(1)一、化學(xué)實驗的設(shè)計與探究一、化學(xué)實驗的設(shè)計與探究1化學(xué)實驗方案設(shè)計的一般原則 一個相對完整的化學(xué)實驗方案設(shè)計包括下述內(nèi)容：(1)實驗名稱；(2)實驗?zāi)康模?3)實驗原理；(4)實驗用品(儀器、藥品及規(guī)格)；(5)實驗步驟(包括實驗儀器裝配和操作)；(6)實驗現(xiàn)象和記錄及結(jié)果處理；(7)問題討論。 實驗方案的設(shè)計原則是方法簡便、現(xiàn)象明顯、操作易行安全，對于定量實驗還要考慮系統(tǒng)誤差要求。確定了實驗所選的方法和原理后，就要考慮選擇用什么實驗裝置來完成此實驗，即進(jìn)行實驗裝置的設(shè)計，一套完整的實驗裝置往往是由多個基本實驗裝置相互連接而成的，如有關(guān)氣體的制取和性質(zhì)實驗一般分為氣體的發(fā)生裝置(或氣體反應(yīng)裝置)、氣體的凈化裝置、氣體的收集裝置、尾氣的吸收裝置等部分，要熟悉各基本裝置的功能，并注意各基本裝置連接順序的合理性。2實驗設(shè)計方案的思路(1)制備實驗方案的設(shè)計思路制備實驗方案的設(shè)計思路(2)性質(zhì)實驗方案的設(shè)計思路性質(zhì)實驗方案的設(shè)計思路(3)物質(zhì)檢驗實驗方案的設(shè)計思路物質(zhì)檢驗實驗方案的設(shè)計思路對試樣進(jìn)行外觀觀察，確定其顏色、氣味、狀態(tài)等。取少量樣品進(jìn)行檢驗，當(dāng)試樣是固體時應(yīng)先取少量配成溶液，同時觀察試樣是否溶解，在溶解時有無氣體產(chǎn)生等，以初步判斷試樣可能含有哪類物質(zhì)。根據(jù)實驗現(xiàn)象得出結(jié)論。3設(shè)計方案時思考實驗順序的選擇思考問題的順序思考問題的順序(1)圍繞主要問題思考。如選擇適當(dāng)?shù)膶嶒灺肪€、方法，所用藥品、儀器簡單易得，實驗過程快速、安全、實驗現(xiàn)象明顯。(2)思考有關(guān)物質(zhì)的制備、凈化、吸收和存放等有關(guān)問題。如制取在空氣中易水解的物質(zhì)(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)及易受潮的物質(zhì)時，往往在裝置末端再接一個干燥裝置，以防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入。(3)思考實驗的種類及如何合理的組裝儀器，并將實驗與課本實驗比較、聯(lián)系。如涉及氣體的制取和處理，對這類實驗的操作程序及裝置的連接順序大體可概括為：發(fā)生除雜干燥主體實驗尾氣處理。儀器連接的順序儀器連接的順序(1)所用儀器是否恰當(dāng)，所給儀器是全用還是選用。(2)儀器是否齊全，如制有毒氣體的實驗是否有尾氣的吸收裝置。(3)安裝順序是否合理。如氣體的凈化裝置應(yīng)先除雜，再除水。而在檢驗水的存在時，應(yīng)將其放在第一步。(4)儀器間連接順序是否正確。如洗氣時“長進(jìn)(進(jìn)氣管)短出(出氣管)”；干燥管除雜質(zhì)時“大口進(jìn)，小口出”等。實驗操作的順序?qū)嶒灢僮鞯捻樞?1)連接儀器。按發(fā)生除雜干燥主體實驗尾氣處理順序連接好實驗儀器。(2)檢查氣密性。在整套儀器連接完畢后，應(yīng)先檢查裝置的氣密性，然后裝入藥品。檢查氣密性的方法要依裝置而定。(3)裝藥品，進(jìn)行實驗操作。4設(shè)計實驗方案時需注意的問題(1)檢驗氣體的純度。檢驗氣體的純度。點燃或加熱通有可燃性氣體(H2、CO、CH4、C2H2等)的裝置前，必須檢驗氣體的純度。例如用H2、CO等氣體還原金屬氧化物時，需加熱金屬氧化物，在操作中，不能先加熱、后通氣，應(yīng)當(dāng)先通入氣體，將裝置內(nèi)空氣排出，檢驗氣體是否純凈(驗純)，待氣體純凈后，再點燃酒精燈加熱金屬氧化物。(2)加熱操作先后順序的選擇。加熱操作先后順序的選擇。若氣體產(chǎn)生需要加熱，應(yīng)先用酒精燈加熱產(chǎn)生氣體的裝置，等產(chǎn)生氣體后，再給實驗需要加熱的固體物質(zhì)加熱，目的是：一則防止爆炸(如氫氣還原氧化銅)；二則保證產(chǎn)品純度，防止反應(yīng)物或生成物與空氣中的其他物質(zhì)反應(yīng)。