实验设计题的解题思路和方法
在化学学科中，学生实验是培养学生动手能力和科学研究能力的重要手段。新《课程标准》除了有传统式的实验外，还安排了一些思考性、探索性实验，如设计实验方案、检验离子等，教学中，一些演示实验改成了边讲边实验，一些验证性实验改成了探索性实验，其目的是增加学生动手和实践的机会。再研究历年的高考题，你会发现十分重视对考生实验能力的考查。而考生在实验试题的答案往往不能令人满意，这里的原因可能有很多，但有一点是大家共识的，就是考生在学习化学时对化学实验的基本操作重视不够，动手时间的机会太少，而在实验操作中细心观察、认真思考就更显不足。因而在高考中暴露出实验能力差距较大。所以我们在学习中一定要重视实验，努力提高设计和完成实验的能力，要按实验考查的内容分块各个击破。下面介绍一下实验设计题的解题思路和方法：
一、了解设计思想，掌握设计规律和方法
1.思考问题的顺序
①围绕主要问题思考。例如：选择适当的实验路线、方法；所用药品、仪器简单易得；实验过程快速、安全；实验现象明显。
②思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等有关问题。例如：制取在空气中易水解的物质（如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等）及易受潮的物质时，往往在装置末端再接一个干燥装置，以防止空气中水蒸气进入。
③思考实验的种类及如何合理地组装仪器，并将实验与课本实验比较、联靠。例如涉及到气体的制取和处理，对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为：发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理。
示例1：草酸（H2C2O4）是一种无色固体，实验室常用加热方法使其分解来制取CO气体，反应的化学方程式为
，设法将生成的水蒸气和CO2除掉，即可得到纯净的CO气体。
（1）在加热草酸制取CO气体的发生装置中，可能用到的仪器有：①试管、②烧杯、③蒸发皿、④酒精灯、⑤铁架台（带铁夹）、⑥带导管的橡皮塞.请选择出发生装置中需要用到的仪器。___________（填序号）
（2）如图是除去草酸分解产物中水蒸气、CO2后得到纯净的CO，并用CO还原氧化铜的实验装置：
甲 乙 丁
①在装置甲中盛有的溶液最好是_____，在装置乙中盛有溶液是_____。
②在丙处观察到的现象是___________，在丁处观察到的现象是___________。
（3）CuO全部被还原后停止实验操作的步骤有：①停止通气体；②熄灭酒精灯；③拆下实验装置；④继续通入气体直到玻璃管（丙）冷却，其中正确的操作顺序是_____。
答案：（1）①④⑤⑥；（2）①氢氧化钠溶液；浓硫酸（或浓H2SO4）；②黑色粉末逐渐变成光亮的红色；澄清石灰水变浑浊；（3）②④①③。
2.仪器连接的顺序
①所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用。
②仪器是否齐全。例如制有毒气体及涉及有毒气体的实验应有尾气的吸收装置。
③安装顺序是否合理。例如：是否遵循“自下而上，从左到右”；气体净化装置中不应先经干燥，后又经过水溶液洗气。
④仪器间连接顺序是否正确。例如：洗气时“进气管长，出气管短”；干燥管除杂质时“大进小出”等。
示例2：城镇居民烧水做饭用的管道煤气的主要成分是CO，其中也含有一定量的H2和少量CO2与水蒸气。为了验证其中H2、CO2的存在和管道煤气的还原性，某同学设计了如所示的实验装置.已知B中所盛物质为浓H2SO4、E中所盛物质为过量的澄清石灰水，其他所需的药品请从下列试剂中选择：浓H2SO4、CuSO4粉末、NaOH溶液、澄清的石灰水（若需要，药品可重复选用）。
（1）写出A、D中盛放物质的名称或化学式：A___________、D___________。
（2）写出C、E中发生反应的化学方程式：___________。
（3）请提出对F处尾气的处理方法：
___________________。
（4）请分析若将A、B装置中药品对换后对实验造成的影响：___________________。
答案：（1）澄清石灰水；CuSO4粉末；
E：Ca（OH）2＋CO2═══CaCO3↓＋H2O；（3）烧掉或回收；（4）A、B中药品交换后，进入C装置中的气体不干燥，导致对管道煤气中是否含H2的检验得不到准确结论，同时由于水蒸气的存在，将对C中的反应产生不良影响。
3.实验操作的顺序
①连接仪器。按气体发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理顺序连接好实验仪器。
