化学实验设计

化学实验设计

在化学试验教学中，指导学生学会化学试验方案的设计与评价，是培育学生综合力量的重要的教学方法。通过试验的设计，能够提高学生化学试验学问和技能的水平，培育信息提取和加工力量、分析推断力量和制造力量。化学试验方案的设计是对于选定的化学试验内容，依据化学试验的目的和要求，分析相关的化学原理，运用所把握的化学学问和技能，对试验的方法、过程以及需要的仪器装置和试剂所进展的规划设计。包括试验方案的设计、试验预备工作、试验的实施过程、试验数据的处理以及结果的预期。

试验评价是依据试验目的和要求，对现有的多种试验方案进展科学论证和比照评判，选择最正确方案，并且加以必要的改良。

1试验设计教学的根本要素

1.1试验设计教学的目的和要求

（1）培育学生试验学问与技能的综合应用力量。

（2）依据试验试题要求，运用把握的化学学问设计一些根本试验。

（3）能绘制和识别典型的试验仪器装置图。

（4）依据观看到的试验现象，记录、分析和处理（计算）试验数据，作出正确结论。

1.2试验设计的原则

试验设计应遵循科学合理、简便易行、安全环保、节省快捷、效果明显等原则。

（1）符合科学性：科学性是化学试验方案设计的首要原则，要求设计中的试验原理、试验操作方法和程序没有科学性错误，并能消失预期的试验现象，产生正确的试验结果。

（2）安全性:要尽量避开使用有毒药品和进展危急性高的操作。

（3）可行性:所选的化学药品、仪器、设备等在现有的试验条件下能够获得满意。

（4）简约性:采纳简洁的试验装置，用较少的试验步骤和试验药品，能在较短时间内完成试验。在温度和压强方面尽量实行常规的条件，催化剂使用简单得到并且效果显著的。

（5）经济性:在不影响试验效果的前提下，要尽量削减化学药品的用量，一方面可降低试验本钱，另一方面也可削减对环境的污染。应用微型试验在这方面有较大优越性。

（6）无污染:在使用易燃、易爆、强腐蚀和有毒药品进展试验时，要考虑尾气和试验废弃物的处理，最大限度地削减对环境的污染。

1.3试验设计的思维模型

试验设计是一个从信息收集整理、加工处理到付诸实践并能预期结果的完整的思维程序，如下图：

2试验设计的一般过程

化学试验设计重在培育或考察把已有学问和技能运用于新情景的力量，所选择的课题往往是没有直接实践过的。在设计过程中时，能够从题目中承受信息，分析评价信息，选择并整合新信息与已有学问，以解决试验设计的新问题。大致过程与思路如下：

2.1信息的猎取

承受、分析和筛选信息，主要是解决以下问题：理解试验课题，了解试验条件，明确设计要求。需要快速、全面地提取题目中的重要信息，把信息归类，并对各个信息在实现试验设计中的作用进展分析和推断。依据试验目的和要求，说明试验原理，分析现有仪器和药品的作用，选择适宜的仪器和药品。

2.2试验设计构思

依据试验目的和要求，设计试验的根本思路和方法，勾画试验装置草图。通过对新旧信息的加工开发，描述实现指定的试验设计规划。依据试验设计的要求及解决问题的挨次分析，这种构思包含两个层次：一是试验方法的选定，这是从总体上考虑试验方案的设计。试验方法主要取决于试验原理，并受试验条件的制约。二是试验装置和试验操作设计。试验装置和操作的设计都是为了详细实施试验方法，完成预定的试验任务，实际上就是试验方案细节的设计，这局部的设计主要的是表达试验根底学问与根本技能的应用。

依据试验的要求，设计可行的操作步骤和观看重点，分析试验中应留意的事项(如反响过程中是否需要除去杂质及尾气处理等)。

2.3试验设计内容

（1）依据命题要求，说明设计该试验的化学原理，并画出试验装置图。

（2）列出试验所需的仪器和试剂。

（3）确定试验操作步骤，说明试验中应留意的事项。

（4）提示观看、记录试验现象，分析试验结果（包括写出有关的化学方程式）。

（5）提出试验数据的记录和处理及计算方法。

（6）拟定完成试验后对试验结果对比预期目的进展分析、评价及试验报告撰写。

3试验设计与评价力量的训练

3.1依据试验命题设计根本试验方案

设计简洁试验方案，通常有：验证某个化学原理；确定某混合物中组分的试验；定性和定量分析；试验操作挨次设计等。这些简洁试验的设计，综合性较强，能强化思维训练，要求学生联系所学过的试验学问和技能，进展学问迁移和重组，全面而细致地思索，才能设计出正确的方案。实例：现有浓硝酸、稀硫酸、稀硝酸、FeCl3稀溶液及pH试纸，而没有其它试剂。设计最简便的试验方法来检验CuO经氢气复原所得到的红色产物中是否含有Cu2O。

