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化学实验方案的设计
知识归纳与学法指导
第一节 制备实验方案的设计
知识归纳
一、制备实验方案设计的程序：
途径I ↑
原料原理途径II最佳途径设计完整实验方案实
····
施方案制得物质
二、制备实验方案设计的题型：
1．限定几种原料，制备一种或几种物质。
2．限定几种原料，要求用几种不同的方法制备一种物质。
3．自选原料，制备某一指定物质。
4．用含杂质的物质为原料，提纯某一纯净物。
5．由给定废料，回收、提取或制备某一物质。
制备实验方案设计，主要涉及原料、基本化学反应原理，实验程序和仪器、设备。核心是原料，由原料可确定反应原理，推导出实验步骤及所用仪器。
学法建议
制备实验方案设计可考查各个层次的多种能力，特别是创新能力。从发展趋势看，今后高考对考生设计简单实验能力的考查将于以较多的关注和尝试，但考虑到高考的时限性，加之理科综合考试的形式，这种题的难度将不会太大，建议本节复习应掌握以下几点：
1．熟练掌握常见气体的制备方法，在气体实验室制备方案设计时应遵循以下原则：
(1)实验室制备各种气体应以实验室常用药品为原料，以方便经济安全为原则，而且在几种简单易解的方法中又要选择那些能制取并收集较纯气体的方法。
(2)选择实验仪器要根据反应原理及制取气体量的多少来决定，必须是干净的，有时还需是干燥的仪器。
(3)选择试剂要注意浓度，特别是盐酸、硫酸、硝酸的浓度对制取气体及纯度都有很大的影响。
(4)熟悉装置图，根据仪器装配顺序(由低到高，由左到右，先里后外)，装置顺序(制气装置→净化装置→干燥装置→收集装置→尾气吸收装置)准确组装仪器并检查气密性。
2．熟练掌握常见单质、化合物的制备方法
(1)电解法：电解熔盐、熔碱制备活动性强的金属，如：Na、Ca、Mg、Al，电解饱和食盐水制H2、Cl2、NaOH；电解精炼铜。
(2)氧化还原法：还原法①利用平衡移动原理KCl+NaK↑+NaCl，SiO2+2CSi+2CO↑②用还原剂H2、Al、C、CO等还原金属氧化物、卤化物，制备W、Cr、Cu、Zn、Si等单质。 氧化法：非金属单质常用氧化阴离子法制取。如：Cl2、Br2、I2等。
(3)复分解反应；如制HF、HCl、H2S、SO2、CO2、HNO3、H3PO4等。
(4)加热法：2HgO2Hg+O2↑ MgCO3MgO+CO2↑ 2KClO32KCl+3O2↑
3．掌握各类无机物、有机物之间的相互联系及内在规律，各类物质相互反应的客观规律，在生产、实验上有很重要的意义，可以指导无机物、有机物的制备。
第二节 性质实验方案的设计
知识归纳
一、性质实验方案设计的分类
1．探索性实验方案设计，其程序为：物质——实验事实——科学抽象——结论
2．验证性实验方案设计，其程序为：物质——性质推测——实验验证——结论
二、验证性性质实验方案设计的具体步骤
1．根据物质的组成、结构特征，结合已有知识及实验经验，预测可能具有的性质，例如通过分析乙醇分子结构特征可推测其性质有：
2．设计具体实验方案来(探索)验证物质所具有的性质。
3．选择适宜的试剂、装置(仪器)、反应条件实施方案。
4．最后得出结论。
中学阶段的性质实验主要指已知物质的化学性质实验，这些物质的性质尽管已为人们所掌握，但它们中的部分性质对中学生却是陌生的。对这样的一些物质进行性质探索或验证可进一步拓宽学生的知识面，培养学生的钻研求实精神和动手能力。它的意义远远超过纯粹的实验目标。
性质实验的目的是验证和比较元素的金属性、非金属性；氧化性、还原性；化合物的稳定性、酸碱性；指定离子和一些有机官能团的特征反应。
学法建议
