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2007创新实验设计专题
实验设计题综合性强，思考容量大，陌生度高，所提供的装置新、化学反应新、设问的角度新，隐蔽性较强。但解题所需要的基础知识和基本技能大都源于教材，又高于教材，让人耳目一新。广泛用于考察考生应用化学实验的方法解决实际问题的能力，是一种较高水平能力的考察，备受命题专家的青睐，从某个角度讲实验设计题成为高考化学的“压轴题”。
教学能力要求
1.了解化学实验方案的设计原则、要求、特点和思路。
2.运用所学的知识分析并评价化学实验设计的最佳方案。
3.发展思维能力， 培养探究能力和创新能力。
4.培养科学素养。
一、实验方案设计的一般原则
1.科学性原则2.可行性原则3.安全性原则4.简约性原则5.创新性原则6.启发性原则
二、化学实验设计的内容
一个相对完整的化学实验方案一般包括下列内容：
1、实验目的　 2、实验原理 3、实验用品及规格 4、实验装置
5、实验步骤和操作方法 6、注意事项7、实验现象及结果记录表 8、问题及结论
三、设计实验方案时应注意的一些问题
1、实验的安全性 2、先后顺序的选择 3、针对物质的性质设计科学方案
4、注意节约药品和环境保护 5、注意实验设计的创新
实验的安全性
（１）点燃或加热可燃性气体前必须检查气体的纯度
（２）有毒气体的实验应在通风厨中进行
（３）有毒气体尾气必须吸收或点燃
（４）防止液体倒吸到反应器中
（５）冷凝管进出口水顺序
先后顺序的选择
（１）仪器的连接顺序：气体发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理。
（２）仪器组装顺序：自上而下，从左到右。同时注意洗气时“进气管长，出气管短”，而“排水测气”正好相反“短进长出”。
（３）气密性的检测：一般在整套仪器连接完毕后，先检查装置的气密性然后装入药品。
（４）药品的加入顺序：一般先加入固体后加入液体。
（５）通入气体与加热顺序：一般先通入气体赶走体系中的空气后再加热，实验结束时，一般先停止加热后还要通一段时间的气体直至冷却室温，如用CO还原Fe2O3时，先用CO赶走体系中的空气后再加热Fe2O3，反应完毕后还要通CO直至Fe冷却室温，防止Fe再度被氧化。
针对产物的性质设计科学方案
如针对产物是Mg3N2、Al2S3、AlCl3等易水解的物质，往往在装置的末端再连接一个干燥装置，以防止空气中的水蒸汽进入；针对MgCl2·6H2O、FeCl3·6H2O直接加热易水解，不能得到MgCl2、FeCl3等性质，应设计在氯化氢气流中加热，才能得到MgCl2、FeCl3。
例：针对氯化钠、硝酸钾溶解度的差异。
（1）设计一个除NaCl中的少量KNO3的实验方案
（2）设计一个除KNO3中的少量NaCl的实验方案
注意节约药品和环境保护
设计一个化学实验必须尽可能减少药品用量，不对环境造成污染。
例：从环保的角度和节约药品的角度考虑，制取等物质的量的硝酸铜，下列哪个实验方案最好：
A、Cu→O2→CuO →HNO3→Cu(NO3)2 B、Cu→稀HNO3→Cu(NO3)2
C、Cu→浓HNO3→Cu(NO3)2
注意实验设计的创新
实验设计创新是建立在课本的基础实验之上，没有基本实验方法与技能就谈不上实验设计的创新，实验的创新是实验的生命，它包括新实验的设计和旧实验的改进。实验设计的创新往往要体现七个“一”，即：一个实验的多种现象，一个实验现象的多种原因，一种仪器的多种用途，一个用途的多种装置，一个仪器的多种用法，一种物质的多种制法，一组物质的多种鉴别方法。这样有利于培养学生的发散思维。
如为使分液漏斗的液体顺利流出，可用胶管连接成连通装置，为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套上一支小试管。
例：用稀硫酸和锌及下列仪器设计一个制取H2的方案，要求有“随要随开随关随停”的效果。
制取氢气组装图如下
四、实验方案的设计思路
＊设计思路：抓住实验目的认真审题→列出几种设计方案和途径→依据设计基本要求选择最佳方案→制定具体实验方案。
例如：以铝屑、盐酸、氢氧化钠溶液为原料制备氢氧化铝
（１）先找出可能的途径
方案一：使盐酸与铝屑反应，然后再向溶液中加入氢氧化钠溶液，生成氢氧化铝沉淀。
方案二：使铝屑与氢氧化钠溶液反应，然后再向溶液中加入盐酸，生成氢氧化铝沉淀。
方案三：使铝屑分别与氢氧化钠溶液和盐酸反应，然后将得到的两种溶液混合，可生成氢氧化铝沉淀。
（２）比较三种制备方案进行优化选择：以消耗氢氧化钠和盐酸的物质的量最少为依据，方案三为最佳实验方案。
