化學實驗設計范文

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在化學實驗教學中，指導學生學會化學實驗方案的設計與評價，是培養學生綜合能力的重要的教學方法。通過實驗的設計，能夠提高學生化學實驗知識和技能的水平，培養信息提取和加工能力、分析判斷能力和創造能力。化學實驗方案的設計是對于選定的化學實驗內容，根據化學實驗的目的和要求，分析相關的化學原理，運用所掌握的化學知識和技能，對實驗的方法、過程以及需要的儀器裝置和試劑所進行的規劃設計。包括實驗方案的設計、實驗準備工作、實驗的實施過程、實驗數據的處理以及結果的預期。

實驗評價是根據實驗目的和要求，對現有的多種實驗方案進行科學論證和對比評判，選擇最佳方案，并且加以必要的改進。

1實驗設計教學的基本要素

1.1實驗設計教學的目的和要求

（1）培養學生實驗知識與技能的綜合應用能力。

（2）根據實驗試題要求，運用掌握的化學知識設計一些基本實驗。

（3）能繪制和識別典型的實驗儀器裝置圖。

（4）根據觀察到的實驗現象，記錄、分析和處理（計算）實驗數據，作出正確結論。

1.2實驗設計的原則

實驗設計應遵循科學合理、簡便易行、安全環保、節約快捷、效果明顯等原則。

（1）符合科學性：科學性是化學實驗方案設計的首要原則，要求設計中的實驗原理、實驗操作方法和程序沒有科學性錯誤，并能出現預期的實驗現象，產生正確的實驗結果。

（2）安全性:要盡量避免使用有毒藥品和進行危險性高的操作。

（3）可行性:所選的化學藥品、儀器、設備等在現有的實驗條件下能夠獲得滿足。

（4）簡約性:采用簡單的實驗裝置，用較少的實驗步驟和實驗藥品，能在較短時間內完成實驗。在溫度和壓強方面盡量采取常規的條件，催化劑使用容易得到并且效果顯著的。

（5）經濟性:在不影響實驗效果的前提下，要盡量減少化學藥品的用量，一方面可降低實驗成本，另一方面也可減少對環境的污染。應用微型實驗在這方面有較大優越性。

（6）無污染:在使用易燃、易爆、強腐蝕和有毒藥品進行實驗時，要考慮尾氣和實驗廢棄物的處理，最大限度地減少對環境的污染。

1.3實驗設計的思維模型

實驗設計是一個從信息收集整理、加工處理到付諸實踐并能預期結果的完整的思維程序，如圖所示：

2實驗設計的一般過程

化學實驗設計重在培養或考查把已有知識和技能運用于新情景的能力，所選擇的課題往往是沒有直接實踐過的。在設計過程中時，能夠從題目中接受信息，分析評價信息，選擇并整合新信息與已有知識，以解決實驗設計的新問題。大致過程與思路如下：

2.1信息的獲取

接受、分析和篩選信息，主要是解決以下問題：理解實驗課題，了解實驗條件，明確設計要求。需要迅速、全面地提取題目中的重要信息，把信息歸類，并對各個信息在實現實驗設計中的作用進行分析和判斷。根據實驗目的和要求，闡明實驗原理，分析現有儀器和藥品的作用，選擇合適的儀器和藥品。

2.2實驗設計構思

根據實驗目的和要求，設計實驗的基本思路和方法，勾畫實驗裝置草圖。通過對新舊信息的加工開發，描述實現指定的實驗設計規劃。根據實驗設計的要求及解決問題的順序分析，這種構思包含兩個層次：一是實驗方法的選定，這是從總體上考慮實驗方案的設計。實驗方法主要取決于實驗原理，并受實驗條件的制約。二是實驗裝置和實驗操作設計。實驗裝置和操作的設計都是為了具體實施實驗方法，完成預定的實驗任務，實際上就是實驗方案細節的設計，這部分的設計主要的是體現實驗基礎知識與基本技能的應用。

根據實驗的要求，設計可行的操作步驟和觀察重點，分析實驗中應注意的事項(如反應過程中是否需要除去雜質及尾氣處理等)。

2.3實驗設計內容

（1）根據命題要求，說明設計該實驗的化學原理，并畫出實驗裝置圖。

（2）列出實驗所需的儀器和試劑。

（3）確定實驗操作步驟，說明實驗中應注意的事項。

（4）提示觀察、記錄實驗現象，分析實驗結果（包括寫出有關的化學方程式）。

（5）提出實驗數據的記錄和處理及計算方法。

（6）擬定完成實驗后對實驗結果對照預期目的進行分析、評價及實驗報告撰寫。

3實驗設計與評價能力的訓練

3.1根據實驗命題設計基本實驗方案

設計簡單實驗方案，通常有：驗證某個化學原理；確定某混合物中組分的實驗；定性和定量分析；實驗操作順序設計等。這些簡單實驗的設計，綜合性較強，能強化思維訓練，要求學生聯系所學過的實驗知識和技能，進行知識遷移和重組，全面而細致地思考，才能設計出正確的方案。實例：現有濃硝酸、稀硫酸、稀硝酸、FeCl3稀溶液及pH試紙，而沒有其它試劑。設計最簡便的實驗方法來檢驗CuO經氫氣還原所得到的紅色產物中是否含有Cu2O。