1．性质实验方案设计的题目所涉及的物质、化学反应最好是学生熟悉的，实验装置也不要太复杂，这样可避免思维容量的扩大，使学生的思维焦点集中于操作步骤的设计上，但需注意整体操作过程的有序性、逻辑性、严密性、安全性和可操作性；同时要注意文字的表达。
2．有机物性质实验方案设计常常是利用官能团来推测性质，但是，在有机化合物的分子中，官能团性质又必然地受分子中其他部分的影响，所以在不同的化合物中，官能团的反应活性往往有很大差异。由于分子结构不同或其他官能团的存在，有的活性增大，有的则减小，有时，甚至完全失去应有的特性，这样不可能制订出适用于任何有机物中某一官能团的性质实验方案，对于不同的有机化合物，只能从具体情况出发设计不同方案。
3．重视课本知识，将元素及其化合物知识系统化，应用元素周期律来分析元素及其化合物的有关知识，掌握位——构——性之间关系。
4．重视实验基本操作，强化实验技能训练，在进行实验教学时，要重视基本操作中常用仪器(如容量瓶、托盘天平、烧杯、漏斗等)的构造、原理、操作要点及注意事项的剖析，并注意总结物质的分离提纯，气体的制取、干燥、收集和净化等基本操作方法，强化实验动手能力。
5．熟悉各种性质的验证途径，以提高学生的发散思维能力，并从中选取最佳途径。例如金属性、非金属性的验证可通过下列途径：
金属性：
与酸与水反应的难易
最高价氧化物水化物碱性强弱
单质还原性强弱
离子氧化性强弱
氧化物稳定性
非金属：
与H2反应的难易及氢化物稳定性
最高价氧化物水化物酸性强弱
单质的氧化性
简单离子的还原性
第三节 物质检验实验方案的设计
知识归纳
一、在对未知物的分析检验中，被检验的物料通常有四种情况：
1．前人已经研究过，文献资料上有记载的，只是对分析者来说是未知的物料。
2．前人也未研究过的，全然新的物料。
3．指定检验物料中是否含有某种化合物或测定物料中某种化合物的含量。
4．对指定检验物料进行鉴定、鉴别、推断。
二、未知物检验的一般过程：
1．初步检验：依据未知物状态(固体注意它是无定形还是结晶形，晶形是否一样；液体注意观察有无互不相溶的其他液相，有无固体悬浮)、颜色、气味可以初步了解未知物是混合物，还是纯净物，纯度怎样，是无机物还是有机物，可能含有哪些元素，属于哪种类型。
2．物理常数的测定：物理常数可反映物质的特定分子结构，由此可以推测物质的结构可能属于哪种类型及含有什么官能团。
3．元素分析。
4．溶解性试液：未知物对不同溶剂(水、酸、碱、有机溶剂)的溶解行为，可表现出有无极性或极性的强弱不同；表现出酸性、碱性或中性以及酸性或碱性的强弱不同，从而大大缩小探索范围，为下一步检验提供更加准确的线索。
5．官能团鉴定。
6．元素定量分析及相对分子质量的测定，推导出物料的分子式。
7．官能团定量分析，确定官能团在分子中的百分比，推算出分子中所含这种官能团的数目。
学法建议
未知物的检验在中学阶段主要指对指定物质进行鉴定、鉴别、推断。
1．物质的鉴定：依据物质的特性，用化学法分析它的组成，从而确定是不是这种物质。解这类题时，一定要通过实验将该物质的各组分逐一检验出来，然后确定。
2．物质的鉴别，利用几种物质不同特性，用物理或化学方法把它们一一区别开。解答此类题的关键在于选择恰当的试剂，此类题目可用程序图示，也可用列表法回答，还可用叙述法，但一定要简明扼要。常见有以下几种类型：
(1)任加试剂的鉴别：这类题目不限制所加试剂的种类，可有多种解法，但应符合最优化原则。
(2)只用一种试剂的鉴别题：
①根据被测试剂水溶液的酸碱性不同，考虑选择适当的指示剂。
②根据被测试剂中含有不同的阳(阴)离子，考虑选用一种强碱(酸)与之作用。
③根据被测试剂发生复分解反应，络合反应和水解的相互促进时的不同现象选择试剂。
④有机物的鉴别一般可考虑加入水、溴水、新制氢氧化铜和FeCl3等溶液。
(3)不另用其他试剂鉴别题：这类题目的特效试剂包含在被测物质中，常用的方法有：
