实验设计基本要求

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1、北京四中化学实验方案设计的基本要求化学实验过程由准备阶段、实施阶段和结果处理阶段组成.在实验的准备阶段，设 计一个周密的实验方案是保证实验实施成功的关键.实验方案的主要内容包括：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.一个实验目的的达到，往往有多个可以选择的方案，但我们总是选择最优的实验方案.实验方案的选择要遵循以下原则：1.科学性；2.安全性；3.可行性；4.简约性.一、科学性1.实验原理的科学性例如检验SO2中是否含有CO2，如果把气体直接通入澄清 的石灰水检验，由于S

2、O2也会使石灰水变浑浊，因此无法判断气体中是否含有CO2. 正确的实验方案的图示如图：以上实验中，如果在品红溶液不褪色的情况下，澄清的石灰水变浑浊，可以判断 气体中含有CO2，否则没有CO2.2操作程序和方法的科学性.请看下列除杂方法：（1）用点燃法除去CO2中混有的少量CO；（2）用加入乙醇、浓硫酸加热的方法除去乙酸乙酯中的少量乙酸.如果单从化学原理方面去看，以上两个实验方案是没有问题的，因此许多同学在实验设计上对于这种思路也是乐此不疲，其实这些实验方案是根本无法实施的.方案（1）正确的方法是：方案（2）正确的实验方法是用饱和Na2CO3溶液洗涤后进行分液操作.二、安全性 为了杜绝人身伤害和

3、避免实验仪器的损坏，保障实验的顺利进行，安全工作必须 做好.实验安全主要包括下列几个方面：1防漏气实验前检查装置的气密性.2防爆炸检验气体的纯度，有可燃性气体的实验，应将装置系统中的空气 排净后再进行点燃和加热的操作例如用h2、CO等气体还原金属氧化物时，需要加热 金属氧化物，在操作中，不能先加热，后通气，应当先通入气体，将装置内的空气排 干净后，检查气体是否纯净（验纯），待气体纯净后，再点燃酒精灯加热金属氧化物3防倒吸溶解度很大的气体吸收要加防倒吸装置，对有加热要求的综合实 验，在与液体接触的部位前，最好设置“安全瓶”等装置以防止倒吸，实验结束时要 注意酒精灯熄灭及导管的处理顺序.4防污染有

4、毒尾气要通过吸收、收集、点燃等措施处理，防止中毒和污染 环境.5防伤害使用和加工玻璃仪器要防划伤，加热、浓硫酸稀释等液体混合操 作要防飞溅和灼烫伤.三、可行性实验设计要符合实际，药品、仪器等应是中学实验室能达到的.当然，实验是否可 行，关键还是在于设计.例如，乙烷气体中含有少量乙烯杂质，如何除去？有同学设计 用加入H2的方法让乙烯转化为乙烷，但反应催化剂一原理：CH2=CH2+HCH3CH3, H2的量难以控制，所采用的催化剂条件,在当前的中学化学实验室是难以达到的.因此我们通常采用的方法是比较简单的用浓 硫酸或溴水洗气的方法.大多气体中的杂质一般都是通过液体或固体吸收来除去的.四、简约性实验

5、设计要做到简单易行.力求用最简单的装置、较少的实验步骤和试剂、在尽可 能短的时间内完成实验例如，欲鉴别0.5 molL-i的KCl、（NH4）2SO4 H2SO4、氨水 的四瓶无色溶液.尽管有多种实验方案，但用 pH试纸鉴别无疑是最简单的.例题解析例1.设计实验验证加碘食盐中含有碘（写出相对完整的实验方案）.分析：加碘食盐中含有的碘是以kio3的形式存在的，要验证加碘食盐中含有碘, 必须使用还原剂（通常是KI）把KIO3还原为12，然后利用12的CCl4溶液呈紫红色或者12的淀粉溶液呈蓝色来确定12的存在因为KI中本身含有碘元素，为了说明生成的 I2不是由KI自身单独生成的，因此在实验时必须做

6、对比实验.解：具体实验方案设计如下：实验名称 验证加碘食盐中含有碘实验目的 了解验证加碘食盐中含有碘的方法实验原理 加碘食盐中含有KIO3 (不再含其他氧化剂)，在酸性条件下，IO3- 能将I-氧化成I2 (IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O), I2 遇淀粉变蓝色，I2 的 CCl4 溶液呈 紫红色.实验用品 烧杯、试管、玻璃棒、药匙、胶头滴管、加碘盐、H2SO4(3 molL-i)、 NaOH溶液、CCl4、淀粉溶液、蒸馏水.实验步骤 在烧杯中加入5g加碘盐，加入适量的蒸馏水使加碘盐完全溶解. a.在试管中加入少量加碘盐溶液，滴入几滴稀硫酸，然后再滴入几滴淀粉溶液.观察现象.b.在

7、试管中加入少量KI溶液，滴入几滴稀硫酸，然后再加入几滴淀粉溶液. 观察现象.c 将上述两支试管里的液体混合，观察现象. a.在试管中加入少量加碘盐溶液，滴入几滴稀硫酸，然后再加入1 mL CCl4, 振荡，静置.观察现象.b.在试管中加入少量KI溶液，滴入几滴稀硫酸，然后再加入1 mL CCl4，振荡，静置.观察现象.C将上述两支试管里的液体混合，充分振荡，静置.观察现象.d在c的试管中加入NaOH溶液，充分振荡观察现象将混合液倒入指定的容 器中.实验现象记录（略）例2、（2002 全国）大气压强对许多物理实验和化学实验有着重要影响.制取氨气并完成喷泉实验.（2）向下排空气法，碱石灰（3）打开

