化学实验方案的设计
[制备实验方案的设计]
物质的制备是在一定的实验条件和过程中进行的．实验条件不同，所生成的物质的状态、性质也常会各不相同．因此，在设计物质制备的实验方案时，要使实验过程达到和保持某种状态，发生某种特定变化并得到理想的结果，就必须对实验条件进行严格、有效的控制．
有机物的制备要通过有机反应来实现．各类有机物的结构和性质，就是有机物制备的基础．一种有机物的性质，往往是另一种有机物的制备方法．尽管有机物数量庞大，但是各类有机物之间一般存在着确定的相互转化的衍生关系．理解和掌握这种关系，可以为寻找有机物制备的合理途径、正确地进行有机物的制备提供科学的依据．因此，在设计有机物的制备实验方案时，要充分利用这种衍生关系．
设计制备实验方案的一般思路是：①列出可能的几种制备方法和途径；②从方法是否可行、装置和操作是否简单、经济与安全等方面进行分析和比较；③从中选取最佳的实验方法．在制定具体的实验方案时，还应注意对实验条件进行严格、有效的控制．
[性质实验方案的设计]
物质在不同条件下表现出来的各种性质都与它的结构有关，因而该物质的性质反过来也能在一定程度上反映其结构，并决定它的用途和制法．因此，在进行性质实验方案的设计时，要抓住物质的本质特征进行整体思考，学会分析、比较、综合、概括．将元素及其化合物的有关知识系统化，应用元素周期律来分析元素及其化合物的有关知识，使有关元素的存在、性质和制法的知识条理化．
设计性质实验方案的思路是，①充分了解物质结构与性质之间的关系；②根据物质的结构特点，设计实验方案来探索或验证物质所具有的一些性质．
[化学实验方案设计的基本要求]
(1)一个完整的化学实验方案包括的内容：
①实验名称；
②实验目的；
③实验原理；
④实验用品(仪器、药品及规格)；
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；
⑦问题和讨论．
(2)设计一个实验的思路和过程：
①根据实验目的，阐明实验原理，选择合适的仪器和药品；
②根据实验特点，设计实验装置，画出装置图；
③根据实验的要求，设计可行的操作步骤和观察重点，分析实验中应注意的事项；
④实验结束后，应写出完整的实验报告．
在设计实验时，应在各种设计方案中，通过对比和归纳，选择出具有安全性好、药品易得、操作简便、装置简单而现象明显的最佳方案．
(3)进行化学实验方案设计时应遵循的基本要求：
①科学性：科学性是化学实验方案设计的首要原则．所谓科学性是指实验原理、实验操作程序和方法必须正确．在操作程序的设计上，只能先取少量固体溶解；再取少量配成的溶液加入试剂进行实验，而不能将样品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入试剂．
②安全性：实验设计时，应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作．如果必须使用，应在所设计的化学实验方案中详细写明注意事项，以防造成环境污染和人身伤害．
③可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在中学现有条件下能够满足．
④简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采取简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验．
对同一个化学实验，可以设计出多种实验方案，并对它们进行选择．所采用的实验设计方案，应具有效果明显、操作安全、装置简单、用药少、步骤少、时间短等优点．
物质的检验
[物质检验的一般要求]
