定性实验设计试题特点及解题指导
定性实验主要是指利用物质的有关性质（主要是化学性质）进行物质制取、性质研究、分离提纯和检验等一类化学实验，包含物质制备实验（由铝屑为原料制备Al（OH）3的实验方案设计）、物质性质实验（乙二酸化学性质实验方案的设计）、物质检验实验（证明硫酸亚铁铵晶体中含Fe2+、NH4+、SO42-和H2O）（以上三例参阅高三化学课本）、物质分离或提纯的实验等。现行高中化学课本中的实验（包括学生实验和演示实验）大多属于定性实验。
例题1、已知化合物甲和乙都不溶于水，甲可溶于质量分数大于或等于98%的硫酸，而乙不溶。现有一份甲和乙的混合物样品，通过实验进行分离，可得到固体甲（实验中使用的过滤器是用于过滤强酸性液体的耐酸过滤器）。请填写表中空格，完成由上述混合物得到固体甲的实验设计。
序号 | 实验步骤 | 简述实验操作（不必叙述如何组装实验装置） |
① | 溶解 | 将混合物放入烧杯中,加入98%H2SO4，充分搅拌直到固体不在溶解 |
② | ||
③ | ||
④ | ||
⑤ | 洗涤沉淀 | |
⑥ | 检验沉淀是否洗净 |
[分析]该试题属于新情境信息迁移实验设计试题，要求用浓硫酸作溶剂，分离提纯甲、乙组成的混合物。进行该实验设计的关键有两点：1）正确把握化合物甲和乙的有关物理性质（甲和乙都不溶于水，甲可溶于质量分数大于或等于98%的硫酸，而乙不溶）；2）明确中学化学课本中关于物质分离提纯实验的基本操作（如溶解、过滤、沉淀洗涤、浓硫酸稀释等）的有关要求。
[答案]：
序号 | 实验步骤 | 简述实验操作（不必叙述如何组装实验装置） |
① | 溶解 | 将混合物放入烧杯中,加入98%H2SO4，充分搅拌直到固体不在溶解 |
② | 过滤 | 安装好过滤装置，将①的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器中 |
③ | 稀释（沉淀） | 在另一个烧杯中放入适量的蒸馏水，将②的滤液沿玻璃棒慢慢加入该烧杯中，并不断搅拌 |
④ | 过滤 | 重新安装过滤装置，将③的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器中 |
⑤ | 洗涤沉淀 | 向④过滤器中注入少量蒸馏水，使水面浸过沉淀物，等水滤出后，再次加水洗涤，连洗数次 |
⑥ | 检验沉淀是否洗净 | 用小试管从⑤的漏斗下口取少量洗出液，滴入BaCl2溶液，没有白色沉淀，说明沉淀已经洗净 |
[评析]该试题新就新在所用的溶剂不是学生所熟悉的水，而是浓硫酸。该试题情景虽然新，但其考查的要求仍然属于物质分离提纯的基本要求。试题命题思路很好体现“起点高、落点低”的特点。
例题2、有两瓶pH=2的酸溶液，一瓶是强酸，一瓶是弱酸，现只有石蕊试液、酚酞试液、pH试纸和蒸馏水，而没有其它试剂。简述如何用最简单的实验方法来判别哪瓶是强酸。
[分析]本题属于物质鉴别试题，题目要求根据给定的试剂对强弱酸进行鉴别。设计实验方案的关键在于抓住强酸和弱酸性质上的差异。根据中学知识，强酸属于强电解质，在水中全部电离；而弱酸属于弱电解质，其水溶液中存在电离平衡，在水中仅部分电离。当往两种酸溶液中加水稀释时，弱酸溶液中弱酸的电离平衡朝右移动，减弱了因稀释引起的氢离子浓度减小的趋势。因此，分别对等体积且pH相等的强酸和弱酸进行等倍数稀释时，稀释后弱酸溶液的c(H+)将比强酸溶液的c(H+)大，对应的pH前者更小。于是本题可以根据稀释前后的pH变化大小来判断溶液酸性的强弱。
