化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價知識梳理

王曉波

化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價是高考試題的熱點、難點和創(chuàng)新點，更是高三復(fù)習(xí)備考的側(cè)重點和成績拔尖的突破口。每一年的復(fù)習(xí)備考中全國各地的一線備考師生，無不在此駐足，精打細(xì)磨、反復(fù)推敲和錘煉相關(guān)知識，甚至刷題練習(xí)、凝練規(guī)律和做題模板。本文從以下幾點進(jìn)行歸納總結(jié)，供師生借鑒和參考。

1.實驗方案設(shè)計的注意問題

（1）藥品和儀器是部分給出還是多余。若藥品和儀器只部分給出，則應(yīng)做必要的補充，若多余，則應(yīng)進(jìn)行篩選和淘汰。

（2）條件有無特殊要求。如采用最簡單或最合理的實驗步驟等要求對考慮反應(yīng)原理、選擇藥品和裝置、確定操作步驟等都做了限定，應(yīng)高度重視。

（3）實驗過程中的隱蔽性操作。如某些必要的干燥、除雜、冷凝等，這些都是實驗中必不可少的，往往被忽略。

（4）藥品的描述。有些題目要求指出藥品的名稱，如有些藥品的準(zhǔn)確描述為硫酸銅粉末、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和碳酸氫鈉溶液等，其中的“粉末”“澄清”“酸性”“濃”“飽和”等詞不可省略。此外也應(yīng)注意某些儀器的規(guī)格。

（5）其他注意事項。①冷凝回流的問題;②冷卻問題;③防止倒吸問題;④具有特殊作用的實驗改進(jìn)裝置。如為使分液漏斗中的液體能順利流出，用橡皮管連接成連通裝置;為防止氣體從長頸漏斗中逸出，可在發(fā)生裝置中的漏斗末端套一支小試管等。

2.實驗設(shè)計題答題策略

（1）細(xì)審題：明確實驗?zāi)康暮驮怼嶒炘硎墙獯饘嶒烆}的核心，是實驗設(shè)計的依據(jù)和起點。實驗原理可從題干給定的化學(xué)情境（或題目所給的實驗?zāi)康模┎⒔Y(jié)合元素及其化合物等有關(guān)知識獲取。在此基礎(chǔ)上，遵循可靠性、簡潔性、安全性的原則，確定符合實驗?zāi)康摹⒁蟮姆桨浮?/p>

（2）想過程：弄清實驗操作的先后順序。根據(jù)實驗原理所確定的實驗方案，確定實驗操作的步驟，把握各步實驗操作的要點，弄清實驗操作的先后順序。

（3）看準(zhǔn)圖：分析各項實驗裝置的作用。有許多綜合實驗題圖文結(jié)合，思考容量大。在分析解答過程中，要認(rèn)真細(xì)致地分析圖中所示的各項裝置，并結(jié)合實驗?zāi)康暮驮恚_定它們在該實驗中的作用。

（4）細(xì)分析：得出正確的實驗結(jié)論。實驗現(xiàn)象（或數(shù)據(jù)）是化學(xué)原理的外在表現(xiàn)。在分析實驗現(xiàn)象（或數(shù)據(jù)）的過程中，要善于找出影響實驗成敗的關(guān)鍵以及產(chǎn)生誤差的原因，或從有關(guān)數(shù)據(jù)中歸納出定量公式，繪制變化曲線等。

3.化學(xué)實驗評價的五大視角

（1）可行性視角。

只有合理且切實可行的實驗方案才有意義。可行性是方案的第一要素，評價方案時應(yīng)注意從實驗原理和操作兩個方面分析：

①理論上要科學(xué)合理;

②操作上要簡單可行。

（2）經(jīng)濟(jì)效益視角。

評價一種實驗方案，不僅要從科學(xué)性上判斷是否可行，還要從經(jīng)濟(jì)效益上考慮是否切合實際。

（3）綠色化視角。

①分析實驗藥品是否有毒，是否會造成環(huán)境污染;

②儀器藥品是否價格低廉、易得;

