科学实验设计

科学实验设计第1页，共34页，2023年，2月20日，星期一实验设计是一个综合运用所学知识和技能构思解决问题方案的过程，是一个创造的过程。实验设计既包括根据一定的目的和任务，从零开始，通过探究确定实验仪器、药品、装置和操作方案，也包括对原有的实验从新的角度给予新的思考、审视，找出缺陷和不足给予修正和扬弃。

第2页，共34页，2023年，2月20日，星期一实验设计的特点：综合性创造性灵活性

第3页，共34页，2023年，2月20日，星期一提出问题实验假设知识技能组合实验设计方案

实验设计的思维过程第4页，共34页，2023年，2月20日，星期一第一节：实验设计技术策略（1）科学原理物化策略

使有关科学原理，通过实验手段复原为实验这种具体的物质形态表现出来。

第5页，共34页，2023年，2月20日，星期一（2）技术移植策略把某种比较成熟的实验构思、设计移用到类似的实验中。第6页，共34页，2023年，2月20日，星期一（3）技术模拟策略模拟化工生产过程或某些实际过程。例如，用玻璃器材模拟制作接触法制硫酸。第7页，共34页，2023年，2月20日，星期一沸腾炉接触室吸收塔第8页，共34页，2023年，2月20日，星期一这种策略是指通过某些技术要素的置换，来达到实验效果更好，或者使实验更简单等目的。被置换的技术要素可以是仪器、反应试剂、反应条件等。用喷雾器代替铂丝做焰色反应等。

（4）技术置换策略

第9页，共34页，2023年，2月20日，星期一这种策略就是把若干个实验通过某种形式联系、组合在一起。例如，氯气性质组合实验，硫化氢性质组合实验等。

（5）技术组合策略

第10页，共34页，2023年，2月20日，星期一简化某些装置或某些操作。例如，制取O2的实验，用KClO3和MnO2改为用分解H2O2制O2，不但产物纯度高，且安全、简便、快速。（6）技术简化策略第11页，共34页，2023年，2月20日，星期一这种策略就是强化（或弱化）某些实验条件。例如换用温度更高（或更低）的热源、换用浓度更大（或更小）的反应试剂、改变试剂用量等等，使实验现象更加明显。

（7）技术强化（或弱化）策略

第12页，共34页，2023年，2月20日，星期一第二节：基本概念和基本原理

的实验设计一、分子的运动实验原理：分子总是不停地在作无规则的运动，在气体与气体、液体与液体、液体与固体、液体与气体等各相之间，分子可以相互扩散。第13页，共34页，2023年，2月20日，星期一１．溶液变色第14页，共34页，2023年，2月20日，星期一２．气体的扩散

也可用NH3与空气、SO2与空气、HCl与空气、空气与NO2、空气与Br2蒸气等做实验，分别用酚酞试剂、澄清石灰水、湿润pH试纸、观察空气瓶中的颜色加深等进行检验。

第15页，共34页，2023年，2月20日，星期一３．碘分子的运动

将一小块碘放在大试管中，在试管壁上粘一条湿润的淀粉试纸，用橡皮塞塞住瓶口。片刻后发现，淀粉试纸逐渐变蓝。这说明固体表面的分子，会运动到整个试管之中。第16页，共34页，2023年，2月20日，星期一二、离子的迁移实验原理

电解质溶液在电场的作用下，溶液中的离子便定向移动，即阳离子向阴极方向移动，阴离子向阳极方向移动。

第17页，共34页，2023年，2月20日，星期一实验步骤

１．高锰酸钾溶液中MnO4－的迁移

将一张湿润的滤纸平贴在试管上，两端用铜丝固定，在滤纸中央搭一根浸过KMnO4溶液的棉线，将试管水平固定在铁架台上。铜丝两端接12V或更高电压的直流电源，片刻后，可以看到紫红色的MnO4－离开棉线逐渐向阳极方向移动。

第18页，共34页，2023年，2月20日，星期一

MnO4－离子的迁移

第19页，共34页，2023年，2月20日，星期一２．用石蕊或酚酞试纸演示OH－或H+的迁移

如下图所示，在玻璃片上放一条用KNO3溶液浸湿的蓝色石蕊试纸，用鳄鱼夹夹住试纸和玻片。在试纸的正中部放一条用硫酸溶液浸湿的滤纸（或白棉线），使它与石蕊试纸相接触。相接触部分的蓝色石蕊试纸变成红色。接通10~20V直流电源，3~4分钟后就可看到变红的区域明显地移向阴极，即H+离子在电场中向阴极方向移动。