设计思路：Cu2O是碱性氧化物，能跟稀硫酸反响，生成的Cu+在酸性溶液中不稳定，可发生自身氧化复原反响生成Cu2+和Cu。Cu2+在水溶液中呈蓝色，而Cu不跟稀硫酸反响。因此可以设想，若CuO被H2复原的产物全部是Cu，将其放入稀H2SO4中，将无变化；若红色产物中含有Cu2O，将其放入稀H2SO4中，会生成Cu2+使溶液变成蓝色。

分析所给试剂是否可用，由于浓H2SO4、浓HNO3、稀HNO3以及FeCl3都有较强的氧化性，不管红色产物是否含有Cu2O，在上述物质中均会被氧化为Cu2+，无法检验是否存在Cu2O。而pH试纸也不起作用。所以最简便的检验方法是取少量该红色物质放入稀H2SO4中，振荡，若溶液变为蓝色，说明产物中有Cu2O，否则说明产物中无Cu2O。

3.2试验装置的创新性设计与评价

对教材中的试验装置进展合理的改良，通常都是试验设计创新的切入点。传统的氯气试验室制法，是用浓盐酸与MnO2在烧瓶中加热，加上洗气和尾气处理，试验装置较简单，操作麻烦，而且简单泄露尾气。

本着简便、节省、省时、环保等原则，将本试验装置改良设计如图：

试验试剂有:浓盐酸、饱和食盐水、氢氧化钠溶液、高锰酸钾固体。

反响的化学方程式为:

2KMnO4+16HC1(浓)=2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O

评价:本试验设计表达了创新特点:（1）用注射器代替分液漏斗（使用时再连接），更便于浓盐酸的添加；（2）用广口瓶代替烧瓶，无需铁架台，简化了装置，且更易清洗。（3）使用高锰酸钾固体，不需加热即可跟浓盐酸反响；（4）用排水（饱和食盐水）集气法收集气体，气体净化，并简单观看；（5）几个联通管的运用便于掌握添加浓盐酸、收集气体与汲取尾气，并使整个试验过程根本形成封闭系统，防止气体泄露，有利于环保。

3.3不同试验方法的比照与评价

一般来说，每一个化学试验都可以设计出不同的试验方法。采纳不同的试剂、不同的反响条件以及试验步骤挨次的转变，都可以得到不同的试验方案。这就需要根据试验设计的原则，仔细分析影响试验的各个因素，通过比拟和评价，最终确定最正确方案。

例1：对于银镜反响试验，人们以影响试验结果的关键因素为依据提出过多种方案，各方案的要点是：（1）用乙醛作复原剂，强调试管壁的光滑度至关重要。（2）以葡萄糖为复原剂，醛基的浓度影响反响速度，是成败关键。（3）滴加NaOH溶液，适当提高反响溶液的PH。（4）用0.2％氯化亚锡溶液处理试管。设计时开展争论，深入分析试验原理，并做参照试验加以验证，归纳得出，Ag(NH3)+2与复原剂的适当且匀称的反响速度是关键因素。对各种方案综合评价后，确定本试验的最正确方案是，在试管干净、银氨溶液正确配制的前提下，以10%葡萄糖溶液为复原剂，在Ag(NH3)+2溶液中参加1滴NaOH稀溶液使PH约为9，在水浴加热中完成反响。运用此方案试验，成镜质量好，胜利率根本上是100%。

例2：用铝、稀硫酸和氢氧化钠溶液为原料，制备肯定量的氢氧化铝。设计3种不同的试验方法（以化学方程式表示），并指出哪种方案最节省原料，从每生产2molAl(OH)3所消耗的试剂用量来说明。

这是一道试验设计与评价的训练题，要点有二：一是依据铝的性质描述试验原理设计，二是依据化学方程式的计算比拟评价。经争论归纳，设计与评价结果如下：

4完毕语

化学试验的设计与评价是化学试验学问和技能的综合应用，是化学试验教学的最高层次，是培育学生创新力量和综合应用力量的有效途径。要求学