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+、SO42-、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)
(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+ SO42- Cl- Ba2+
(5)SO42- Cl- SO42- Cl- SO42- 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。
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。