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化学实验设计的种类及有关知识、技能 化学是一门以实验为基础的学科，化学中的概念、理论和种种变化规律的确立，都应该得到实验的支持。化学实验是高考考察重点内容之一，化学实验设计则是实验考核中的重要组成部分。考察近几年高考试卷，越来越重视实验设计的考核，大家已经达成了共识：实验设计更有利于考查学生的动手能力和思维能力。下面笔者根据新课程标准、教学大纲、教材和近几年高考实际，谈谈当今高考化学实验设计的思考和复习。 一、化学实验设计的种类 根据化学实验的原理和实验操作的形式，一般可把化学实验设计划分为三大类。 1、物质的性质实验设计 此类实验主要引导学生根据结构、性质、用途与制法之间的相互关系提出问题，根据物质的结构特点设计出实验的方案，并通过设计、操作、观察、分析和推理等一系列探究过程，认识或巩固有关物质所具有的一些物理、化学性质。 例题1），乙二酸化学性质实验方案的设计 ①提出问题 乙二酸（HOOC-COOH）俗称草酸，晶体中一般带有两个结晶水，从结构上看，有羧基——具有酸性，起酯化反应；可能会分解并放出气体（CO2）;乙二酸中的碳原子是＋3价——有还原性，被高锰酸钾氧化，使蓝墨水（其中含Fe3+）退色。 ②实验设计 基于以上推测，实验步骤可设计如下： ⅰ、乙二酸的酸性 A、分别用玻璃棒蘸取乙二酸溶液、稀硫酸、乙酸溶液点在pH试纸上，并与标准比色卡对比。 B、向盛有少量NaHCO3粉末的试管里，加入约3mL乙二酸溶液，观察现象。 ⅱ、乙二酸受热分解 如图（1）， 给试管里的乙二酸晶体加热，将分解产物先通 图（1） 入干燥的、冷的小烧杯中，然后再通入澄清石灰水中，观察现象。 ⅲ、乙二酸的还原性 向盛有5mL乙二酸饱和溶液的试管中滴入3滴用硫酸酸化的0.5％（质量分数）的高锰酸钾溶液，振荡，观察现象。 ⅳ、酯化反应 在一试管中加入3mL乙二醇，然后边摇动试管边慢慢加入2mL浓硫酸和2mL乙二酸。按图(2)所示，连接好装置。用酒精灯小心均匀地加热试管3到5分钟， 图(2) 产生的蒸气经导管通到饱和的碳酸钠溶液的液面上。观察现象。 ⅴ、乙二酸使蓝墨水褪色 在两支试管中各放入一块溅有蓝墨水的布条，分别用0.5％（质量分数）的高锰酸钾溶液、2％（质量分数）的乙二酸溶液浸泡，观察现象。 ③记录现象、分析抽象、得出结论。 ④应用 类似的物质的性质实验有，氧化铝、氢氧化铝的稳定性、酸性、碱性的实验设计；亚硫酸的酸性、不稳定性、氧化性、还原性及漂白性的实验设计；亚铁离子和铁离子的相互转化的性质实验设计等等。 2、物质的制备实验 此类实验是根据所要制取反应的反应原理、反应物质的状态、反应的条件、生成物的性质等等因素，利用常见的实验仪器，设计出合适的方案。 例题2） 以铝屑为原料制备Al(OH)3实验方案的设计 ①提出问题 铝、氧化铝、氢氧化铝均有两性，与酸和碱反应，所以由铝制取Al(OH)3的方法有多种，那么哪一种方案为最佳呢？ ②实验设计 方案一：用稀硫酸跟铝屑反应，使铝转化为Al3+的溶液，再用氢氧化钠溶液（或氨水）使析出Al(OH)3沉淀。 离子方程式为： 2Al + 6H+ ＝ 2Al3+ + 3H2↑ Al3+ + 3OH－ ＝ Al(OH)3↓ （Al3+ + 3NH3.H2O ＝ Al(OH)3↓+ 3NH4+） 方案二：将铝屑跟浓NaOH溶液反应，再用稀硫酸中和过量的碱至完全生成Al(OH)3沉淀。 离子方程式： 2Al + 2OH－ ＋ 2H2O ＝ 2AlO2－ ＋ 3H2↑ H+ H2O + AlO2－ ＝ Al(OH)3↓ 方案三：用铝屑分别与稀硫酸和浓NaOH溶液反应，然后将得到的两溶液混合过滤，再将得到沉淀洗涤，即可得到纯净的Al(OH)3。 离子方程式： 2Al + 6H+ ＝ 2Al3+ + 3H2↑ 2Al + 2OH－ ＋ 2H2O ＝ 2AlO2－ ＋ 3H2↑ Al3+ + 3AlO2－ ＋ 6H2O ＝ 4Al(OH)3↓ ③ 分析抽象、得出结论 从以上反应量的关系看，生成相同量的Al(OH)3（例4mol）,方案一需要6mol硫酸和12molNaOH溶液（或12mol氨水）。方案二需要2mol硫酸和4molNaOH溶液。方案三需要1.5mol硫酸和3molNaOH溶液。从消耗酸、碱的物质的量来分析，方案三的用量最少；从操作的要求考虑，方案三也最为简单。所以，可以确定应采用设计方案三来制备Al(OH)3,其操作流程设计如下： 铝屑 Al2(SO4)3 NaAlO2 铝屑