化學實驗方案的設計，包括物質檢驗實驗方案的設計、物質制備實驗方案的設計、物質性質實驗方案的設計、物質結構實驗方案的設計。
一、物質檢驗實驗方案的設計
1．離子檢驗的設計方案
進行溶液中未知離子的檢驗時，要注意以下幾點：
（1）首先是外表觀察，著重注意其溶液顏色。
（2）對水溶液的pH的測定，可幫助我們初步判斷試樣中某些離子的存在。
（3）離子的檢驗一般是通過溶液中發生化學反應來實現。用來鑒定離子的化學反應不僅要速率大，靈敏度高，并且要有明顯的反應現象。
（4）根據檢驗過程中所觀察到的現象確定試樣中存在哪些離子，必須把可能存在的離子全部包含，根據每步檢驗的現象，肯定或否定某種離子的存在，逐步縮小范圍，最終得出正確結論。
現在我們介紹一種離子檢驗的另一種設計形式——樹狀設計方案。
例1．某澄清、透明的淺黃色溶液中，可能含有下列離子：K+、NH4+、Fe3+、Ba2+、Al3+、SO42-、HCO3-、Cl-。試設計實驗，檢驗溶液中存在或可能存在的離子。
分析：溶液中未知離子檢驗，并不是想到那里就做到那里，應根據離子的性質，進行全盤考慮，先做什么，后做什么，條理要分明，邏輯性要強。為了便于理解本實驗設計，下列實驗設計每個操作步驟中都留有填空，請在每個橫線上填上一種離子符號�！皺z驗完畢”是指所有未知物已全部檢出，本實驗到此結束。
方案：
（1）首先通過對溶液顏色的觀察確定：有 離子，從而確定無 離子。
（2）試樣 確定有或無 離子。
（3）
（4）
（5）若上述（4）中無白色沉淀產生，還需要進行如下操作：
答案：
（1）Fe3+ HCO3-
（2）K+
（3）Al3+ Al3+ NH4+
（4）Ba2+ SO42- Cl- Ba2+
（5）SO42- Cl- SO42- Cl- SO42- Cl-
評價：樹狀設計方案可減少操作步驟。本實驗設計，最少取樣3次，最多取樣4次便可結束實驗。樹狀設計方案能簡單明確地揭示未知離子檢驗的一般方法和步驟。更能清楚準確反映實驗設計的意圖。樹狀設計方案能避免條理化實驗步驟中交叉實驗的不足，提供簡單快捷實驗方法和步驟。
2．單質、化合物檢驗的設計方案
通過實驗探究進行化學物質的推斷，主要是根據物質所具有的性質來確定。然而，通過
質量的變化來確定是何種物質，也是一種切實可行的定量分析方法。
例2．某同學對課本實驗結論：“葡萄糖與新制氫氧化銅共熱生成紅色的Cu2O沉淀”提出質疑，認為紅色沉淀不一定就是氧化亞銅。為了確定紅色沉淀的成分，開展了研究。
第一步 提出猜想：紅色物質可能是Cu或Cu2O
第二步 查閱資料：①Cu2O屬于堿性氧化物； ②Cu+在酸性條件下能發生自身氧化還原反
應，產生Cu 和Cu2＋；③在空氣中灼燒Cu2O能生成CuO。
第三步 制備紅色沉淀：①制備氫氧化銅懸濁液②氫氧化銅懸濁液與葡萄糖共熱。③過濾、洗滌、低溫烘干得紅色粉末。
第四步 紅色沉淀探究：該同學設計了三種方案如下。
方案Ⅰ：取該紅色粉末溶于足量稀硝酸中，觀察溶液顏色變化。
方案Ⅱ：取該紅色粉末溶于足量稀硫酸中，觀察是否有殘渣。
方案Ⅲ：稱得干燥坩堝a g ，取紅色粉末置于坩堝中再稱得質量為b g，在空氣中充分灼
燒至完全變黑，并在干燥器中冷卻，再稱量，反復多次直到質量不變，稱得最后質量為c
g，比較a、b、c的關系。
試回答下列問題：
（1）請你評價方案Ⅰ和方案Ⅱ。如果你認為該方案合理，請簡述其原理，如果你認為該方案不合理，請簡述原因。 。
（2）方案Ⅲ中，如果a、b、c的關系符合c= 可確認紅色粉末是Cu2O。
分析：資料中提供的信息，Cu2O+2H＋===Cu +Cu2＋+H2O 2Cu2O+O24CuO。方案Ⅰ：
稀硝酸有氧化性，Cu與硝酸反應的產物是硝酸銅，溶液呈藍色；Cu2O在稀硝酸中，首先
發生反應Cu2O+2H＋===Cu +Cu2＋+H2O ，產物中的銅還要被硝酸溶解，最終產物也是硝酸銅，