由于酸溶液稀释后仍然属于酸，当稀释前后用石蕊或酚酞试液去检验时，这些酸碱指示剂的颜色不会改变（严格来说，指示剂颜色变化不太明显），因此无法用它们来鉴别。题目给定的这两种试剂显然属于命题者命题时设置的干扰条件。
[答案]各取等体积酸溶液用蒸馏水稀释相同倍数（如100倍），然后用pH试纸分别测其pH，pH变化大的那瓶就是强酸。
[评析]本题所设条件清楚，实验目的明确，意在考查学生对强、弱电解质电离程度不同和弱电解质电离平衡的理解，以及运用指示剂检测溶液酸碱性强弱的动手能力。本题的实验方法和操作极其简单，关键是实验方案的设计要合理（取等体积的两种酸并用水稀释相同倍数）。同时本题还考查学生文字表达能力。
从上面例题和高三课本中的几类实验可知，定性实验一般都是在元素化合物知识（主要是物质的化学性质）和化学基本实验知识与技能的结合点上命题，要求学生灵活运用化学基础知识与化学实验技能、利用题目提供的相关信息和指定的仪器和药品、结合特定的实验目的去开展实验研究。此类试题具有综合性强、能力要求高的特点，很好地考查学生应用化学知识（主要是物质的化学性质和化学实验基本技能等）解决问题（制取、鉴别检验物质等）的能力、实验设计能力，同时又能考查文字表达能力等。而且，定量实验设计的解题思路为：在明确实验目的的前提下，根据物质的性质（特别是化学性质），确定实验原理并在此基础上选择实验仪器和方法，从而实现实验目的。解答定性实验设计问题的基本思路可用下列框图来表示：
在上述总体思路的指导下，结合不同类型的实验及其目的要求进行合理规划：
对于物质制备实验，要紧紧扣住题目给定的原料和待合成物质的性质。根据起始物（原料）和目标物（产物）之间的转化（反应）关系，确定相关的反应原理并选择合适的途径，从而设计优化的实验方案。如由Al制取Al(OH)3实验设计，就要抓住Al的化学性质（与HCl、NaOH溶液反应）、铝盐的化学性质（Al3+、AlO2—会水解），从而得出制取方案。
对于研究物质性质实验，要狠抓物质组成、结构和性质之间的关系。根据物质组成、结构的特点（如含有哪些粒子、粒子的微观结构如何、有哪些官能团等），对物质的性质作出合理的预测和推断，并结合已有的化学知识，采用具有直观现象的有关反应进行探索和验证，使物质的应有性质显现出来。如乙二酸性质实验，其关键之一就是要抓住该物质存在羧基这种官能团，在此基础上对其性质作出预测并开展实验探究。
对于物质检验实验，要抓住物质（特别是离子）的特征反应（如产生沉淀的反应、颜色改变的反应、产生气体的反应）。根据如何让特征反应得以实现、特征现象如何表现的要求进行设计，从而得出有与无、是与否的结论。如“证明硫酸亚铁铵晶体中含Fe2+、NH4+、SO42-和H2O”的实验，就是要抓住Fe2+、NH4+、SO42-和H2O的化学性质以及对应的特征反应，从而开展实验。
对于物质分离提纯实验方案，则结合物质性质，参照“杂转纯”（将杂质转化为被提纯的物质）、“杂变沉”（将杂质转化为沉淀）、“杂化气”（将杂质转化为气体释放）的思路进行设计。
在具体的实验设计中，除要抓住上述思路和方法外，还要注意实验方案设计过程中必须遵循的以下几个原则：科学性原则（指所设计实验的原理、操作顺序、操作方法等时，必须与化学理论知识以及化学实验方法论相一致）；可行性原则（所运用的实验原理在实施时切实可行，而且所选用的化学药品、仪器、设备、实验方法等在现行的条件下能够满足）；简约性原则（尽可能地采用简单的装置或方法，用较少的步骤及实验药品，在较短的时间内来完成实验的原则）和安全性原则（应尽量避免使用有毒药品或具有一定危险性的实验操作）。
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