如何選擇最佳實驗條件化學

❶ 化學實驗設計的設計原則

在規劃實驗設計時，必須遵循一些原則。具體有：
第一，科學性原則。這是實驗設計的首要原則。它指所設計實驗的原理、操作順序、操作方法等，必須與化學理論知識以及化學實驗方法理論相一致。例如，驗證氯酸鉀（KClO3）中的存在氯元素，不應該採用將其溶於水再加AgNO3溶液的方法，因為KClO3中不存在Cl-。而應該先讓固體與MnO2混合，充分反應後，冷卻，再將固體溶於水，取上面的清夜滴入少量的AgNO3，看到白色現象，再加入稀硝酸，振盪，沉澱不溶解溶解，這樣才能夠證明存在氯元素。
第二，可行性原則。可行性原則是指設計實驗時，所運用的實驗原理在實施時切實可行，而且所選用的化學葯品、儀器、設備、實驗方法等在現行的條件下能夠滿足。例如，鑒別NaCl和Na2SO4，選用硝酸銀溶液就不可行，因為盡管溶解性表標明AgCl難溶而Ag2SO4微溶，但事實上無法將它們區分。這是因為Ag2SO4容易分解為難溶的氧化銀。再如，除去CO氣體中的少量CO2氣體，有學生選擇將混合氣體通過熾熱的炭層的方法，目的是想利用炭的還原性將CO2還原為CO氣體。此方案原理上當然可以，但由於木炭還原CO2是吸熱反應，需要很高的溫度，中學實驗條件下不易實現。因此，嚴格地說該方案不可行。簡便易行、效果好的設計思路應該是：讓混合氣體通過澄清石灰水或NaOH溶液或鹼石灰。
第三，簡約性原則。是指化學實驗的設計要盡可能地採用簡單的裝置或方法，用較少的步驟及實驗葯品，在較短的時間內來完成實驗的原則。例如，除去銅表面的氧化銅雜質，初學者很容易想到用還原劑（H2、C或CO）還原的方法。這種方法由於需要加熱甚至高溫條件下才能進行反應，因而對裝置及操作的要求就比較高，在實驗設計中不宜採用。比較簡便、易行的方法是用稀硫酸或稀鹽酸作試劑，在常溫下清洗銅片。
第四，安全性原則。這是指實驗設計時應盡量避免使用有毒葯品或具有一定危險性的實驗操作。如上例中涉及到的CO有毒，不宜採用。再如，鑒別稀溴水和稀碘水（均呈淺黃色溶液）時，就不能採取加熱蒸發、通過觀察蒸氣顏色的方法來區分，因為溴、碘的蒸氣均有劇毒，這樣操作是很危險的，為不安全操作。而應採取加有機溶劑（如CCl4）萃取的方法。或者加入硝酸酸化的硝酸銀溶液的方法，很快便可區分清楚。由此看來，能構成環境污染的，能造成人身傷害的思路及操作均是不安全的，因而在實驗設計中是不可取的。
根據上述四個實驗設計原則和實驗操作實際，可以明確地知道，化學實驗設計方案的優選標准有以下幾個方面：（1）原理恰當；（2）效果明顯；（3）裝置簡單；（4）操作安全；（5）節約葯品；（6）實驗步驟簡單；（7）誤差較小，等等。換句話說，就是要符合「綠色化學」的要求（註：「綠色化學」研究的中心問題是使化學反應以及其產物具有以下特點——採用無毒、無害的原料；在無毒、無害的反應條件下進行；減量、循環、重復使用；具有「原子經濟性」，即反應具有高選擇性、極少副產物、甚至實現零排放；產品應是對環境友好的；滿足價廉物美的傳統標准）。以上幾個方面不僅在實驗設計過程中必須充分注意，同時這些標准也是實驗設計優劣評價的相關要素。