②检查气密性。在整套仪器连接完毕后，应先检查装置的气密性，然后装入药品。检查气密性的方法要依装置而定。
③装药品进行实验操作。
示例3：（1）在没有现成的CO2气体发生器的情况下，请你选用下图中的部分仪器，装配成一个简易的、能随开随用、随关随停的CO2气体发生装置。应选用的仪器是（填入仪器的编号）_________________________。
（2）若用上述装置制取CO2气体，而实验室只有稀硫酸、浓硝酸、水、块状纯碱、块状大理石，比较合理的方案应选用的药品是_________________________。
分析与解答：本题要求组装一个随开随用、随关随停的CO2发生装置。即利用启普发生器的原理来制备CO2气体。细心观察所给仪器，可用球形干燥管来代替启普发生器的球形漏斗，烧杯代替反应容器，应选用的仪器是a、c、d、e。
大理石与稀硫酸反应生成了微溶于水的CaSO4，阻碍了反应的进行，因而不能同时选用这两种药品。又因为块状Na2CO3晶体溶于水，不能用启普发生器来制备CO2。只能将浓硝酸加水稀释为稀硝酸，再与CaCO3反应制备CO2。应选用的药品是浓硝酸、水、块状大理石。
二、解题时，应全方位思考的问题
1.检查气体的纯度
点燃或加热通有可燃性气体（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等）的装置前，必须检查气体的纯度。例如用H2、CO等气体还原金属氧化物时，需要加热金属氧化物，在操作中，不能先加热，后通气，应当先通入气体，将装置内的空气排干净后，检查气体是否纯净（验纯），待气体纯净后，再点燃酒精灯加热金属氧化物。
2.加热操作先后顺序的选择
若气体发生需加热，应先用酒精灯加热发生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热。目的是：一则防止爆炸（如氢气还原氧化铜）；二则保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中其他物质反应。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO，再用CO还原Fe2O3，实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯，生成的CO赶走空气后，再点燃加热Fe2O3的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是：在还原性气体中冷却Fe可防止灼热的Fe再被空气中的O2氧化，并防止石灰水倒吸。
3.冷凝回流的问题
有的易挥发的液体反应物，为了避免反应物损耗和充分利用原料，要在发生装置设计冷凝回流装置。如在发生装置安装长玻璃管等。
4.冷却问题
有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失，需用冷凝管或用冷水或冰水冷凝气体（物质蒸气），使物质蒸气冷凝为液态便于收集。
5.防止倒吸问题（前已述）
6.具有特殊作用的实验改进装置
如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套住一只小试管等。
7.拆卸时的安全性和科学性
实验仪器的拆卸要注意安全和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑停止加热或停止通气的顺序，如对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；用氢还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后才停止通氢，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化，或形成可爆气；拆卸用排水法收集需加热制取气体的装置时，需先把导管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸；拆后的仪器要清洗、干燥、归位。
示例4：欲制无水氯化铝并保存备用。现有仪器如下图所示，并有食盐晶体、水、固体烧碱、铝粉、二氧化锰、浓硫酸等六种试剂。
设计的制取过程是：制氯气→加净化和干燥氯气→制氯化铝
请回答：
从上列仪器中选取必需的几种，连接成一个制无水氯化铝的连续装置，按前后顺序填写图的编号（不一定填满），并写出各仪器里放入的试剂的化学式。
答案：③（NaCl，MnO2，浓H2SO4）
⑦（NaCl，H2O）⑤（浓H2SO4）②（Al，NaOH，H2O）
参考文献：
《中学化学教学法》，西南师范学院化学系编
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