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（教师版）

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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。

（6）气体的纯度：点燃或加热通有可燃性气体（如 H2、CO、CH4等）的装置前，必须检查气体的纯度。

（7）倒吸问题：实验过程用到加热操作的要防倒吸；气体易溶于水的要防倒吸。

（8）冷凝回流问题：有易挥发的液体反应物时，为了充分利用原料，同时避免反应物损耗，要在发生

装置中设计冷凝回流装置。

（9）拆卸时的安全性和科学性：实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或

“氧化”，应考虑何时停止加热或停止通气，如有尾气吸收装置的实验，必须将通尾气的导管提出液面

后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；拆卸用排水法收集且需要加热制取气体的装置时，需先把导管

从水槽中取出，再熄灭酒精灯，以防止水倒吸。拆下的仪器要清洗、干燥、归位。

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