化学实验方案设计典例分析

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化学实验方案设计典例分析

化学实验方案的设计，包括物质检验实验方案的设计、物质制备实验方案的设计、物质性质实验方案的设计、物质结构实验方案的设计。

 

一、物质检验实验方案的设计

1．离子检验的设计方案

进行溶液中未知离子的检验时，要注意以下几点：

（1）首先是外表观察，着重注意其溶液颜色。

（2）对水溶液的pH的测定，可帮助我们初步判断试样中某些离子的存在。

（3）离子的检验一般是通过溶液中发生化学反应来实现。用来鉴定离子的化学反应不仅要速率大，灵敏度高，并且要有明显的反应现象。

（4）根据检验过程中所观察到的现象确定试样中存在哪些离子，必须把可能存在的离子全部包含，根据每步检验的现象，肯定或否定某种离子的存在，逐步缩小范围，最终得出正确结论。

现在我们介绍一种离子检验的另一种设计形式——树状设计方案。

 

例1．某澄清、透明的浅黄色溶液中，可能含有下列离子：K⁺、NH₄⁺、Fe³⁺、Ba²⁺、Al³⁺、SO₄^2-、HCO₃^-、Cl^-。试设计实验，检验溶液中存在或可能存在的离子。

 

分析：溶液中未知离子检验，并不是想到那里就做到那里，应根据离子的性质，进行全盘考虑，先做什么，后做什么，条理要分明，逻辑性要强。为了便于理解本实验设计，下列实验设计每个操作步骤中都留有填空，请在每个横线上填上一种离子符号。“检验完毕”是指所有未知物已全部检出，本实验到此结束。

 

方案：

（1）首先通过对溶液颜色的观察确定：有        离子，从而确定无        离子。

（2）试样 确定有或无        离子。

 

（3）

 

     

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（4）

 

     

 

 

 

 

（5）若上述（4）中无白色沉淀产生，还需要进行如下操作：

 

 

 

 

     

 

 

 

答案：

（1）Fe³⁺   HCO₃^-

（2）K⁺

（3）Al³⁺   Al³⁺  NH₄⁺

（4）Ba²⁺  SO₄^2-  Cl^-  Ba²⁺

（5）SO₄^2-  Cl^-   SO₄^2-   Cl^-   SO₄^2-   Cl^-

 

评价：树状设计方案可减少操作步骤。本实验设计，最少取样3次，最多取样4次便可结束实验。树状设计方案能简单明确地揭示未知离子检验的一般方法和步骤。更能清楚准确反映实验设计的意图。树状设计方案能避免条理化实验步骤中交叉实验的不足，提供简单快捷实验方法和步骤。

 

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2．单质、化合物检验的设计方案  

通过实验探究进行化学物质的推断，主要是根据物质所具有的性质来确定。然而，通过

质量的变化来确定是何种物质，也是一种切实可行的定量分析方法。

 

例2．某同学对课本实验结论：“葡萄糖与新制氢氧化铜共热生成红色的Cu₂O沉淀”提出质疑，认为红色沉淀不一定就是氧化亚铜。为了确定红色沉淀的成分，开展了研究。

第一步 提出猜想：红色物质可能是Cu或Cu₂O

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