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Fe）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
乙二酸 3+
石灰水
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Al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↑
Al+ 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：
稀硫酸 浓NaOH
铝屑 Al2(SO4)3 NaAlO2 铝屑
混合后过滤 －
3+
3+
－
洗涤
滤液 沉淀 Al(OH)3
例题3）实验室制取氨气实验方案的设计
①提出问题：实验制取氨气的方法有哪些？各反应式如何？对应的实验装置怎样设计? ②实验设计
ⅰ、反应药品的设计
方案一：用氯化铵与熟石灰固体加热制取 化学方程式为
2NH4Cl + Ca(OH)2 ＝ Ca(OH)2 + 2NH3↑ + 2H2O
△ 方案二：用浓氨水加热
化学方程式是
.
NH3H2O ＝ NH3↑ + H2O
△ 方案三：用生石灰和浓氨水反应 化学方程式是 CaO + NH3.H2O ＝ NH3↑+Ca(OH)2
ⅱ、制取、干燥、收集氨气装置的设计
氨气是极易溶于水的密度小于空气的碱性气体，可以通过装有碱石灰的U形管干燥，用向下排气法收集，并通过倒置的漏斗紧贴水面吸收多余的氨气。
根据以上设计的制氨气反应原理，对应的制气装置如下。 方案一：如图
方案二：如图
方案三：如图
③分析、抽象，得出结论
从反应的可行性和实验操作难易程度分析，以上三个方案是同等的，我们在制取的时候可根据实际情况加以选用。
④应用 氢气、氯气、二氧化硫、乙烯、乙酸乙酯等常见物质制取的实验设计类似。 3、物质的检验 在生产和科学实验中，常常需要对一些物质的成分进行检验或区别一组物质，针对不同的检验对象和要求，物质的检验方式、方法和步骤有一定的区别。在进行物质的检验时，一般先对试样进行外观（颜色、状态、气味）观察,再根据物质的物理、化学性质的特点和区别，设计合适的物理、化学方法加以检验。一般说来，物质的检验有以下几种类型。
①物质的鉴定 即确定某一物质的化学成分。 例题4） 设计实验，证明某一晶体是明矾晶体。
ⅰ、提出问题 明矾晶体中含有结晶水、钾离子、铝离子和硫酸根离子，则如何确定之？
ⅱ、设计实验及抽象得出结论
首先取少量明矾晶体于试管中，加热之，试管口有水滴生成，说明晶体内有结晶水。其次，将晶体溶于水配成溶液，分别做焰色反应、加入NaOH溶液至过量、加入氯化钡的盐酸溶液。现象分别为，出现浅紫色火焰、白色胶状沉淀并溶解，白色沉淀，从而证明明矾中含有钾离子、铝离子和硫酸根离子。类似的物质鉴别有，在某澄清、透明的浅黄色溶液中，可能含有下列离子，K+、NH4+、Fe3+、Ba2+、Al3+、SO42－、HCO3
－
、Cl。试设计实验，检验溶液中存在或可能存在的离子；鉴定某一白色粉末是碳酸钡；验证油状液体C3H7Br是CH3CHBrCH3；证明一亚硫酸钠样品已经部分氧化等等。其原则是所设计的实验体现有关物质的元素、离子的性质特征，能把组成、结构、性质紧密联系起来。
②物质的鉴别 即区别给定的几种物质。形式有任选试剂加以鉴别；指定试剂加以鉴别；用一种试剂加以鉴别；不用试剂加以鉴别等等。
例题5）ⅰ、设计实验鉴别MgCl2、NaCl、(NH4)2SO4、(NH4)2CO3、KNO3五种白色粉末状固体。 实验设计 本题提供的是固体样品，故应先分别取少量配成溶液，然后根据阴、阳离子的不同性质设计为：用焰色反应鉴别出NaCl和KNO3,再利用硝酸银－硝酸鉴别出其余三种物质。
ⅱ、用一种试剂鉴别以下几种黑色粉末，碳粉、二氧化锰、铁粉、硫化亚铁、氧化铜。根据五种物质都可以盐酸反应且现象不同，故可以选用浓盐酸。
