科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能構(gòu)思解決問題方案的過程，是一個(gè)創(chuàng)造的過程。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)既包括根據(jù)一定的目的和任務(wù)，從零開始，通過探究確定實(shí)驗(yàn)儀器、藥品、裝置和操作方案，也包括對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)從新的角度給予新的思考、審視，找出缺陷和不足給予修正和揚(yáng)棄。

第2頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：綜合性創(chuàng)造性靈活性

第3頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一提出問題實(shí)驗(yàn)假設(shè)知識(shí)技能組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維過程第4頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)策略（1）科學(xué)原理物化策略

使有關(guān)科學(xué)原理，通過實(shí)驗(yàn)手段復(fù)原為實(shí)驗(yàn)這種具體的物質(zhì)形態(tài)表現(xiàn)出來。

第5頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）技術(shù)移植策略把某種比較成熟的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思、設(shè)計(jì)移用到類似的實(shí)驗(yàn)中。第6頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）技術(shù)模擬策略模擬化工生產(chǎn)過程或某些實(shí)際過程。例如，用玻璃器材模擬制作接觸法制硫酸。第7頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一沸騰爐接觸室吸收塔第8頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一這種策略是指通過某些技術(shù)要素的置換，來達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果更好，或者使實(shí)驗(yàn)更簡(jiǎn)單等目的。被置換的技術(shù)要素可以是儀器、反應(yīng)試劑、反應(yīng)條件等。用噴霧器代替鉑絲做焰色反應(yīng)等。

（4）技術(shù)置換策略

第9頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一這種策略就是把若干個(gè)實(shí)驗(yàn)通過某種形式聯(lián)系、組合在一起。例如，氯氣性質(zhì)組合實(shí)驗(yàn)，硫化氫性質(zhì)組合實(shí)驗(yàn)等。

（5）技術(shù)組合策略

第10頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一簡(jiǎn)化某些裝置或某些操作。例如，制取O2的實(shí)驗(yàn)，用KClO3和MnO2改為用分解H2O2制O2，不但產(chǎn)物純度高，且安全、簡(jiǎn)便、快速。（6）技術(shù)簡(jiǎn)化策略第11頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一這種策略就是強(qiáng)化（或弱化）某些實(shí)驗(yàn)條件。例如換用溫度更高（或更低）的熱源、換用濃度更大（或更小）的反應(yīng)試劑、改變?cè)噭┯昧康鹊龋箤?shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯。

（7）技術(shù)強(qiáng)化（或弱化）策略

第12頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)：基本概念和基本原理

的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一、分子的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)原理：分子總是不停地在作無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，在氣體與氣體、液體與液體、液體與固體、液體與氣體等各相之間，分子可以相互擴(kuò)散。第13頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一１．溶液變色第14頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一２．氣體的擴(kuò)散

也可用NH3與空氣、SO2與空氣、HCl與空氣、空氣與NO2、空氣與Br2蒸氣等做實(shí)驗(yàn)，分別用酚酞試劑、澄清石灰水、濕潤(rùn)pH試紙、觀察空氣瓶中的顏色加深等進(jìn)行檢驗(yàn)。

第15頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一３．碘分子的運(yùn)動(dòng)

將一小塊碘放在大試管中，在試管壁上粘一條濕潤(rùn)的淀粉試紙，用橡皮塞塞住瓶口。片刻后發(fā)現(xiàn)，淀粉試紙逐漸變藍(lán)。這說明固體表面的分子，會(huì)運(yùn)動(dòng)到整個(gè)試管之中。第16頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、離子的遷移實(shí)驗(yàn)原理

電解質(zhì)溶液在電場(chǎng)的作用下，溶液中的離子便定向移動(dòng)，即陽(yáng)離子向陰極方向移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極方向移動(dòng)。

第17頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)步驟

１．高錳酸鉀溶液中MnO4－的遷移

將一張濕潤(rùn)的濾紙平貼在試管上，兩端用銅絲固定，在濾紙中央搭一根浸過KMnO4溶液的棉線，將試管水平固定在鐵架臺(tái)上。銅絲兩端接12V或更高電壓的直流電源，片刻后，可以看到紫紅色的MnO4－離開棉線逐漸向陽(yáng)極方向移動(dòng)。

第18頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

MnO4－離子的遷移

第19頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一２．用石蕊或酚酞試紙演示OH－或H+的遷移

如下圖所示，在玻璃片上放一條用KNO3溶液浸濕的藍(lán)色石蕊試紙，用鱷魚夾夾住試紙和玻片。在試紙的正中部放一條用硫酸溶液浸濕的濾紙（或白棉線），使它與石蕊試紙相接觸。相接觸部分的藍(lán)色石蕊試紙變成紅色。接通10~20V直流電源，3~4分鐘后就可看到變紅的區(qū)域明顯地移向陰極，即H+離子在電場(chǎng)中向陰極方向移動(dòng)。