溶液也呈藍色；無法確定紅色固體是Cu還是Cu2O。方案Ⅱ：Cu與稀硫酸不反應，Cu2O與
稀硫酸反應Cu2O+2H＋===Cu +Cu2＋+H2O，但產物中仍有固體銅，都有殘渣，也無法確定紅
色固體是Cu還是Cu2O。
方案Ⅲ：若紅色固體為銅，則有
c= g 也就是說，當c= g 可確認紅
色粉末是Cu。
若紅色固體為氧化亞銅，則有
c= （10b－a）g 這就是說，當c= （10b－a）g
可確認紅色粉末是Cu2O。
答案：（1）方案Ⅰ不合理，銅和氧化亞銅都能和硝酸生成Cu2+；方案Ⅱ不合理，Cu+在酸性
條件下能發生自身氧化還原反應，也生成了銅單質。
（2）c= （10b-a）
評價：物質的推斷探究方案，應充分考慮到不同物質的性質差異，通過反應中質量的變化來確定物質的存在，這是一種通過定量分析法確定是何種物質的重要手段。
二、物質制備實驗方案的設計
無機物質的制備，常與物質分離與提純聯系在一起，制備的目標物質要容易分離出來。物質分離與提純有多種方法，總的說有物理方法和化學方法兩大類。物理方法有過濾、蒸發、蒸餾、分液、萃取、結晶、重結晶、滲析等。化學方法有沉淀法、熱分解法、電解法、氧化還原法等。要根據目標物質的性質和特點來選擇適宜的制備、分離方法。
例3．將粗制的CuO（含少量FeO）粉慢慢加入到30℃的濃鹽酸中,并充分攪拌使之溶解得溶液Ⅰ。為了制得不含雜質的CuCl2溶液并制得CuCl2·2H2O晶體。查閱到的相關材料如下表：
金屬離子
pH
開始沉淀
完全沉淀
Fe2+
7.6
9.6
Cu2+
4.4
6.4
Fe3+
2.7
3.7
化學合作小組的同學請設計了如下兩個實驗方案：
方案Ⅰ
方案Ⅱ
請你參與以下問題討論：
（1）方案Ⅰ中，調pH的Y （填“能”或“不能”）用NaOH溶液，pH調節的范
圍是大于 而小于 ；X的名稱是 。
（2）方案Ⅱ中，氧化劑X的化學式可以是 或 ；調pH的Y是 ；
pH調節的范圍是大于 而小于 。
（3）從原子利用率的角度來看，你認為方案Ⅰ中的Y最好選用 。從環保的角度來看，方案Ⅱ中的X最好選用 。
分析：溶液Ⅰ中除了有CuCl2外，還有FeCl2雜質，據查閱到的相關材料中的有關數據，可通過形成金屬氫氧化物沉淀來實現分離與提純。
方案Ⅰ，它是將溶液pH調至大于6.4而小于7.6，Fe2+不沉淀，使Cu2+轉化為氫氧化銅沉淀，經洗滌，再加入濃鹽酸得CuCl2溶液，然后，結晶過濾得CuCl2·2H2O晶體。
方案Ⅱ，它是先加入氧化劑X，將FeCl2氧化為 FeCl3，為了不引入雜質，氧化劑要用H2O2或Cl2；加入Y的目的是調溶液的pH，為了不引入雜質，Y可以是CuO、CuCO3、Cu2(OH)2CO3， 將溶液的pH調節到3.7～4.3之間，從而形成Fe(OH)3沉淀，而CuCl2不形成沉淀。然后，結晶過濾得CuCl2·2H2O晶體。從環保的角度看氧化劑用H2O2，H2O2是綠色氧化劑。方案Ⅰ的Y最好選用CuO，CuCO3、Cu2(OH)2CO3與酸反應產生CO2，不能進入目標產物，原子利用率不高。
答案：（1）能。6.4；7.6；濃鹽酸。
（2）Cl2；H2O2；CuO、CuCO3、Cu2(OH)2CO3；3.7；4.4。
（3）CuO；H2O2。
評價：通過調節溶液的pH，形成金屬氫氧化物沉淀，也可以實現溶液中金屬離子的分離。上述兩方案都可以實現目標產物的制備，都是合理方案。物質的制備中所用試劑也要考慮到經濟、環保和原子利用率。
三、物質性質實驗方案的設計
溶液中有多種存在微粒，在溶液中的一個化學反應的發生，到底是哪一種微粒的作用，
我們就必須通過實驗來探究各種不同情況下的現象，最終得出結論。