ⅲ、不用其他试剂就可以加以鉴别的溶液组别是，A、硝酸银和稀氨水 B、硫酸铝和氢氧化钠 C、氯化铁和硫氰化铵 D、氯化钡和硫酸钠 根据组内两物质相互滴加是否现象不同加以鉴别，A、B两组相互滴加时现象不同，C组有不同的颜色，故A、B、C三组可以鉴别。
二、进行实验设计应具备的知识与技能
化学实验设计是综合性很强的一类问题，要熟练运用，必须要有扎实的化学基础知识，规范的基本操作技能，敏锐的观察水平，严密的分析推理能力。所以我们在高三复习教学中，应从以下几个方面训练，让学生打下坚实的基础。
1、元素及其化合物和有机化学基础知识。从以上的分析可知，实验设计的化学原理与有关物质的组成、结构，物理、化学性质、物质相互转化规律等密切相关的。例如，乙二酸的性质实验设计就建立在乙二酸的结构与性质的相互关系上；又如Al(OH)3的制取实验设计就是依据 Al、Al2O3、Al(OH)3、Al3+、AlO2
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－
相互转化规律。而例5）则是根据各物质的特征性质设计实验的。所以，在教学中，我们应该重视元素及其化合物、各类有机化合物的结构、性质（包括现象和反应式）的复习，为实验设计打好坚实的基础。
2、常见离子的检验方法和有机物各官能团的检验方法。大多数物质是由阴阳离子组成，所以离子的鉴别可以为物质的鉴别奠定基础。常见的阳离子有：H+、K+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、NH4+等；常见的阴离子有:OH－、Cl－、Br-、I－、S2－、SO42－、
SO3、CO3(HCO3)、NO3、PO4、MnO4、SiO3等。教学中，让学生熟记各离子的颜色，掌握各离子的检验方法，并写出有关离子方程式。高中有机化学中常见的官能团有：C＝C、C≡C、－C6H5、醇－OH、酚－OH、－CHO、－CO－、－COOH、－COO－、－NO2、－NH2等。知道了各个阴、阳离子及有机官能团的检验方法，就掌握了对应物质的检验，为设计有关实验作好了准备。
3、仪器的构造、作用和基本操作方法。初、高中教材中出现的常见仪器如托盘天平的构造和称量方法，量筒的构造及量取液体的方法，酸碱式滴定管的构造与取液方法；试管、烧杯、烧瓶、蒸发皿、坩埚的加热方法；试管、烧杯、烧瓶中取用液体、块状固体、粒状、粉状固体药品的取用方法；量筒、滴定管、锥形瓶等玻璃仪器的洗涤要求及方法；常见腐蚀性药品溶液沾着后的处理方法；常见仪器的连接顺序及其方法；溶解、过滤、蒸发、结晶、洗涤、萃取、分液、蒸馏的所需仪器及操作方法。教学中，教师要展示各种仪器，让学生观察、作图、描述，必要时让学生操作练习，加深印象。
4、常见气体的制取。一般要求学会制取的气体有O2 , NH3 , CH4 , H2 , CO2 , H2S , NO2 , NO , Cl2 , HCl , CO , C2H4 , SO2 ,C2H2等等，要根据给定的气体分析不同的可能反应，写出有关反应方程式。例如制取O2气，可能实现的反应有KClO3加MnO2共热，双氧水中加入少量MnO2，Na2O2中滴加水等，根据不同的反应，设计出相应的实验装置。要组织学生讨论掌握各种气体的净化、收集、鉴定及尾气吸收的方法和装置。通过复习，有利于学生应对气体的制备实验过程的系统设计。
化学实验设计是一个系统问题，我们应该首先让学生知道实验设计的目的、题型和要具备的知识方法；其次，复习时要求学生动手写(写方案、写步骤、写现象、写原因、写结论等)、重点做（做系列实验）、仔
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细观察（观察现象）、学会表述（说现象、说原理）；三是要有几份配套练习题，通过训练，引导学生理论联系实际，让学生在实验操作中来加强对实验理论的理解，同时又用实验理论知识来指导自己的实验设计，在复习中将两者有机地结合起来，扎扎实实搞好实验设计。
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