简后繁”。

⑥确定物质检出顺序要“先活后惰”。

2.了解实验设计的基本步骤

（1）首先必须认真审题，明确实验的目的，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，从而确定实验原理。

（2）选择仪器、药品根据实验目的和原理，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、反应物和生成物是否腐蚀仪器、反应是否需要加热及温度是否需要控制在一定的范围等，选择合理的化学仪器和药品。

（3）设计装置、步骤根据实验目的和原理，以及所选用的仪器和药品，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。学生应具备识别和绘制典型实验装置图的能力，实验步骤应既完整又简明。

（4）记录现象、数据全面而准确地记录实验过程中的现象和数据。

（5）分析得出结论

根据实验观察到的现象和记录的数据，通过分析、计算、推理等方法，得出正确的结论。

二、化学实验探究

化学实验探究的基本程序梳理，可用如图3所示的流程图表示：

1.提出问题

要提出问题，首先得发现问题，在学习新知识、实践新方法中进行思考、对比、质疑，通过思考提出值得探究的问题。通过探究能更好地理解并掌握物质的性质。此外，实验中出现异常现象也是发现问题、提出问题的重要契机。

2.提出猜想

在实验中，发现了问题不要轻易放过，要查阅资料并与同学和老师交流、讨论，这时有许多问题就可能得到解决，而有一些问题的结论有多种可能（这就是猜想），只能通过实验进行验证。所谓猜想就是根据已有的知识对问题的解决提出的几种可能的情况。

3.设计验证方案

提出猜想后，就要结合实验室的条件，设计出科学、合理、安全的实验方案，对可能的情况进行探究。实验设计中，最关键的是试剂的选择和实验条件的控制。在进行实验的过程中，实验方案可能会出现问题，要及时进行调整。

4.观察实验现象，得出结论

根据设计的实验方案，认真进行实验，观察实验中出现的现象并及时记录，根据实验现象进行推理分析或计算分析得出结论，如不能得出结论，则要加做实验，或进行对比实验，或将设计的实验改进。若实验中遇到新的问题，则可以推出新的问题进行探究。

例（2015·新课标全国卷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。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体（H2C2O4·2H2O）无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。回答下列问题：

（1）甲组同学按照如图4所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是，由此可知草酸晶体分解的产物中有

。装置B的主要作用是。

（2）乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和图5所示的部分装置（可以重复选用）进行实验。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、。装置H反应管中盛有的物质是。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是。

（3）设计实验证明：

①草酸的酸性比碳酸的强。

②草酸为二元酸。

答案：（1）有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝（水蒸气、草酸等），防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验

（2）①F、D、G、H、D、I CuO

②H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊。

（3）①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生。

②用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍。

解析该试题属于典型的化学实验综合能力测试题，问题（1）与（2），为化学实验基本知识的考查，问题（3），注重侧重能力的考查，考查化学实验探究能力和创新应用能力，具体解答见答案部分。

（收稿日期：2016-01-30）endprint