例4．氧化銅是一種黑色固體，可溶于稀硫酸。某同學想知道是稀硫酸中的哪種粒子（H2O、H+、SO42-）能使氧化銅溶解。請你和他一起通過如圖Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三個實驗完成探究活動。
（1）某同學提出的假設是 ；
（2）通過實驗Ⅰ可以證明 ；
（3）要證明另外兩種粒子能否溶解氧化銅，還需要進行
實驗Ⅱ和Ⅲ，在Ⅱ中加入稀硫酸后氧化銅溶解，則
進一步所做的確認為：在Ⅲ中先加入 ，
再加入 。
（4）探究結果為 。
分析：由圖Ⅰ可知該同學想知道H2O能否溶解氧化銅，實驗的結果當然是不溶。圖Ⅱ可以說明不是SO42-離子溶解了氧化銅，就是H+離子溶解了氧化銅。圖Ⅲ就是要說明SO42-離子不能溶解氧化銅，所以，可加入含有SO42-離子的Na2SO4（或K2SO4等），這時氧化銅不能溶解，再加入稀硫酸溶解氧化銅，就可以說明是H+離子溶解了氧化銅。值得注意，“再加入”不能是硝酸或鹽酸，否則還要證明NO3－、Cl－離子能否溶解氧化銅。
答案：
（1）H2O、H+、SO42-中的某一種粒子能夠使CuO溶解。
（2）水不能使氧化銅溶解，而是另外的H+、SO42-兩種粒子中的一種粒子使CuO溶解。
（3）Na2SO4（或K2SO4等），稀硫酸。
（4）氧化銅固體溶于稀H2SO4是稀硫酸H+在起作用，而H2O，SO42-兩種粒子都不能使CuO溶解。
評價：溶液中哪種粒子參與反應，可以通過實驗確定其它離子不能反應，從而確定是某種粒子的性質。
四、物質結構實驗的設計方案
物質結構的也可以用化學實驗進行探究，根據反應產物的不同，以及產物的性質，反過來確定物質結構。
例5．科學家對H2O2結構的認識經歷了較為漫長的過程，最初，科學家提出了兩種觀點：
①、②H－O－O－H。式中O→O表示配位鍵，即共用電子對由某原子單方面提供。有資料顯示，在化學反應中氧氧鍵（O－O或O→O）遇到還原劑時易斷裂。
化學家Baeyer和Villiyer為研究H2O2的結構，設計并完成了下列實驗：
a、將C2H5OH與濃H2SO4反應，生成(C2H5)2SO4和水；
b、將制得的(C2H5)2SO4與H2O2反應，只生成A和H2SO4；
c、將生成的A與H2反應（已知該反應中H2作還原劑）。
（1）用電子式表示①、②兩種結構：①______________、②_____________。
（2）如果H2O2的結構如①或②所示，實驗c中化學反應方程式分別為（A寫結構簡式）
___________________________________ 。
（3）為了進一步確定H2O2的結構，還需要在實驗c后添加一步實驗d，請設計d的實驗方案：__________________________________________________________。
分析：a、C2H5OH與濃H2SO4的反應是酯化反應：
b、(C2H5)2SO4與H2O2反應:
c、A與H2反應：
C2H5?O－O?C2H5＋H22C2H5OH
兩種不同結構的A分別與H2反應的產物有所不同，前者有水產生，而后者卻沒有水，因此，只要檢驗反應產物中有無水，就可以確定過氧化氫的結構。
答案：
（1）
（2）
C2H5?O－O?C2H5＋H22C2H5OH
（3）用無水硫酸銅檢驗c的反應產物中有沒有水（或其他合理答案）。
評價：物質的結構決定性質，物質的性質可以反映結構。雖然現在物質結構的確定，多借助于物理方法，也就是物理儀器來確定，但是，它總是以化學方法為基礎的。
物質檢驗實驗方案的設計、物質制備實驗方案的設計、物質性質實驗方案的設計、物質結構實驗方案的設計，它們都是以物質的性質為基礎而展開的實驗探究活動，是人類研究和生產化學物質的基本方法。
本文來自：逍遙右腦記憶 /gaoer/75764.html
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