专题24 实验方案的设计与评价——备战2021年高考化学之突破教材实验热点

专题24 实验方案的设计与评价 一、实验方案设计 1．实验方案应包括的内容 （1）实验名称：该实验需要完成的题目。 （2）实验目的：实验需要达到的结果、得出何种结论等。 （3）实验原理：完成该实验的反应原理，如化学方程式、装置的选择和组装等。 （4）实验用品：包含实验药品和实验装置。 （5）实验步骤：包括实验仪器装配和操作。 （6）实验现象记录及结果处理：实验现象就是实验过程中能直观感受到的东西，如温度、颜色变化等。根据这些现象或相关数据分析其产生原理，得出处理结果。 （7）问题和讨论：包含实验设计中存在的问题、反应现象或原理解释、误差分析等。 2．实验方案设计的基本要求 （1）科学性：实验原理正确，实验流程合理。 （2）安全性：保护人身，保护环境，保护仪器。 （3）可行性：条件允许，效果明显，操作简单。 （4）简约性：步骤少、时间短、节约药品、效果好。 3．实验方案设计的基本思路 4．实验方案设计的步骤 （1）明确目的、原理 认真审题，明确实验目的，弄清题给信息，结合已学知识，通过类比、迁移、分析等明确实验原理。 （2）选择仪器、药品 根据实验目的和原理、反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态、能否腐蚀仪器、反应是否需要加热及温度是否可控制在一定的范围等，选择合理的仪器和药品。 （3）设计装置、步骤 根据实验目的和原理，以及所选用的仪器和药品，设计出合理的实验装置和完整而又简明的实验操作步骤。 （4）记录现象、数据 观察实验现象，全面而准确地记录实验过程中的现象和数据。 （5）分析得出结论 根据实验观察到的现象记录的数据，通过分析、计算、推理等方法，得出正确的结论。 5．实验方案创新设计的方法 （1）实验设计的创新往往要体现七个“一”，即一个实验的多种现象，一种实验现象的多种原因，一种装置的多种用途，一种用途的多种装置，一个仪器的多种用法，一种物质的多种制法，一组物质的多种鉴别方法。 （2）选择反应原理的原则：反应条件温和、转化率高、实验操作简便安全、产物便于分离与收集。 （3）实验原理的优化包括实验装置的优化和实验操作顺序的优化。实验装置的优化如增加安全瓶、防倒吸装置、尾气处理装置等；实验操作顺序的优化如先用惰性气体排出装置中的空气，再进行有关实验，最后再用惰性气体将装置中生成的气体排出等。 二、实验方案评价 1．实验评价的主要形式 从评价的主要针对点来看，实验综合题可分为装置评价型和原理评价型两类。 （1）实验装置的评价 对比各方案装置，从装置的合理性、操作的简便可行性等方面进行全面分析，选出最佳装置。 （2）实验原理的评价 紧扣实验目的，对各方案的原理综合考虑，从原理是否科学、原料是否节约、误差是否较小等方面进行全面分析，选出最佳方案。 2．实验方案评价的解题思路 一个实验方案的优劣主要从实验原理是否科学合理，操作与装置是否简单可行，以及绿色化学和安全性角度去评价。 （1）从“科学性”和“可行性”方面对实验方案作出评价 科学性和可行性是设计实验方案的两条重要原则，在对实验方案进行评价时要分析实验方案是否科学可行，是否遵循化学理论和实验方法要求，在实际操作时能否做到“可控”、“易行”。评价时可从以下4个方面分析：实验原理是否科学、可行；实验操作是否安全、合理；实验步骤是否简单、方便；实验效果是否明显。 （2）从“绿色化学”视角对实验方案作出评价 “绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成路线，降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。据此，对化学实验过程或方案可从以下4个方面进行综合评价：反应原料是否易得、安全、无毒；反应速率是否合适；原料利用率以及生成物的产率是否较高；实验过程中是否造成环境污染。 （3）从“安全性”方面对实验方案作出评价 化学实验从安全角度常考虑的因素主要有防倒吸、防爆炸、防吸水、防泄漏、防着火、防溅液、防破损等。 3．实验方案设计与评价要注意的问题 （1）实验装置的组合顺序一般为气体发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理。 （2）接口的连接顺序：总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出（或“深”入“浅”出）；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“粗”进“细”出。 （3）实验操作顺序 气体制备实验的一般顺序：装置选择与连接→气密性检验→装固体药品→加液体药品→开始实验→拆卸仪器→其他处理等。 （4）加热操作注意事项： 主体实验加热前一般应先通原料气赶走空气后再点燃酒精灯，其目的一是防止爆炸，如H2还原CuO，CO还原Fe2O3；二是保证产品纯度，如制备Mg3N2等。反应结束时，应先熄灭酒精灯，继续通原料气直到冷却为止。 （5）尾气处理：有毒气体常用溶液（或固体）吸收或点燃使其转化为无毒气体后直接排放。