設計思路：Cu2O是堿性氧化物，能跟稀硫酸反應，生成的Cu+在酸性溶液中不穩定，可發生自身氧化還原反應生成Cu2+和Cu。Cu2+在水溶液中呈藍色，而Cu不跟稀硫酸反應。因此可以設想，若CuO被H2還原的產物全部是Cu，將其放入稀H2SO4中，將無變化；若紅色產物中含有Cu2O，將其放入稀H2SO4中，會生成Cu2+使溶液變成藍色。

分析所給試劑是否可用，因為濃H2SO4、濃HNO3、稀HNO3以及FeCl3都有較強的氧化性，不論紅色產物是否含有Cu2O，在上述物質中均會被氧化為Cu2+，無法檢驗是否存在Cu2O。而pH試紙也不起作用。所以最簡便的檢驗方法是取少量該紅色物質放入稀H2SO4中，振蕩，若溶液變為藍色，說明產物中有Cu2O，否則說明產物中無Cu2O。

3.2實驗裝置的創新性設計與評價

對教材中的實驗裝置進行合理的改進，通常都是實驗設計創新的切入點。傳統的氯氣實驗室制法，是用濃鹽酸與MnO2在燒瓶中加熱，加上洗氣和尾氣處理，實驗裝置較復雜，操作麻煩，而且容易泄露尾氣。

本著簡便、節約、省時、環保等原則，將本實驗裝置改進設計如圖：

實驗試劑有:濃鹽酸、飽和食鹽水、氫氧化鈉溶液、高錳酸鉀固體。

反應的化學方程式為:

2KMnO4+16HC1(濃)=2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O

評價:本實驗設計體現了創新特點:（1）用注射器代替分液漏斗（使用時再連接），更便于濃鹽酸的添加；（2）用廣口瓶代替燒瓶，無需鐵架臺，簡化了裝置，且更易清洗。（3）使用高錳酸鉀固體，不需加熱即可跟濃鹽酸反應；（4）用排水（飽和食鹽水）集氣法收集氣體，氣體凈化，并容易觀察；（5）幾個聯通管的運用便于控制添加濃鹽酸、收集氣體與吸收尾氣，并使整個實驗過程基本形成封閉系統，防止氣體泄露，有利于環保。

3.3不同實驗方法的對比與評價

一般來說，每一個化學實驗都可以設計出不同的實驗方法。采用不同的試劑、不同的反應條件以及實驗步驟順序的改變，都可以得到不同的實驗方案。這就需要按照實驗設計的原則，認真分析影響實驗的各個因素，通過比較和評價，最終確定最佳方案。

例1：對于銀鏡反應實驗，人們以影響實驗結果的關鍵因素為依據提出過多種方案，各方案的要點是：（1）用乙醛作還原劑，強調試管壁的光潔度至關重要。（2）以葡萄糖為還原劑，醛基的濃度影響反應速度，是成敗關鍵。（3）滴加NaOH溶液，適當提高反應溶液的PH。（4）用0.2％氯化亞錫溶液處理試管。設計時開展討論，深入分析實驗原理，并做參照實驗加以驗證，歸納得出，Ag(NH3)+2與還原劑的適當且均勻的反應速度是關鍵因素。對各種方案綜合評價后，確定本實驗的最佳方案是，在試管潔凈、銀氨溶液正確配制的前提下，以10%葡萄糖溶液為還原劑，在Ag(NH3)+2溶液中加入1滴NaOH稀溶液使PH約為9，在水浴加熱中完成反應。運用此方案實驗，成鏡質量好，成功率基本上是100%。

例2：用鋁、稀硫酸和氫氧化鈉溶液為原料，制備一定量的氫氧化鋁。設計3種不同的實驗方法（以化學方程式表示），并指出哪種方案最節約原料，從每生產2molAl(OH)3所耗費的試劑用量來說明。

這是一道實驗設計與評價的訓練題，要點有二：一是依據鋁的性質描述實驗原理設計，二是根據化學方程式的計算比較評價。經討論歸納，設計與評價結果如下：

4結束語

化學實驗的設計與評價是化學實驗知識和技能的綜合應用，是化學實驗教學的最高層次，是培養學生創新能力和綜合應用能力的有效途徑。要求學生具備相當的化學知識和能力基礎。最初階段宜選擇設計難度較小的實驗，如高中化學實驗、基礎化學實驗中的性質實驗或簡單的無機化合物制備等。實驗設計與評價的教學也是對教師教學能力的考驗，教師不僅要有深厚扎實的化學專業知識，也要熟練掌握較全面的化學實驗應用技術，還要擁有廣博而豐富的相關信息資料，能夠隨時解決實驗中出現的疑難問題，才能夠做好實驗設計與評價的教學的組織和指導。