化学实验设计的设计原则

第一，科学原理。这是实验设计的第一原则。是指所设计实验的原理、操作顺序和操作方法，必须与化学理论知识和化学实验方法理论相一致。比如验证氯酸钾(KClO3)中是否存在氯，就不应该采用将其溶于水再加入AgNO3溶液的方法，因为KClO3中不存在Cl-。相反，固体应该首先与MnO2 _ 2混合，然后冷却，然后将固体溶解在水中。应在上清液中滴加少量AgNO3 _ 3，看到白色现象，再加入稀硝酸，沉淀不溶解而溶解，以证明氯的存在。

第二，可行性原则。可行性原则是指在设计实验时，所采用的实验原则切实可行，所选用的化学药品、仪器设备和实验方法能够满足目前的条件。比如选择硝酸银溶液来区分NaCl和Na2SO4是不可行的，因为虽然溶解度表表明AgCl不溶，Ag2SO4微溶，但实际上是无法区分它们的。这是因为Ag2SO4容易分解不溶性氧化银。另一个例子是从CO气体中去除少量的CO2气体。一些学生选择让混合气体通过热碳层，以便利用碳的可还原性将CO2还原成CO气体。这个方案在原理上当然是可以的，但是在中学的实验条件下不容易实现，因为木炭还原CO2是一个吸热反应，需要很高的温度。所以严格来说，这个方案是不可行的。简单有效的设计思路应该是:让混合气体通过澄清的石灰水或NaOH溶液或碱性石灰。

第三，简单性原则。它是指化学实验的设计应尽可能采用简单的装置或方法，用较少的步骤和实验药物在短时间内完成实验的原则。比如去除铜表面的氧化铜杂质，初学者很容易想到用还原剂(H2、C或CO)还原的方法。这种方法不适合实验设计，因为它需要加热甚至高温来进行反应，所以对设备和操作要求很高。比较简单易行的方法是用稀硫酸或稀盐酸作为试剂，在室温下清洗铜片。

第四，安全原则。这意味着在设计实验时，应尽量避免使用有毒药物或有一定风险的实验操作。上面例子中的一氧化碳是有毒的，不应该使用。再比如，在鉴别稀溴水和稀碘水(均为淡黄色溶液)时，不能通过加热蒸发和观察蒸气颜色来区分，因为溴和碘蒸气都有剧毒，非常危险和不安全。而是要加入有机溶剂(如CCl4)进行萃取。或者通过加入硝酸酸化的硝酸银溶液。从这个角度来说，能造成环境污染和人身伤害的想法和操作都是不安全的，所以在实验设计中是不可取的。

根据以上四个实验设计原则和实验操作实践，我们可以清楚地知道，化学实验设计方案的优化准则是:(1)原则适当；(2)效果明显；(3)设备简单；(4)安全操作；(5)节约药品；(6)实验步骤简单；(7)误差小，等等。换句话说，就是要符合“绿色化学”的要求(注:“绿色化学”研究的中心问题是使化学反应及其产物具有以下特征——使用无毒无害的原料；在无毒无害的反应条件下，减少、回收和再利用；它具有“原子经济性”，即反应选择性高，副产物少，甚至零排放；产品要环保；符合价廉物美的传统标准)。上述方面不仅在实验设计过程中必须得到充分重视，而且这些标准也是实验设计评价的相关要素。