(1)检验时所发生的反应要有明显的外部特征，如溶液颜色的变化、沉淀的生成和溶解、生成的沉淀的颜色、气体的产生以及产生的气体的气味等．此外，反应速率要大且反应完全．
(2)检验时所发生的反应要在适宜的酸碱度、浓度和温度下进行．
(3)要排除干扰物质的影响．
(4)检验时所发生的反应要有良好的选择性．要注意选用选择性高或特征反应来进行物质的检验．
[物质检验的基本思路和步骤]
(1)对试样进行外观观察．对试样进行外观观察的主要目的是利用被检验物质的颜色和状态，对可能含有的某些组分进行推断，进而排除某些组分存在的可能性．如果试样是无色或白色晶体，则可排除有色物质的离子如Cu2＋、Fe3＋、Fe2＋、MnO4－等；如果试样有颜色，也可初步判断可能由哪种离子构成．
(2)试样的准备．不论是固体试样还是液体试样，都只能取少量用于配制溶液或用于检验，要留有一定量的试样备用．
由于有些阴离子在酸性溶液中会生成气体而逸出，或发生氧化还原反应而改变价态，或与H＋发生中和反应．因此，用于检验阴离子的试样通常要配成碱性溶液，而且不能加入氧化剂或还原剂．
由于NH4＋可以与OH－反应生成气体，还有一些阳离子在碱性溶液中会发生水解．因此，用于检验阳离子的试样通常要配成弱酸性．
(3)检验．在进行检验时，除了要考虑各离子的特征反应外，最重要的是要选取适当的措施排除离子之间可能存在的干扰．只要排除干扰的方法得当，就可以设计出正确的实验方案．
①除少数几种阴离子(如SO42－、Cl－等)外，阴离子检验时的干扰一般比较少，有可能进行分别检验，在检验同一试样中共存的阳离子时，相互干扰则比较多，因此，在进行阳离子检验时，必须首先排除干扰，然后才能进行检验．
②由于各种阴离子之间往往会发生相互反应，因此，在同一试样中的阴离子种类一般不会多．但因为阳离子之间相互反应的可能性较小，所以在同一试样中的阳离子种类就会多些．
③在阴离子的检验中，可利用某些阴离子能与酸反应生成气体的性质，首先在固体试样上滴加稀盐酸或稀硫酸，然后根据气体的气味初步判断含有的阴离子；也可利用某些阴离子可与试剂生成沉淀时的反应条件和沉淀颜色初步判断可能存在的阴离子．在阳离子检验中，利用某些阳离子带有颜色，或能发生水解，或与碱反应生成沉淀，或具有两性等特点，初步判断试样中可能存在的阳离子，从而排除某些阳离子存在的可能性．
④焰色反应．对于像K＋、Na＋等阳离子，可利用焰色反应进行检验．
[物质检验的操作方法]
(1)若为固体物质，应先取少量样品用蒸馏水溶解．
(2)检验的目的是为了以后的使用，若用原瓶直接进行操作，就会污染原来的整瓶试剂．因此．应取少许样品试液在试管中进行实验，而绝不可在原试剂瓶中进行检验．
(3)在同时检验多种物质时，应将各样品进行编号，以免混淆．
(4)在答题时，不许“指名道姓”，叙述时不可出现“取某某物质加入某某试剂…”的字样．叙述方法为：各取少许样品→加蒸馏水溶解→加入所需试剂→描述实验现象→得出结论→原理．
[常见离子的检验方法]
(1)常见阳离子的特征反应和检验方法．
阳离子 检验试剂 实验现象 离子方程式
H＋ ①紫色石蕊试液
②橙色甲基橙试液
③锌片(或铁片) ①石蕊试液变红色
②甲基橙试液变红色
③有能燃烧的气体产生 Zn 2H＋＝Zn2＋ H2↑
K＋ 焰色反应 紫色(透过蓝色钴玻璃)
Na＋ 焰色反应 黄色
NH4＋ NaOH溶液(浓) 加热，产生有刺激性气味、使湿润红色石蕊试纸变蓝色的气体 NH4＋ OH－＝NH3↑ H2O
Fe2＋ ①NaOH溶液
②新制的氯水 KSCN溶液 ①生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变成红褐色