（３）制定制备氢氧化铝的具体实验方案
例：设计一个制取氯气并证明氯气有毒性的实验方案
1、制定几种实验方案。
①用浓盐酸和二氧化锰加热制Cl2→用饱和食盐水除氯化氢→用浓硫酸除水蒸气→闻氯气有无毒性。
②用浓盐酸和二氧化锰加热制Cl2→用饱和食盐水除氯化氢→用浓硫酸除水蒸气→用放活鱼（无水）的集气瓶验证氯气的毒性→用氢氧化钠溶液吸收尾气。
③用浓盐酸和二氧化锰加热制Cl2→用饱和的食盐水除氯化氢→用浓硫酸除水蒸气→用放有活昆虫的集气瓶验证氯气的毒性→用氢氧化钠溶液吸收尾气。
2、选择最佳方案，方案①不科学，没有尾气处理装，不能用人作为实验品，方案②鱼在无水条件下也死亡，不能足以证明是Cl2的毒性，方案③科学，是最佳的实验方案。
3、制定具体实验方案。
五、创新实验的特点
1、条件的不完备性 2、过程的探究性 3、思维的发散性
4、知识的综合性 5、答案的开放性
例1:如图所示的装置可制取多种气体，填写下表（至少四组）
气体 药品a 药品b
气体 药品a 药品b
CO2 稀硫酸（盐酸） 大理石
H2 稀硫酸（盐酸） 锌粒
H2S 稀硫酸（盐酸） 硫化亚铁
C2H2 饱和食盐水 电石
… … …
本题具有知识的综合性、思维的发散性和答案的开放性
例2：在分液漏斗中用一种有机溶剂提取水溶液里的某物质时，静置分层后，如果不知道哪一层是“水层”，试设计一种简便的判断方法。
评分标准答案：取一支小试管，打开分液漏斗的活塞，慢慢地放出少量的液体，往其中加入少量的水，如果加入水后试管中的液体不分层，证明分液漏斗中下层是“水层”，反之，上层是“水层”。
另外，下层液体加CCl4，上层液体加水，上层液体加CCl4，下层液体中投入钠，上层液体中投入钠，根据产生的现象不同，同样可以判断“水层”。
结论：利用水以及与水互不相溶的有机溶剂的物理性质上的差异性，水的化学性质，至少可得出以上六种开放性的答案。
例3：有五位同学分别设计了一个实验，希望通过观察到的明显现象，证明CO2与NaOH溶液发生了反应。设计的装置图如下，用E装置，向充满CO2气体的塑料瓶中加入NaOH溶液，盖紧瓶塞后振荡，如果看到瓶子变瘪了，说明CO2和NaOH溶液发生了反应。对于A~D装置，将能证明CO2和NaOH溶液发生了反应的操作及实验现象填入下表：
所选装置 操作方法 实验现象

所选装置 操作方法 实验现象
A 先打开分液漏斗上口玻璃塞，再打开活塞，将分液漏斗中的NaOH溶液滴入烧瓶 水倒吸到烧瓶中
B 打开试管的橡胶塞，迅速倒置于NaOH溶液中 溶液充满试管
C 向a瓶中缓慢通入CO2气体 a瓶右导管无液面上升
D 打开橡胶管上的夹子，将滴管中NaOH溶液挤入烧瓶中， 烧瓶中形成喷泉
例4：“套管实验”是将一支较小的玻璃仪器装入另一玻璃仪器中，经组装来完成原来需要两只或更多普通玻璃仪器进行的实验。因其具有许多优点，近年被广泛开发并应用于化学实验中。在氨气的喷泉实验中，将圆底烧瓶收集满氨气的操作很麻烦。用“套管实验”设计一个收集满烧瓶氨气的简单操作方法，要求只用一支试管和一个烧瓶组装，选用下列药品：
A：氯化铵固体 B：氢氧化钠固体 C：浓氨水 D：浓硫酸 E：湿润的红色石蕊试纸
利用“套管法”在圆底烧瓶中集满喷泉实验用的氨气。
（1）所用试剂为：B C（E）【或ABC（E）】
（2）请简述所设计的操作及判定集满氨气的方法及现象：将圆底烧瓶倒置，向试管中分别加入所选试剂，迅速将试管的上口伸至烧瓶的底部。过一会儿，将湿润的红色石蕊试纸置于烧瓶口处，若试纸变蓝，则说明氨气已集满。
（3）产生氨气的化学方程式：NH3·H2O ＝ NH3↑ + H2O
（4）将上述实验与普通实验相比，“套管试验”明显具备的优点是：简化实验操作，提高实验效果，节约药品。
浓氨水和氢氧化钠 用此装置还可以制取满试管氢气
例5：著名化学家罗伯特 波义耳（Robert Boyle)在一次实验中，不小心将盐酸沾到紫罗兰花瓣上。过一会儿，他惊奇地发现紫色的花瓣上出现了红点。波义耳对这一意外的发现，作出了各种假设，经过多次实验证明，探究普遍规律，终于获得成功。对紫罗兰花瓣遇盐酸变红的现象，你有哪些假设？请将你的假设以及验证假设的实验方案填写在下表中。
编号 你对紫罗兰花瓣遇盐酸变红现象的各种假设 你验证假设的实验方案
其他酸也能使花瓣变红色吗？ 将稀硫酸、稀硝酸等酸分别滴到花瓣上，观察现象
２ 盐酸能使其他花瓣变色吗？ 将盐酸分别滴到其他种类的花瓣上，观察现象
３ 碱溶液也能使花瓣变色吗？ 将氢氧化钠、氢氧化钙等碱溶液分别滴到花瓣上，观察现象
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