高考中實驗設計題的解法論析

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。