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什么样的实验方案才算好?

来源:作者:唐艳玲 点击:所属专题: 实验设计
一个好的实验方案要从经济可行、操作简单、效果明显三个主要方面进行设计、评价和比较.现举例说明如下 例1 某些金、银首饰加工者在为顾客打造黄金首饰如戒指、耳环等时,会偷窃部分黄金,为防顾客发现短斤少两,又会在首饰中掺入黄铜,达到欺骗顾客的目的.请选择已设

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     一个好的实验方案要从经济可行、操作简单、效果明显三个主要方面进行设计、评价和比较.现举例说明如下

      例1 某些金、银首饰加工者在为顾客打造黄金首饰如戒指、耳环等时,会偷窃部分黄金,为防顾客发现短斤少两,又会在首饰中掺入黄铜,达到欺骗顾客的目的.请选择已设计的实验方案来鉴定黄金饰品在加工时是否掺假.

      方案一:黄金饰品在加入铜后,因密度、体积与等质量的纯金相比要发生一定的改变,可用阿基米德鉴定皇冠是否掺假的方法,利用浮力定律进行鉴定.

     方案二:将黄金饰品在酒精灯(或其他热源)上灼烧,如果变黑,则掺有Cu.这是因为Cu在加热时与空气中的O2反应生成黑色的CuO.

     方案三:在首饰上滴一滴硝酸(浓、稀都可),如果硝酸处显蓝色或绿色,同时有微小的气泡产生,则首饰被掺假.这是因为金不与硝酸反应而铜在常温下则能与硝酸反应.

      思路分析:

      方案一从原理上讲是可行的,但耳环戒指本身的体积小,掺入的铜也较少,因而同质量的纯金与不纯的金的体积变化是很小的,实际上很难用方案中提供的方法测出纯与不纯的体积变化.

      方案二、方案三是简单有效的方法,但方案三需要专用药品硝酸,而方案二只需一个热源,O2自空气中取用,所以方案二是最简单有效的.

     评注:本题根据操作简捷、实验条件简单、所用药品少、经济实用等进行评价和选择,答题时最好用方案二作为本题的答题点.
      例2 为验证某无色气体中既含SO2又含CO2,三位同学分别设计了下述三个实验方案:

      方案一:将无色气体通入酸性KMnO4溶液,KMnO4溶液褪色.反应后气体通入澄清石灰水,石灰水变浑浊,即可证明.

       方案二:将无色气体通入溴水中,溴水褪色,反应后气体通入澄清石灰水,石灰水变浑浊,即可证明. 

       方案三:将无色气体通入品红溶液后再通入酸性KMnO4溶液,品红溶液褪色,KMnO4溶液颜色变浅,反应后气体通入澄清石灰水;石灰水变浑浊.即可证明.

        试回答,上述三个方案中,能证明无色气体中有SO2和CO2的是方案__________ .简述理由.

        思路分析:这是一道给出实验方案,让我们去评价三个方案优劣的试题.①从应遵循的基本要求我们可看出三个方案均具安全性、简约性,但是否科学、可行呢?②SO2有还原性,可以使酸性KMnO4溶液褪色,溴水褪色,同时它还具有漂白性,使品红溶液褪色.③CO2无还原性和漂白性,CO2和SO2都可使澄清石灰水变浑浊,生成难溶性的CaCO3和CaSO3

        基于上述分析,我们来评价三个方案的可行性(1)方案一:酸性KMnO4溶液褪色不是SO2的特征反应,若无色气体中含有C2H2、C2H4、H2S等也有此现象,且KMnO4褪色,不能说明SO2完全吸收,对CO2的确证有干扰.

      (2)方案二:溴水褪色不是SO2的特征反应,不能作为判断SO2存在的依据,且溴水褪色不能说明SO2被完全吸收,SO2存在对CO2的确证有干扰.

       (3)方案三:品红溶液褪色是SO2的特征反应.能确证SO2的存在,KMnO4溶液颜色变浅,说明SO2已被完全吸收,通入石灰水中的气体没有SO2.石灰水浑浊,能确证CO2的存在.综上可知,可行的是方案三.

        例3 设计一个以CaCl2为原料制取Ca(NO3)2溶液的方案,并写出实验步骤. 

         思路分析:解答此题可能有几种不同的方案:

         ①CaCl2 →Ca(NO3)2
         ②CaCl2 →Ca→ Ca(NO3)2

         ③CaCl2 →CaCO3→ Ca(NO3)2

        其中第一种方案所用的AgNO3的价格很高,用它来制备Ca(NO3)2不合算;第二种方案要消耗电能,且钙与HNO3反应很剧烈,不易控制,还要在反应中产生污染环境的氮的氧化物,惟独第三种方案既经济,又可行.

        答案:实验步骤: (1)在烧杯1中放入一份CaCl2,加适量蒸馏水使其溶解.

                                          (2)在烧杯2中放入1份Na2CO3,加适量蒸馏水使其溶解. 

                                          (3)将烧杯1和烧杯2中的溶液混合,将沉淀过滤.

                                          (4)把沉淀转移到烧杯里,用蒸馏水洗涤2~3次,至洗涤液不含Cl. 

                                           (5)过滤,得到固体CaCO3

                                           (6)将CaCO3放入烧杯中,加适量稀HNO3,使CaCO3反应,完全溶解,即得Ca(NO3)2溶液.

(责任编辑:化学自习室)
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