第20頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖H+離子的遷移

第21頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一３．用音樂賀卡做電解質(zhì)導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)（1）取下賀年卡中整個(gè)音樂裝置，將電路中開關(guān)斷開，從開關(guān)兩端接出導(dǎo)線，連上兩根光潔的粗銅絲做電極。（2）先將蒸餾水加入燒杯中，插入兩根銅電極，此時(shí)音樂卡不發(fā)出聲音。然后在燒杯中加入適量電解質(zhì)，如KNO3，稍稍振蕩，再插入兩電極，音樂卡立即奏出音樂聲，十分動(dòng)聽有趣。第22頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、分子的間隔實(shí)驗(yàn)原理

酒精與水混合后，酒精分子與水分子之間的作用力改變，又由于分子之間有空隙存在，兩種分子的運(yùn)動(dòng)結(jié)果使總體積減少。酒精與水混合

第23頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、質(zhì)量守恒定律１．氫氧化鈉與硫酸銅反應(yīng)第24頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一２．泡騰劑反應(yīng)時(shí)的質(zhì)量守恒

泡騰劑是碳酸氫鈉和無水檸檬酸的混合，將其放入水中時(shí)，泡騰劑完全溶解，同時(shí)生成大量的二氧化碳?xì)馀荨Ｈ∩倭颗蒡v劑，放進(jìn)一個(gè)小塑料袋底部的一角，用細(xì)線捆緊這一角。向塑料袋中加入一定量的水，用力扎緊塑料袋口，使水和氣體都無法跑出，然后稱量（塑料袋＋泡騰劑＋水＋細(xì)繩）總質(zhì)量。解開捆住泡騰劑一角的細(xì)線，檸檬酸和碳酸氫鈉溶解在水中發(fā)生反應(yīng)，生成鹽、二氧化碳和水。反應(yīng)后，稱量（塑料袋＋生成物＋解下的細(xì)繩）總質(zhì)量與反應(yīng)前相同。注意塑料袋不能漏水漏氣。第25頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五、酶的催化作用實(shí)驗(yàn)原理

凡是能改變反應(yīng)速率而它本身的組成和質(zhì)量在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)被稱為催化劑。催化劑能改變反應(yīng)速率的作用稱為催化作用。催化劑之所以能夠改變化學(xué)反應(yīng)速率，是因?yàn)樗矃⒓恿俗兓^程，改變了原來反應(yīng)的途徑，降低了反應(yīng)活化能。第26頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一１．酶催化H2O2分解（1）取新鮮土豆一只，洗凈，切成細(xì)絲,作催化劑用。（2）取5mL濃度為5％的H2O2溶液，加入少量新鮮土豆絲，可以發(fā)現(xiàn)，H2O2迅速分解，產(chǎn)生大量泡沫。擴(kuò)展:用新鮮的綠豆、小麥、玉米等種子做上述實(shí)驗(yàn)，也會(huì)對(duì)H2O2的分解有不同程度的催化作用。因?yàn)樯矬w內(nèi)含有多種酶，其中一些酶對(duì)的H2O2分解有催化作用。第27頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一六、電解水與飽和食鹽水2H2O電解2H2↑+O2↑2NaCl+2H2O電解2NaOH+Cl2↑+H2↑１.用霍夫曼電解器電解水霍夫曼電解器２.電解水的簡(jiǎn)易裝置第28頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一①電解液用較純的NaOH和蒸餾水配制；②水槽及試管中的蒸餾水預(yù)先飽和O2或空氣（細(xì)口瓶中放水一半，加塞猛烈振蕩）；③電解一段時(shí)間后再收集氣體，使電解液中的雜質(zhì)氧化，并使水中溶入一些O2；④使用小的電解槽，或使電極只能與小范圍內(nèi)的電解液接觸，以降低電解液中雜質(zhì)的總量和O2溶解量；⑤使用較濃的NaOH溶液，以降低O2的溶解度。（2）一般可采取下列措施來降低誤差：

第29頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一３．電解飽和食鹽水（1）食鹽水的精制（2）飽和食鹽水的電解第30頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一七、化學(xué)電池的制作鋅片：Zn－2e====Zn2+（氧化反應(yīng)）銅片：2H++2e====H2↑（還原反應(yīng)）１.鋅銅電池２.水果電池第31頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.硬幣電池將兩枚不同金屬制成的硬幣（如１元和５角人民幣）清洗干凈。把一張濾紙折疊成比硬幣稍大一些的隔層，在鹽水中浸泡后，將兩枚硬幣分別放到濾紙隔層的兩邊，并用手捏緊。用導(dǎo)線把兩枚硬幣與靈敏度較高的電流計(jì)連接起來，觀察電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)。第32頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期一八、印刷電路板的制作

印刷電路板的制作通常是在塑料板上均勻粘貼一層銅箔，在要保留銅的地方印刷覆蓋一層抗腐蝕的物質(zhì)，如油墨、油漆，形成電路條紋，再用F