8、止水夹，挤出胶头滴管中的水；氨气极易溶于水，致使烧瓶内气体压 强迅速减小（4）打开夹子，用手（或热毛巾等）将烧瓶捂热，氨受热膨胀，赶玻璃导管中 的空气，氨气与水接触，即发生喷泉.例3、某学生要用50 mL NaOH溶液和CO2来制取纯Na2CO3溶液，已知CO2气 体在通入NaOH溶液过程中极易生成NaHCO3，且无明显现象.实验室有下列试剂：未知浓度的NaOH溶液 37%的盐酸 37%的硫酸14%的盐酸 大理石饱和NaHCO3溶液实验室有下列仪器：量筒，烧杯，橡皮管，玻璃导管，分液漏斗，烧杯，洗气瓶酒精灯已知下表中各物质在常温时的溶解度（g/100 g H2O）NaHCO3NaClNa2SO

9、4NaHSQNaOH15.98.43535.52040（1）本实验除了图给的仪器外，还应有： （仪器安装补完整）.（2）本实验为保证制得的Na2CO3尽量的纯，应选用的药品，除外，还应需要：（3）简要叙述实验步骤，直到制得纯碳酸钠溶液.（4）根据给出的溶解度表，若保证在配制过程中不会有晶体析出，所用氢氧化 钠溶液中含 NaOH 的质量分数的最大值是多少（写出计算步骤和必要的文字说明）？解析：本题要求制得纯净的碳酸钠，根据题意不能在氢氧化钠中直接通二氧化碳 来制纯净Na2CO3，否则不纯，因为这样二氧化碳的量很难控制，多了生成碳酸氢钠, 不足则氢氧化钠反应不完全.所以只有把氢氧化钠分成两等份，其

10、中一份通足量的二氧 化碳使其完全生成碳酸氢钠后，再把另一份加入其中让其完全转化为碳酸钠.答案：（1）洗气瓶，烧杯，量筒；装置如下图所示.（2）（3）取25 mL NaOH溶液通入过量的CO2气体，至CO2不再溶解； 小心煮沸溶液12分钟，排出溶液中溶解的CO2气体； 在得到的溶液中加入另一半（25 mL） NaOH溶液，使溶液充分混合即得纯的 碳酸钠.（4）要保证在配制过程中不会有晶体析出，即100 g水中最多溶解8.4 g NaHCO3, 根据化学方程式：NaOH+CO2=NaHCO3,生成 8.4 g NaHCO3 需 NaOH 固体 4 g，NaOH厶OJ4g溶液的质量分数最大只能为 血

11、& +佔=3.85%,所以配制过程中不会有晶体析出，就必须使NaOH溶液的质量分数3.85%.例 4：（2002 一河南、广东）根据下图回答问题：（1）上述装置中，在反应前用手掌贴烧瓶外壁检查装置的气密性，如观察不到明显的现象，还可以用什么简单的方法证明该装置不漏气.（2）写出浓硫酸和木炭粉在加热条件下发生反应的化学方程式：（3）如果图中的装置检验上述反应的全部产物，写出下面标号所表示的仪器中应加入的试剂的名称及其作用：A中加入的试剂是，作用是; B中加入的试剂是，作用是; C中加入的试剂是，作用是除尽气体；D中加入的试剂是，作用是; E中加入的试剂是，作用是.（4）实验时，C中应观察到的现象

12、是.解析：该题是一个实验分析题.尤其第（3）、（4）题旨在考查考生如何检验实验 产生的h2o、so2、co2，同时又要注意避免相互干扰.按照题目意思，A装置中加入的试剂应是无水CuSO4，作用是检验水；B洗气瓶 中加入的试剂是品红试液，作用是检验SO2；因为检验CO2通常是用澄清石灰水，考 虑到SO2对CO2的检验会有干扰作用，所以安排C洗气瓶作用是除尽SO2,用到的试 剂可以是酸性KMnO4溶液或氯水，现象是酸性KMnO4溶液或氯水褪色；D洗气瓶中 再加入品红试液，作用是验证C洗气瓶是否完全除尽了 SO2,如果D中的品红不褪色, 那么就可确定SO2被完全除尽；而E洗气瓶则装入澄清石灰水，用于

13、最后检验CO2, 且最后产生的CO2即使排到空气中了，也不会造成污染.假若没有D洗气瓶的作用，我们就不知道SO2是否在C洗气瓶中真的被完全除 尽即使我们凭经验认为已经除尽，但作为实验过程仍缺乏严谨.B洗气瓶中加入品红 试液，褪色证明有SO2，然后利用C洗气瓶装置除去so2避免对CO2检验的干扰，答案：(1)反应前用酒精灯小火加热烧瓶，B、C、D、E瓶中有气泡冒出，停 止加热后，水会在导管里升高形成一段水柱，证明装置不漏气.(2) C + 2H2SO4(浓)=J=2SO2 t + CO2 t + 2电0(3) A中加入的试剂是：无水CuSO4，作用是检验水；B中加入的试剂是：品 红试液，作用是检

14、验SO2； C中加入的试剂是：酸性KMnO4溶液，作用是除尽SO2； D中加入的试剂是：品红试液，作用是验证C洗气瓶是否完全除尽了 SO2； E中加入 的试剂是：澄清石灰水，作用是检验CO2的存在.(4) 实验时，C中应观察到的现象是紫红色的KMnO4溶液褪色变浅，但不能褪成无色.（1） 写出实验室制取氨气的化学方程式（2） 收集氨气应使用法，要得到干燥的氨气可选用做干燥剂.（3）用左图装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是.该实验的原理是（4）如果只提供如右图的装置，请说明引发喷泉的方法.解：C1 2 3 4）2NH4Cl + Ca （OH）?仝 2NH3 t + CaCl2 + 2H2O