②滴加新制的氯水，溶液由浅绿色变为黄色，再滴加KSCN溶液，溶液呈红色 ①Fc 2＋ 2OH－＝Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2 O2 2H2O＝4Fe(OH)3
②2Fe2＋ C12＝2Fe3＋ 2Cl－
Fe3＋ 3SCN－ ＝ Fe(SCN)3
Fe3＋ ①NaOH溶液
②KSCN溶液 ①生成红褐色沉淀
②生成红色溶液 ①Fc 3＋ 3OH－＝Fe(OH)3↓
②Fe3＋ 3SCN－ ＝ Fe(SCN)3
Cu2＋ ①NaOH溶液
②浓氨水 ①生成蓝色絮状沉淀，加热后变成黑色
②生成的蓝色沉淀，溶于过量浓氨水中，呈深蓝色溶液 ①Cu2＋ 2OH－＝Cu(OH)2↓
Cu(OH)2CuO H2O
②Cu2＋ 2NH3·H2O＝
Cu(OH)2↓ 2NH4＋
Cu(OH)2 4NH3·H2O＝
[Cu(NH3)4]2＋ 2OH－
4H2O
Ag＋ ①盐酸或氯化物 稀HNO3
②NaOH溶液
③氨水 ①生成白色沉淀，白色沉淀不溶于稀HNO3
②生成白色沉淀，并迅速变为棕黑色
③生成白色沉淀，过量的氨水使沉淀溶解 ①Ag＋ C1－＝AgCl↓
②Ag＋ OH－＝AgOH↓
2AgOH＝Ag2O H2O
③Ag＋ 2NH3·H2O＝
AgOH↓ 2NH4＋
AgOH 2NH3·H2O＝
[Ag(NH3)2]＋ 2H2O
Al3＋ ①氨水
②NaOH溶液 ①产生白色沉淀
②产生白色胶状沉淀，过量的NaOH溶液使沉淀溶解 ①A13＋ 3NH3·H2O＝
Al(OH)3↓ 3NH4＋
②A13＋ 3OH－＝Al(OH)3↓
A1(OH)3 OH－＝A1O2－ 2H2O
Mg2＋ NaOH溶液 产生白色絮状沉淀，过量的NaOH溶液不能使沉淀溶解 Mg2＋ 2OH－＝Mg(OH)2↓
Ca2＋ Na2CO3溶液 稀盐酸 产生白色沉淀，沉淀溶于稀盐酸中 Ca2＋ CO32－＝CaCO3↓
CaCO3 2H＋＝Ca2＋ CO2↑ H2O
(2)常见阴离子的特征反应和检验方法．
阴离子 检验试剂 实验现象 离子方程式
OH－ ①无色酚酞试液
②紫色石蕊试液
③甲基橙试液 ①酚酞试液变红色
②紫色石蕊试液变蓝色
③橙色甲基橙试液变黄色
CO32－ 稀盐酸(或硫酸、硝酸)、澄清石灰水 加入酸后，有无色、无味的气体产生，该气体能使澄清石灰水变浑浊 CO32－ 2H＋＝CO2↑ H2O
CO2 Ca(OH)2 ＝CaCO3↓ H2O
SO42－ BaCl2[或Ba(NO3)2溶液]、稀HNO3 生成白色沉淀，该沉淀不溶于稀HNO3 Ba2＋ SO42－＝BaSO4↓
Cl－ AgNO3溶液、
稀HNO3 生成白色沉淀，此沉淀不溶于稀HNO3 Ag＋ Cl－＝AgCl↓
Br－ ①AgNO3溶液、
稀HNO3
②新制的氯水、四氯化碳 ①生成浅黄色沉淀，此沉淀不溶于稀HNO3
②溶液由无色变为橙色，加CCl4振荡后，CCl4层变为橙红色 ①Ag＋ Br－＝AgBr↓
②2Br－ Cl2 ＝Br2 2C1－
I－ ①AgNO3溶液、
稀HNO3
②新制的氯水、四氯化碳
③新制的氯水、淀粉溶液 ①生成黄色沉淀，此沉淀不溶于稀HNO3
②溶液由无色变为黄色，加CCl4振荡后，CCl4层显紫红色
③溶液显蓝色 ①Ag＋ I－＝AgI↓
②2I－ Cl2 ＝I2 2C1－
③2I－ Cl2 ＝I2 2C1－
NO3－ 被检物的浓溶液(或晶体) H2SO4(浓) Cu并共热 有红棕色气体产生 Cu 4H＋ 2NO3－＝Cu2＋
2NO2↑ 2H2O
SO32－ 稀盐酸或稀硫酸 放出无色有刺激性气味、能使品红试液褪色的气体 SO32－ 2H＋＝SO2↑ H2O