①特征现象法：根据被测试剂的某些特殊的物理性质先鉴别出一种，再用这种鉴出物做试剂鉴别其他物质。
②加热鉴别法：根据物质的热稳定性和受热分解的产物及现象不同加以鉴别。
③列表优选法：通过列表分析，优选出一种试剂，加入其余几种被测试剂中含有n—1种明显的不同现象。
④抽样混合法：对各物质的性质成竹在胸，根据预期现象抽取试样两两混合。
3．推断：物质或离子的推断是根据题中给出的实验现象，运用物质或离子的特性，对推断的物质或离子做正确的判断，解题时要注意：
(1)审明题意、明确范围，注意题目中所给的限制条件。
(2)利用推理法紧扣实验现象，结论要明确，对“肯定存在”“不存在”“可能存在”三种情况都要有明确的结论。应特别注意的是当得出明确的肯定后，因不能共存而得出的否定的结果。
(3)要注意数据对推断结论的影响。
第四节 化学实验方案设计的基本要求
知识归纳
一、完整的实验方案包括以下内容：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．问题和讨论(误差分析)。
具体要求为：1．明确目的原理：首先必须认真审题，明确实验的目的要求，弄清题目有哪些信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。
2．选择仪器药品：根据实验的目的和原理，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，能否腐蚀仪器和橡胶，反应是否加热及温度是否控制在一定范围等，从而选择合理的化学仪器和药品。
3．设计装置步骤：根据上述实验目的和原理，以及所选用的实验仪器和药品，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的实验仪器的装置图的能力，实验步骤应完整而又简明。
4．记录现象数据：根据观察，全面准确地记录实验过程中的现象和数据。
5．分析得出结论：根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。
二、实验设计的分类：
定性设计：物质的制备；物质性质的验证和比较；物质的分离和提纯；物质的鉴别与鉴定。
定量设计：物质的组成及结晶水含量测定，物质浓度的测定。
三、进行化学实验方案设计时应遵循的基本要求：1．科学性2．安全性3．可行性4．简约性。
学法建议
在初步掌握化学基础知识和基本实验技能基础上进行综合实验设计，可以帮助学生巩固和加深对化学基本概念、基本理论的理解，对物质的组成、结构、性质及其变化规律的认识；培养学生独立思考、提出问题、解决问题的能力，促进智力发展。
实验方案设计着重考查以下能力：
1．利用给出的一些装好药品的单个实验装置，要求根据实验目的连接仪器，叙述现象说明理由。
2．利用给出的实验的装置和反应条件，要求根据实验现象和物质的性质判断物质和化学反应。
3．利用限定的仪器装置、药品，融气体制备、除杂、集气及设计操作程序、仪器连接、定量计算于一体。考查学生设计实验、基本操作和数据处理的能力。
4．给出部分实验环节，根据实验要求设计完整的实验或补充部分实验步骤。
5．据实验目的，实验进行的条件，选取适当药品、仪器(或应用所指定的药品、仪器)完成某次指定的实验操作。
6．对给出的实验方案，做出科学的评估，依据“仪器简单、操作方便、药品易得、节省试剂、现象明显、安全防污”选择出最佳方案。
7．新情境实验题，运用已有知识解决新情境中的新问题，考查学生灵活运用知识的迁移能力、自学能力、观察能力、实验能力和思维能力。
方法可行，仪器简单
操作方便，经济安全
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