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 一、化学实验设计的基本要求与原则

化学实验设计是在实施化学实验之前，根据化学实验的目的和要求，综合运用相关的化学知识和技能，渗透有关的物理原理，对实验的药品、仪器、装置、程序、方法、条件控制、安全等所进行的一种科学完整规划。完整的实验设计方案包括：实验原理、装置（仪器）、药品、步骤、实验现象的观察、数据的记录及处理等。

化学实验设计的一般类型有：

①制备实验的设计；②性质型实验设计；③验证型实验设计；④计算型实验设计；⑤综合试验设计。

化学实验设计的一般原则：

① 科学性：实验原理、实验方法和操作程序必须科学。

② 安全性：实验操作要尽量防止带有危险性的操作，尽量避免与有毒物质接触，若无法避免则应采取安全措施。

③ 环保性：有毒物质必须处理，以防污染环境。

④ 简约性：实验设计应尽量简单易行，应采用简单的实验装置，用较少的实验步骤。能在较短的时间内完成实验，且效果明显。

⑤ 可行性：设计的试验方案要切实可行，所选用的药品、仪器、设备和方法在现有条件下能进行实验。

⑥ 经济性：综合考虑原料的用量及价格，尽量选用价廉物美且能满足实验的要求的物品。 

二、化学实验设计考题形式

（1）根据实验现象,观察记录分析或处理数据并得出正确结论

在高考化学实验试题中，实验现象的考察可以是直接考实验现象，也可由想象得出正确结论，,还可将有关实验现象与试验方法、正确的结论等联系起来，实验结果的分析，通常是分析实验关系、细节和误差等.。实验结果的处理，可以直接直接报道数据，也可能是找出相关关系得出公式，或绘制一定的变化曲线等。

（2）根据实验要求，设计基本试验方案

在高考化学实验试题中，设计简单的试验方案的试题较多。其中有某个实验操作顺序的设计；也有设计确定某混合气体中成分的实验；也有设计某物质纯度的测定实验；有定性试验设计；也有定量实验的设计……从题型上看，有简答题、填充题，也有两者兼有的混合题。这些简单实验的试题，大都思考性、综合性较强，考生必须细心，冷静地审题，联系所学过的实验知识和技巧，进行知识迁移、联想、重组、全面而细致的思考，才能设计出正确的方案或回答试题中的问题。

（3）识别和绘制典型的实验仪器装置图

识别典型试验装置，绘制其简图，也是考题中常出现的内容。主要有图示实验，由图示来说明某具体实验；对一些基本实验操作或实验装置图判断正误，或将错误部分改正；多所给的单个仪器、导管或几个小装置的识别，然后加以组装，连接成大装置图。绘图题目前还不多，主要是绘制很典型的实验装置图，或是在题中所给的位置补绘一些仪器简图。所有这些试题都要求学生熟悉常见仪器和典型试验的装置图，并掌握一定的绘制简图的方法。

（4）综合试验设计题在高考试题中.都设置了一道大的化学实验题，这些试题的特点是把一些分散的实验综合起来，形成一个整体的实验题；或者是某些与基本操作，技能或典型试验有关而又易被忽视的重要细节的试题，主要以教材内容为主进行不同的分解与综合。

三、实验设计的基本内容

（1）试样名称   要求具体实验要做什么。

（2）试验目的  要知道实验的具体目的是什么。

（3）实验原理 明确实验可能发生的变化及反应。是主要反应个数减少，消耗的原料少，原料利用率高，且反应要有利于目标物方向进行。

（4）实验装置的设计   根据发生的反应，选择适当的仪器组成实验装置。

（1）仪器的连接

a. 一般连接顺序为：气体发生装置→除杂→干燥→收集→主体实验→尾气处理

b. 验证性实验：确定混合气体中含有A、B两种组份，先被检验的不能影响另一种气体的检验，其一般顺序为：……→除掉H₂O或别的气体→某反应装置（生成H₂O或别的气体）→吸收H₂O或别的气体→防止空气中的H₂O或CO₂进入吸收装置→尾气处理。