例如用濃硫酸和甲酸共熱產(chǎn)生CO，再用CO還原Fe2O3，實驗時應(yīng)首先點燃產(chǎn)生CO裝置的酒精燈，生成的CO趕走空氣后，再點燃加熱Fe2O3的酒精燈，而熄滅酒精燈的順序則相反，原因是在還原性氣體中冷去Fe，可防止灼熱的Fe再被空氣中的O2氧化，并防止石灰水倒吸。(3)冷凝回流問題。冷凝回流問題。有的易揮發(fā)的液體反應(yīng)物，為了避免反應(yīng)物損耗和充分利用原料，要在發(fā)生裝置中設(shè)計冷凝回流裝置或在發(fā)上裝置中安裝長玻璃管等。(4)防吸水問題。防吸水問題。如果實驗室取用或制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)，要采用必要的措施防止其吸水，以保證達(dá)到實驗?zāi)康摹?4)防倒吸問題。防倒吸問題。實驗過程用到加熱操作的要防倒吸；氣體易溶于水的要防倒吸。(5)具有特殊作用的實驗改進(jìn)裝置。具有特殊作用的實驗改進(jìn)裝置。如為防止分液漏斗中的液體不能順利流出，使用恒壓漏斗；為防止氣體從長頸漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套一支較小試管等。(6)拆卸時的安全性和科學(xué)性。拆卸時的安全性和科學(xué)性。實驗儀器的拆卸要注意安全性和科學(xué)性，有些實驗為防止“爆炸”或“氧化”，應(yīng)考慮停止加熱或停止通氣，如對有尾氣吸收裝置的實驗，必須將尾氣導(dǎo)管提出液面后才能熄滅酒精燈，同時繼續(xù)通氫氣，待加熱區(qū)冷卻后再停止通氫氣，這是為了避免空氣倒吸入加熱區(qū)使銅氧化，或形成易爆氣體；拆卸用排水法收集需要加熱制取氣體的裝置時，需先把導(dǎo)管從水槽中取出，才能熄滅酒精燈，以防止水倒吸；拆下的儀器要清洗、干燥、歸位。【基礎(chǔ)題一】下列實驗設(shè)計和結(jié)論正確的是( )A將碘水倒入分液漏斗，加適量乙醇，振蕩后靜置，可將碘萃取到乙醇中B某氣體能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)，該氣體水溶液一定顯堿性C某無色溶液中加Ba(NO3)2溶液，再加入稀鹽酸，沉淀不溶解，則原溶液中一定有SO42-D在含F(xiàn)eCl2雜質(zhì)的FeCl3溶液中通足量Cl2后，充分加熱，除去過量的Cl2即可得到較純凈的FeCl3溶液B【基礎(chǔ)題二】為驗證某混合氣體中是否含有SO2，下列實驗方案合理的是( )A首先通入NaOH溶液中，再在溶液中加入BaCl2溶液，然后再加足量稀鹽酸B首先確定混合氣體中有無其他還原性氣體，如HI、HBr等，在排除這些氣體的前提下，將混合氣體通入酸性KMnO4溶液C首先將氣體通入到品紅溶液中，再設(shè)計實驗證實是否含有Cl2等能使品紅褪色的其他物質(zhì)D首先將氣體通入酸性KMnO4溶液，再通入品紅溶液，再通過BaCl2溶液BC【基礎(chǔ)題三】已知Cu2S、CuS粉末的顏色和CuO粉末相似，且都不溶于水。在空氣中煅燒Cu2S和CuS都轉(zhuǎn)化為SO2和CuO。試根據(jù)上述性質(zhì)，設(shè)計一個鑒別Cu2S、CuS和CuO三種黑色粉末的簡單的實驗方案。答案：取等質(zhì)量的三種樣品，分別在空氣中灼燒。灼燒后質(zhì)量不變且無現(xiàn)象的是CuO；質(zhì)量不變但有刺激性氣味氣體產(chǎn)生的是Cu2S；質(zhì)量減輕且有刺激性氣味氣體產(chǎn)生的是CuS。二、實驗設(shè)計方案的評價二、實驗設(shè)計方案的評價(1)科學(xué)性(即實驗原理、操作程序和方法必須正確)；(2)安全性(即用藥及操作要注意安全，注意環(huán)境保護(hù)等問題)；(3)可行性(要滿足中學(xué)現(xiàn)有的實驗條件)；(4)簡約性(裝置簡單、步驟少、藥品用量少、時間短)?！净A(chǔ)題四】某學(xué)生設(shè)計了三種制備方案：用KI晶體與濃H3PO4反應(yīng)制HI，用飽和食鹽水與電石制電石氣，用純堿和石灰水制燒堿，可用的方案是( ) A B C D全部D【基礎(chǔ)題五】除掉苯酚中混有少量的苯甲酸，應(yīng)選用最好的實驗方案是( )A在混合物中加入鹽酸、充分振蕩，再用分液漏斗分離B在混合物中加入NaOH溶液、充分振蕩，再通入過量CO2使反應(yīng)完全后，再用分液漏斗分離C將混合物用蒸餾方法分離D在混合物中加入乙醚、充分萃取苯酚后，再用分液漏斗分離B