③反應(yīng)是否充分，原子經(jīng)濟(jì)性是否較強(qiáng)。

（4）安全性視角。

①避免炸裂：受熱不均勻、液體倒吸、氣流不暢、易燃?xì)怏w中混有助燃?xì)怏w等。

②防污染：有毒尾氣未經(jīng)處理、剩余藥品隨意丟棄，實驗產(chǎn)生的廢液肆意傾倒等。

③防失火：點燃或熄滅酒精燈的方法不正確，易燃試劑與明火接觸等。

④防吸水：極易水解、吸水性強(qiáng)（潮解）的物質(zhì)未密封保存或與潮濕空氣接觸，大量吸水導(dǎo)致液體溢出或反應(yīng)變質(zhì)等。

（5）規(guī)范性視角。

①儀器的安裝與拆卸;

②試劑添加的順序與用量;

③加熱的方式方法和時機(jī);

④儀器的查漏，氣密性檢驗;

⑤溫度計的規(guī)范使用，水銀球的位置;

⑥實驗數(shù)據(jù)的讀取;

⑦冷卻、冷凝的方法等。

4.實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與整理的一般方法

（1）數(shù)據(jù)的表格化。

①根據(jù)實驗原理確定應(yīng)記錄的項目：所測的物理量。

②注意數(shù)據(jù)的有效數(shù)字、單位及必要的注解。

③設(shè)計好的表格要便于數(shù)據(jù)的查找、比較，便于數(shù)據(jù)的計算和進(jìn)一步處理，便于反映數(shù)據(jù)間的關(guān)系。

（2）數(shù)據(jù)的圖像化。

圖像化是用直線圖或曲線圖對化學(xué)實驗結(jié)果進(jìn)行處理的一種簡明化形式，適用于一個量的變化引起另一個量的變化的情況。圖像化的最大特點是直觀、明了。

5.實驗數(shù)據(jù)篩選與處理策略

對實驗數(shù)據(jù)篩選的一般方法和思路為“五看”：一看數(shù)據(jù)是否符合測量儀器的精確度，如用托盤天平測得的質(zhì)量的精確度為0.1g，若精確度值超過了這個范圍，說明所得數(shù)據(jù)無效;二看數(shù)據(jù)是否在誤差允許范圍內(nèi)，若所得的數(shù)據(jù)明顯超出誤差允許范圍，要舍去;三看反應(yīng)是否完全，是否少量或者過量的反應(yīng)物作用下所得的數(shù)據(jù)，只有完全反應(yīng)時所得的數(shù)據(jù)才能應(yīng)用;四看所得數(shù)據(jù)的測量環(huán)境是否一致，特別是氣體體積，只有在溫度、壓強(qiáng)一致的情況下才能進(jìn)行比較、運算;五看數(shù)據(jù)測量過程是否規(guī)范、合理，錯誤和違反測量規(guī)則的數(shù)據(jù)要舍去。

6.實驗數(shù)據(jù)綜合分析策略

解決這類試題的關(guān)鍵是如何用好、選好數(shù)據(jù)。一般方法是比較數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)變物質(zhì)，分析利弊，確定實驗數(shù)據(jù)處理方案。

例題 Na₂O₂是常用的強(qiáng)氧化劑，CO和H₂是常用的還原劑。某學(xué)習(xí)小組以“探究過氧化鈉能否氧化CO、H₂”為目標(biāo)開展下列研究：

【提出假設(shè)】假設(shè)1：過氧化鈉只氧化CO。

假設(shè)2：過氧化鈉只氧化H₂。

假設(shè)3：____。

【查閱資料】赤熱的焦炭能與水蒸氣反應(yīng)生成CO和H²，同時CO與水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成少量的CO₂。

【設(shè)計實驗】學(xué)習(xí)小組的同學(xué)根據(jù)實驗?zāi)繕?biāo)設(shè)計如圖1所示實驗（假設(shè)裝置中藥品都充足）。

主要實驗步驟：

①連接裝置并檢查裝置氣密性;

②點燃A處酒精燈，緩慢通入水蒸氣，待裝置內(nèi)空氣排盡后，點燃C處酒精燈;

③淺黃色的過氧化鈉熔融完全變白色時，熄滅C處酒精燈;

④繼續(xù)通入水蒸氣至C處玻璃管冷卻，停止通水蒸氣并熄滅A處酒精燈。

實驗過程中，無水硫酸銅沒有變藍(lán)色，澄清石灰水沒有變渾濁。

【問題探究】（1）上述方案有不足之處，請你提出修改建議：____。B裝置的作用是____。

（2）確認(rèn)步驟②“裝置內(nèi)空氣排盡”的操作是____。