在制备易水解的物质（吸水性强的物质）的实验中，一般也要防止空气中的H₂O进入装置，如制备FeCl₃ 、Mg₃N₂、AlCl₃、SnCl₄ 等。

c. 在连接过程中要注意：考虑干燥与除杂的顺序时，若要采用溶液除杂，则先要净化后干燥；若采用加热除杂，则干燥在前；若用固体吸收剂常温除杂，则据题意而定。尾气处理时，有毒有害气体（CO、NO、NO₂ 、H₂S 、SO₂ 、HCl 等）厂采用溶液或固体吸收或将通过燃烧除去，无毒气体直接排空。若制备的物质极易水解或吸水性强的物质，则徐在尾部加装干燥管，以防空气中的H₂O蒸汽进入造成水解。在接口的连接时，总体上应遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长进短出”（或“深入浅出”）；量气装置应“短进长出”；洗气装置应“长进短出”；干燥管应“大进小出”。

（2）实验设计中应思考的问题：一般思路为：原理→反应物→仪器装置→现象→结论→作用意义→联想。整体分析应从如下几方面进行：①实验是什么性质和原理（一般由化学方程式去分析）？②试验目的是什么？③所用反应物的名称状态及代替物（据实验目的和相关的化学反应原理，进行全面分析比较和推理，并合理选择）。④有关装置的性能、使用方法、范围、注意的问题、是否有替代装置可使用并考虑仪器的规格是否适用于该实验。⑤有关操作的相关技能、操作的顺序、注意事项或操作错误的后果等进行思考。⑥对于实验现象要自上而下。从左到右全面观察。⑦对于实验结论要根据实验现象进行合理的推导并得出。

（3）实验设计的基本步骤及一些典型装置：

① 实验步骤设计的思维方法

a. 挖掘题示信息：在题目给出的前几步操作中，一般暗含着解答本题的信息，考生做题时要认真仔细地品味其中的关键字词，由图示的要仔细审视题目中的图示信息，找出试验操作线索。

b. 划分操作步骤：考生要明确以后如何操作，关键是如何分割操作步骤，划分操作的原则一般有：I. 在不同仪器中完成一项任务时要划分为一步操作；Ⅱ. 一起连续操作转换时，即当需在不同仪器进行连续操作时，一般把它们分成不同的步骤；Ⅲ. 当操作之间存在时间间隔时，一般要分作不同的步骤。

c. 精选语言文字

 细化操作步骤，精心选择最准确洗练的语言组织答案，切忌繁琐，抓不住要点。

②实验装置气密性的检查

 无论采取哪一种装置制取气体，成套装置组装完毕，装入反应物之前，必须检查装置的气密性，以确保实验的顺利进行。

检查方法

a.如图1所示的图（1）图：把导管一端浸入水中，用双手捂住烧瓶或试管，借手的热量使容器内的空气膨胀，容器内的空气则从导管口形成气泡，把手拿开，过一会儿，水沿导管上升，形成一小段水柱，说明转指标不漏气。

                   图（1）                                    图（2）                         图（3）

b. 启普发生器和分液漏斗气密性检查的方法如图（2）、图（3）。将导管上的活塞关闭，球形漏斗中注入一定量的水，使液面达到球形漏斗的球形底部。停止加水后，水面能停留在某一位置不再下降，此时球型漏斗中的水面高度与容器下半部球体中的水面高度保持比较大的液面差，说明不漏气；若球形漏斗内的水面继续下降，直至液面差消失，说明装置漏气。

c. 成套装置的气密性检查方法；密封其它出口，只留一个出口（导管口），将导管一端浸入水中，用酒精灯微热装置中容积最大的容器，观察气泡及移开酒精灯后上升的液柱。如有分液漏斗在装置中，也可通过加水法来检查之。

（4）实验设计中的安全装置

a. 放倒吸装置：如图（4）～图（12）

在水中溶解性很大的气体：特别要注意防倒吸（如NH₃ 、HCl等）。

图（4）       图（5）        图（6）        图（7）          图（8）       图（9）      图（10）         图（11）       图（12）

b. 防污染装置

燃烧法或袋装法：如图（13）～图（14）。

图（13）	图（14）

（5）气体的测量装置：如图（15）～图（18）。

                    图（15）                               图（16）                             图（17）                           图（18）

（6）干燥除杂装置：如图（19）～图（22）

图（19）                        图（20）                 图（21）                                              图（22）