第20页，共34页，2023年，2月20日，星期一图H+离子的迁移

第21页，共34页，2023年，2月20日，星期一３．用音乐贺卡做电解质导电实验（1）取下贺年卡中整个音乐装置，将电路中开关断开，从开关两端接出导线，连上两根光洁的粗铜丝做电极。（2）先将蒸馏水加入烧杯中，插入两根铜电极，此时音乐卡不发出声音。然后在烧杯中加入适量电解质，如KNO3，稍稍振荡，再插入两电极，音乐卡立即奏出音乐声，十分动听有趣。第22页，共34页，2023年，2月20日，星期一三、分子的间隔实验原理

酒精与水混合后，酒精分子与水分子之间的作用力改变，又由于分子之间有空隙存在，两种分子的运动结果使总体积减少。酒精与水混合

第23页，共34页，2023年，2月20日，星期一四、质量守恒定律１．氢氧化钠与硫酸铜反应第24页，共34页，2023年，2月20日，星期一２．泡腾剂反应时的质量守恒

泡腾剂是碳酸氢钠和无水柠檬酸的混合，将其放入水中时，泡腾剂完全溶解，同时生成大量的二氧化碳气泡。取少量泡腾剂，放进一个小塑料袋底部的一角，用细线捆紧这一角。向塑料袋中加入一定量的水，用力扎紧塑料袋口，使水和气体都无法跑出，然后称量（塑料袋＋泡腾剂＋水＋细绳）总质量。解开捆住泡腾剂一角的细线，柠檬酸和碳酸氢钠溶解在水中发生反应，生成盐、二氧化碳和水。反应后，称量（塑料袋＋生成物＋解下的细绳）总质量与反应前相同。注意塑料袋不能漏水漏气。第25页，共34页，2023年，2月20日，星期一五、酶的催化作用实验原理

凡是能改变反应速率而它本身的组成和质量在反应前后保持不变的物质被称为催化剂。催化剂能改变反应速率的作用称为催化作用。催化剂之所以能够改变化学反应速率，是因为它也参加了变化过程，改变了原来反应的途径，降低了反应活化能。第26页，共34页，2023年，2月20日，星期一１．酶催化H2O2分解（1）取新鲜土豆一只，洗净，切成细丝,作催化剂用。（2）取5mL浓度为5％的H2O2溶液，加入少量新鲜土豆丝，可以发现，H2O2迅速分解，产生大量泡沫。扩展:用新鲜的绿豆、小麦、玉米等种子做上述实验，也会对H2O2的分解有不同程度的催化作用。因为生物体内含有多种酶，其中一些酶对的H2O2分解有催化作用。第27页，共34页，2023年，2月20日，星期一六、电解水与饱和食盐水2H2O电解2H2↑+O2↑2NaCl+2H2O电解2NaOH+Cl2↑+H2↑１.用霍夫曼电解器电解水霍夫曼电解器２.电解水的简易装置第28页，共34页，2023年，2月20日，星期一①电解液用较纯的NaOH和蒸馏水配制；②水槽及试管中的蒸馏水预先饱和O2或空气（细口瓶中放水一半，加塞猛烈振荡）；③电解一段时间后再收集气体，使电解液中的杂质氧化，并使水中溶入一些O2；④使用小的电解槽，或使电极只能与小范围内的电解液接触，以降低电解液中杂质的总量和O2溶解量；⑤使用较浓的NaOH溶液，以降低O2的溶解度。（2）一般可采取下列措施来降低误差：

第29页，共34页，2023年，2月20日，星期一３．电解饱和食盐水（1）食盐水的精制（2）饱和食盐水的电解第30页，共34页，2023年，2月20日，星期一七、化学电池的制作锌片：Zn－2e====Zn2+（氧化反应）铜片：2H++2e====H2↑（还原反应）１.锌铜电池２.水果电池第31页，共34页，2023年，2月20日，星期一3.硬币电池将两枚不同金属制成的硬币（如１元和５角人民币）清洗干净。把一张滤纸折叠成比硬币稍大一些的隔层，在盐水中浸泡后，将两枚硬币分别放到滤纸隔层的两边，并用手捏紧。用导线把两枚硬币与灵敏度较高的电流计连接起来，观察电流计指针的偏转。第32页，共34页，2023年，2月20日，星期一八、印刷电路板的制作

印刷电路板的制作通常是在塑料板上均匀粘贴一层铜箔，在要保留铜的地方印刷覆盖一层抗腐蚀的物质，如油墨、油漆，形成电路条纹，再用F