實驗設計的基本原則 高考中實驗設計題的解法論析

發布時間:2019-10-21 01:11:32 來源: 合同范本 點擊:

  摘要:化學實驗的設計方案要切實可行,所選儀器、藥品、方法和設備要盡可能得到滿足;實驗設計盡量簡單易行,實驗裝置不宜復雜,能在較短的時間內,用較少的步驟完成實驗,并且要有顯著的效果。
  關鍵詞:科學性;安全性;環保法;可行性;簡約性;經濟性
  中圖分類號:G633.8 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)23-0242-02
  實驗設計題屬于一種能力考查題,它涉及的知識面廣,滲透力強,考題靈活多變。通過此類題目既可以考查化學的基本原理,也能考查元素及其化合物相關知識,還能考查基本實驗技能和原理。此類試題源于教材又高于教材,讓人耳目一新,它能廣泛地考查考生運用化學實驗的方法解決實際問題的能力,成為歷年來高考化學(包括理科綜合)中的熱點和難點之一。其基本題型主要有:
  一、實驗設計
  二、實驗設計方案的優劣評價
  三、根據要求,設計實驗裝置、操作時的注意事項,回答實驗現象,進行實驗數據處理和誤差分析等
  考生常對這類題目無從下手,導致得分率很低。那么這類題目如何解答呢?下面我說幾點看法:
  (一)思維的一般順序
  1.要認真審題,明確實驗目的。通過仔細審題,明確題目要求,讀出題目所給信息,利用所學知識,通過分析、類比、遷移,明確實驗的原理。
  2.藥品及儀器的選擇。根據第一部分分析得到的實驗目的原理,以及反應所需的條件,涉及到物質的性質,如反應是否需要加熱,是否對儀器有腐蝕作用等,從而選擇正確的藥品、儀器。
  3.設計實驗裝置,完善操作步驟。在上述基礎上,選擇合適的實驗裝置并設計出合理的操作步驟。且實驗步驟要完整實用。做好這些,要求學生具備識別典型實驗儀器及典型實驗裝置圖的能力。
  4.記錄數據,描述現象。正確分析實驗應出現的現象,準確地記錄數據。
  5.綜合分析,得出實驗結論。把觀察到的現象和記錄到的數據,進行計算、分析、推理,從而得出結論。
  (二)遵循的一般原則
  1.安全性原則。要盡量避免與有毒物質接觸,盡量避免進行危險性操作,如果無法避免,則應采取相應的安全措施。
  2.科學性原則。實驗的原理、方法及操作程序應該符合科學原理。
  3.可行性原則。實驗設計方案不止是理論上可行,選用的儀器、藥品、裝置及操作步驟在現有條件下要能得到實現。
  4.簡約性原則。在設計切實可行的前提下,應選擇步驟較少、容易操作、所需時間較短而且效果明顯的設計。
  5.經濟性原則。要考慮原料的來源是否易得、價格是否合理。
  6.環保性原則。有毒、有害物質必須進行處理,防止對環境造成污染。
  【例】碳酸鈉的工業制備過程,是用氨氣、二氧化碳和飽和食鹽水反應,得到碳酸氫鈉結晶,其反應原理如下:NH3+CO2+H2O==NH4HCO3
  NH4HCO3+NaCl(飽和)==NaHCO3↓+NH4Cl
  要求:設計一個實驗,來模擬實現這一過程。所需實驗用品可從以下用品中選擇:蒸餾水和冰、6mol.L-1鹽酸、氯化銨、氫氧化鈉、6mol.L-1硫酸、消石灰、食鹽、石灰石、濃氨水。(1)請畫出該實驗的實驗裝置示意圖,且在圖中玻璃容器旁從左到右分別用A、B、C……標明。(2)寫出圖中A、B、C、D……各玻璃容器中所放物質的名稱或化學式。A:?搖?搖 ?搖?搖;B:?搖?搖?搖 ?搖?搖;C:?搖?搖 ?搖?搖;D:?搖?搖?搖 ?搖?搖。(3)選擇利用本題提供的用品,判斷所得產品是碳酸氫鈉結晶,而不是氯化鈉或碳酸氫銨結晶?搖?搖 ?搖?搖。
  解析:解答此題關鍵是正確理解氨氣在反應中的作用。從題中所給條件得出的信息是:
  1.反應原理:(1)NH3+CO2+H2O==NH4HCO3
  (2)NH4HCO3+NaCl(飽和)==NaHCO3↓+NH4Cl
  2.因為最終反應結果是放熱反應。把上述兩式合并,得到總反應方程式如下:
  NH3+CO2+H2O+NaCl(飽和)==NaHCO3↓+NH4Cl+Q(熱量)
  由此可知:一是如果向食鹽的飽和溶液中同時通入二氧化碳和氨氣,可以獲得NaHCO3結晶;二是溫度降低,平衡將向右移動。若這樣設計,則至少需要二氧化碳和氨氣兩個氣體發生裝置。
  依據實驗設計的簡約性原則,分析提供的實驗用品,我們會發現可用濃氨水代替氨氣,即只需要向濃氨水的食鹽飽和溶液中通入二氧化碳即能達到要求。再考慮制取的CO2中含有HCl需要除雜,尾氣中含有NH3(濃氨水揮發)需吸收(用H2SO4溶液),這樣就可以畫出裝置簡圖如下:
  綜上所述,對于化學實驗設計題,不管是物質的制備實驗設計,還是物質的性質實驗設計,還有物質的檢驗實驗設計及綜合實驗設計。只要按照上述思維順序和原則進行思維和分析,就能順利解答出題目。當然以上只是解答綜合實驗設計題的一般思考方法,在答題過程中,還應根據實驗設計題的具體情況和要求,具體區別分析,從而做出正確的回答。

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