（7）对于有机实验设计问题 

综合有机实验设计多建立在单个典型试验的基础之上，要采用“抓典型、勤归纳、促应用”，对常见的重要有机物的制备实验要非常的熟悉：一固（制酚醛树脂）、四液（制溴苯、硝基苯、溴乙烷、乙酸乙酯）、三气（制甲烷、乙烯、乙炔），对于这些实验要从反应原理、制备装置、操作要领、反应条件和注意事项等方面去比较分析。

水浴加热的实验有：①银镜反应 ②制硝基苯 ③制酚醛树脂 ④乙酸乙酯水解 ⑤糖水解。温度计水银球位置：①制乙烯 ②制硝基苯 ③石油蒸馏。导管冷凝回流：①制溴苯 ②制硝基苯 ③制酚醛树脂 。

冷凝不回流：①制乙酸乙酯 ②石油蒸馏（冷凝管） 。

防倒吸：①制溴苯 ②制乙酸乙酯。

同时要对重要有机物的物理化学性质也要非常熟悉： 

①常温下呈气态：常温下碳原子数小于4的烃类、CH₃Cl、新戊烷、HClO ； 

②微溶于水：苯酚、苯甲酸、C₂H₅-O-C₂H₅ 、CH₃COOC₂H₅； 

③与水分层比水轻：苯、甲苯、C₂H₅-O-C₂H₅ 、CH₃COOCH₃； 

④与水分层比水重：溴苯、硝基苯、液态苯酚、溴乙烷； 

⑤有香气味：苯、甲苯、CH₃COOC₂H₅ 、CH₃CH₂OH； 

⑥能使溴水褪色的有机物：①萃取褪色：苯、CCl₄、直馏汽油；反应褪色：含不饱和键的有机物（烯烃、炔烃、醛类）、酚类； 

⑦能使酸性KMnO₄ 溶液褪色的有机物：含不饱和键的有机物（烯烃、炔烃、醛类）、芳香烃、酚类、醇类及其他具有还原新的物质； 

⑧能与新制Cu(OH)₂溶液和银氨溶液反应的有机物：含有醛基的物质； 

⑨能与NaOH溶液反应的有机物：羧酸、酚类、酯（脂）类； 

⑩能与FeCl₃溶液显紫色的有机物：酚类；能与HNO₃溶液显黄色的有机物：蛋白质。

四、实验设计中应注意的问题

（1）药品和装置是部分或刚好给出还是有剩余。若药品和装置只部分给出，这需要作必要的补充，若有剩余，则进行合理的筛选和淘汰。

（2）题目条件有无具体要求。如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对考生考虑反应原理，药品和装置的选择，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。

（3）实验装置中的隐蔽性操作。如对某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽视。

（4）药品的规格。有些题目要求指出药品的名称，这类题目考生往往最难准确回答，如有些药品的准确描述为：硫酸铜粉末；澄清石灰水；酸性高锰酸钾溶液；饱和碳酸氢钠溶液；氢氧化钠溶液等。此外也要注意实验现象的准确描述，应该是感觉得到的（看到、闻到、触到）才是实验现象。还要注意某些仪器的规格。

（5）会画简单的实验装置图。

（6）净化吸收气体及熄灭酒精灯是要防倒吸。

（7）进行某些易燃易爆实验时要防爆炸（如H₂，CO还原CuO应先通H₂，气体点燃先验纯等）。

（8）防氧化（如H₂、CO还原CuO后要“先灭灯后停氢”、白磷切割应在水中进行等）。

 （9）防吸水（如实验、取用、制取易吸水、潮解、水解的物质应采取必要的措施，以保证达到实验目的）。

 （10）冷凝回流。有些反应中，为减少易挥发液体反应物的损耗和充分利用原料，需要在反应装置上加装冷凝回流装置（如长玻璃管，竖装的干燥管及冷凝管等）。

（11）易挥发的液体产物（导出时可为蒸气的要及时冷却）。

 （12）仪器拆卸的科学性和安全性（也要从防污染、防氧化、防倒吸、防爆炸、防泄漏等角度去考虑）。

 （13）其他（如实验操作顺序、试剂加入顺序、实验方法的使用顺序等）