化學(xué)實驗方案的設(shè)計:
1.概念:化學(xué)實驗方案的設(shè)計是在實施化學(xué)實驗之前.根據(jù)化學(xué)實驗的目的和要求,運用相關(guān)的化學(xué)知識和技能,對實驗的儀器、裝置和方法所進行的一種規(guī)劃。
2.實驗方案設(shè)計的基本要求
(1)科學(xué)性:實驗原理、實驗操作程序和方法必須科學(xué)合理。
(2)安全性:盡量避免使用有毒藥品和進行有一定危險性的實驗操作,保護人身安全,保護儀器。
(3)可行性:實驗所選用的藥品、儀器、設(shè)備和方法等在中學(xué)現(xiàn)有條件下能滿足要求。
(4)簡約性:方案簡單易行,盡可能采用簡單的實驗裝置,較少的實驗步驟和藥品。還應(yīng)遵循完成實驗所用時間較短,副反應(yīng)少,效果好等基本要求。
(5)經(jīng)濟性:綜合考慮原料的用量和價格。
3.化學(xué)實驗設(shè)計的基本內(nèi)容一個相對完整的化學(xué)實驗方案一般包括下述內(nèi)容:
(1)實驗名稱;
(2)實驗?zāi)康模?BR>(3)實驗原理;
(4)實驗用品(藥品、儀器、裝置、設(shè)備)及規(guī)格;
(5)實驗裝置圖、實驗步驟和操作方法;
(6)實驗注意事項;
(7)實驗現(xiàn)象的記錄及結(jié)果處理;
(8)問題與討論。
4.化學(xué)實驗方案設(shè)計的基本思路
(1)明確目的、原理首先必須認真審題,明確實驗的目的,弄清題目有哪些新的信息,結(jié)合已學(xué)過的知識,通過類比、遷移、分析,從而明確實驗原理。
(2)選擇儀器、藥品根據(jù)實驗的目的和原理,以及反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件(如反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)、能否腐蝕儀器、反應(yīng)是否需要加熱及溫度是否需要控制在一定的范圍內(nèi)等),合理選擇化學(xué)儀器和藥品。
(3)設(shè)汁裝置、步驟根據(jù)實驗?zāi)康暮驮恚约八x用的儀器和藥品,設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟。學(xué)生應(yīng)具備識別和繪制典型的實驗儀器裝置圖的能力,實驗步驟應(yīng)既完整又簡明。
(4)記錄現(xiàn)象、數(shù)據(jù)根據(jù)觀察,全面而準確地記錄實驗過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。
(5)分析得出結(jié)論根據(jù)實驗觀察到的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù),通過分析、計算、圖表、推理等,得出正確的結(jié)論。
化學(xué)實驗方案設(shè)計的分類:
1.物質(zhì)性質(zhì)實驗方案的設(shè)計研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法:觀察法、實驗法、分類法、比較法等。研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序:觀察外觀性質(zhì)一預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)一實驗和觀察一解釋及結(jié)論。圖示如下:

在進行性質(zhì)實驗方案的設(shè)計時,要充分了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途與制法之間的相互關(guān)系,要根據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計化學(xué)實驗方案來探究或驗證物質(zhì)所具有的一些性質(zhì):
2.物質(zhì)制備實驗方案的設(shè)計

制備實驗方案的設(shè)計,應(yīng)遵循以下原則
(1)條件合適,操作簡便;
(2)原理正確,步驟簡單;
(3)原料豐富,價格低廉;
(4)產(chǎn)物純凈,污染物少。制備實驗方案的設(shè)計,主要涉及原料、基本化學(xué)反應(yīng)原理,實驗程序和儀器、設(shè)備。核心是原料,由原料可確定反應(yīng)原理,推導(dǎo)出實驗步驟及所用儀器。
3.物質(zhì)檢驗實驗方案的設(shè)計

通過特定的反應(yīng)現(xiàn)象,推斷被檢驗物質(zhì)是否存在。在對物質(zhì)進行檢驗或鑒別時,一般的原則是:
①給出n 種物質(zhì)進行鑒別,一般只需檢驗n一1種即可;
②物理和化學(xué)方法可并用,一般先用物理方法(如物質(zhì)的顏色、氣味、水溶性等),再用化學(xué)方法;
③設(shè)計的實驗步驟越簡單越好,實驗現(xiàn)象越明顯越好;
④有干擾離子存在時,應(yīng)先排除干擾,以免得出錯誤的結(jié)論;
⑤進行檢驗的一般步驟為:觀察外表一一加熱固體(確定是否有結(jié)晶水)??配成溶液??觀察外觀一一加入試劑??觀察現(xiàn)象??得出結(jié)論。
化學(xué)實驗方案的評價:
對幾個實驗方案的正確與錯誤、嚴密與不嚴密、準確與不準確作出判斷,要考慮是否合理、有無干擾現(xiàn)象、經(jīng)濟上是否合算和對環(huán)境有無污染等。
1.從可行性方面對實驗方案作出評價科學(xué)性和可行性是設(shè)計實驗方案的兩條重要原則,在對實驗方案進行評價時,要分析實驗方案是否科學(xué)可行,實驗方案是否遵循化學(xué)理論和實驗方法的要求,在實際操作時能否做到可控易行。評價時,可從以下4個方面分析:
(1)實驗原理是否正確、可行;
(2)實驗操作是否安全、合理;
(3)實驗步驟是否簡單、方便;
(4)實驗現(xiàn)象是否明顯。
2.從“綠色化學(xué)”視角對實驗方案作出評價 “綠色化學(xué)”要求設(shè)計安全的、對環(huán)境友好的合成線路,降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程對人類健康和環(huán)境的危害,減少廢棄物的產(chǎn)生和排放。據(jù)此,對化學(xué)實驗過程或方案從以下4個方面進行綜合評價:
(1)反應(yīng)原料是否易得、安全、無毒;
(2)反應(yīng)速率是否適巾;
(3)原料利用率以及合成物質(zhì)的產(chǎn)率是否較高;
(4)合成過程中是否造成環(huán)境污染。
3.從安全性方面對實驗方案作出評價從安全角度?紤]的主要因素如下:
(1)凈化、吸收氣體及熄滅酒精燈時要防止液體倒吸;
(2)使用某些易燃易爆品進行實驗時要防爆炸(如 H2還原CuO應(yīng)先通H2可燃性氣體點燃前先驗純等);
(3)防氧化(如H2還原CuO后要“先滅燈再停氫”,白磷切割宜在水中進行等);
(4)防吸水(如實驗取用、制取易吸水、潮解、水解的物質(zhì)時宜采取必要措施,以保證達到實驗?zāi)康?;
(5)冷凝回流(有些反應(yīng)中,為減少易揮發(fā)液體反應(yīng)物的損耗和充分利用原料,需在反應(yīng)裝置上加裝冷凝回流裝置,如長玻璃管、豎裝的干燥管及冷凝管等);
(6)易揮發(fā)液體產(chǎn)物(導(dǎo)出時可為蒸氣)的及時冷卻;
(7)儀器拆卸的科學(xué)性與安全性(可從防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度考慮);
(8)其他(如實驗操作順序、試劑加入順序等)。
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