逍遥学能 2014-02-21 08:42
高考不仅考查考生实验知识、技能的掌握情况，更注重考查考生的实验能力，考查考生是否能运用化学实验手段和方法来研究物质的组成、性质变化、实验方案设计等等。本文拟对性质实验方案设计所考查的内容作一粗浅赏析。
1、性质实验方案设计的一般原则
（1）科学性原则
它指设计的实验原理、操作方法、操作程序都必须与化学理论知识以及化学实验方法相一致。是实验方案设计的首要原则。
例如：验证氯酸钾（KClO3）中存在氯元素，不应采取将其溶于水再加AgNO3溶液的方法，因为KClO3中不存在Cl－。而应先让固体与MnO2混合，充分反应后，冷却。再将固体溶于水，取上面的清液滴入少量的AgNO3溶液，产生白色沉淀，再加入稀硝酸，振荡，沉淀不溶解，这样才能证明氯酸钾中存在氯元素。
（2）可行性原则
指设计实验方案时，所运用的实验原理在实施时切实可行，而且所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在现有条件下能够满足。
例如：鉴别NaCl和Na2SO4：选用AgNO3溶液就不行，因为尽管溶解性表明AgCl难溶而Ag2SO4微溶，但事实上我们难以将它们区分。
（3）简约性原则
是指实验设计尽可能采用简单的装置或方法，用较少的实验步骤及药品，在较短的时间内完成实验，且效果明显。
例如：除去铜表面的氧化铜杂质，初学者很容易想到用还原剂（H2、C或CO）还原的方法，此法需要加热甚至高温条件下才反应，因此对装置及操作的要求比较高，不宜采用.简便易行的方法是：用稀盐酸或稀硫酸在常温下清洗铜片。
（4）安全性原则
是指实验操作尽量防止带有危险性的操作，尽量避免与有毒物质接触，若无法避免应采取安全措施。
例如：鉴别稀溴水和稀碘水（均呈浅黄色），就不能采用加热蒸发，通过观察蒸气颜色的方法来区分，因为溴气、碘气均有毒，是危险的不安全的。应该采用加入有机溶剂（如CCl4）萃取的方法，则很快就可将两者区别开来。因此，构成环境污染、造成人身伤害的思路及操作是不安全的，在实验方案设计中也是不可取的。
综上所述：实验方案设计的优选标准：原理恰当、效果明显、装置简单、操作安全、节约药品、步骤简单、误差较小。更要符合“绿色化学”的要求。
2、性质实验方案设计的规律
（1）证明酸性：pH试纸或酸碱指示剂；与碳酸钠溶液反应；与锌等活泼金属反应。
（2）证明弱酸性：证明存在电离平衡；测定对应盐溶液酸碱性；测量稀释后pH变化。
（3）证明氧化性：与还原剂（如KI、、等）反应，产生明显的现象。
（4）证明还原性：与氧化剂（如、浓等）反应，产生明显的现象。
（5）比较金属的活动性：与水反应；与酸反应；置换反应；原电池；电解放电顺序；最高价氧化物的水化物的碱性强弱；对应盐的酸碱性强弱。
（6）比较非金属的活动性：置换反应；与氢气反应快慢；气态氢化物的稳定性、还原性；最高价氧化物的水化物的酸性强弱；对应盐的酸碱性强弱。
（7）比较酸（碱）的酸（碱）性强弱；较强的酸（碱）能制得较弱的酸（碱），此外还必须掌握常见的阳离子、阴离子的特征反应。
3、考点例析
（1）探究性质实验方案的设计
基本思路：①分析其物质结构特点或找出所属类型的典型代表物；②推测物质可能具有的一系列性质；③由此设计出合理的实验方案，去探究它所具有的性质。
例1：某班学生在野炊时用石灰石堆成简易灶台做饭，野炊后有同学从灶台内侧敲下几小块石片，带回实验室研究灼烧过程中是否有新物质生成，请你参与此项研究。
（1）根据你的知识和经验提出假设，反应中可能有________________生成，支持这个假设的依据是（用化学方程式表示）______________。
（2）请你设计实验验证假设：
（3）如果要研究某块石片中参加反应的碳酸钙的质量，请你设计一个简单的实验方案（写出简要步骤，不要具体计算）：
步骤一：_____________________；
步骤二：_____________________；
步骤三：_____________________；
步骤四：_____________________；
解析：石灰石（CaCO3）在高温时会分解生成生石灰（CaO），生石灰与水反应生成熟石灰[Ca（OH）2]，根据这个性质既可以检验生石灰的存在，又可以除去石灰石中的生石灰，从而测定石片中参加反应的碳酸钙的质量。
答案：（1）CaO；CaCO3 CaO+CO2↑
（2）
（3）步骤一：称量石片的质量；
步骤二：将石片放在大量水中浸泡或用水洗涤；
步骤三：将石片洗净、烘干、称量；
步骤四：计算（注：其它合理方法均可）
点评：这是一道探究性试题，扣紧实验的目的、明确实验原理是解题的关键。
（2）验证性质实验方案的设计
基本思路：①根据物质的组成、结构特征，结合已有知识及实验经验预测可能具有的性质；②设计具体实验方案来验证物质所具有的性质；③选择适宜的试剂、仪器、装置、反应条件实验方案；④最后得出结论。
例2：碱式碳酸镁有多种不同组成，请你设定一个测定碱式碳酸镁组成的实验方案。包括：（1）测定原理；（2）测定实验的装置图；（3）操作步骤。
可使用的仪器、试剂和用品如下：
仪器：天平（附砝码）、大试管（附带有短玻璃管的橡皮塞）、酒精灯、洗气瓶、球形干燥管（附带有短玻璃管的橡皮塞）、铁架台、铁夹、角匙。
试剂：碱式碳酸镁（粉末）、浓硫酸、石灰水、无水氯化钙、碱石灰。
其它：火柴、棉花、短橡皮管、弹簧夹。
注意：①上述仪器和试剂只需应用其中一部分；②仪器、试剂、用品的数量不限。
解析：可加热碱式碳酸镁，通过测定生成的MgO、CO2H2O的物质的量之比来确定碱式碳酸镁的组成.用浓硫酸来吸收水，根据浓硫酸增加的质量，求出水的物质的量；用碱石灰来吸收CO2，根据碱石灰增加的质量，求出CO2的物质的量。
答案：（1）测定原理 ：通过测定生成的MgO、CO2,H2O的物质的量之比来确定碱式碳酸镁的组成。
（2）测定实验的装置图：
（3）操作步骤：
①将装置按图连接好，检查装置的气密性；
②称取一定量（W1g）样品于大试管中；
③加热，至样品完全分解；
④实验结束后，称量洗气瓶和干燥管增加的质量（分别设为W2gW3g）；
⑤计算MgO、CO2H2O 的物质的量之比为：
n（MgO）：n（CO2）：n（H2O）=（W1－W2－W3）/40：W3/44：W2/18
由比值可确定碱式碳酸镁的组成.
点评：设计一般实验都要讲究实验的科学性、可行性、简约性、安全性等原则。