师：同学们，大家好，今天我们来讲实验方案的分析和评价。这是我们的学习目标：能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作；能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。我们先一起来看看近三年江苏高考实验方案设计的题目。

　　（老师展示题目）

　　师：好，我们来看这三道题的参考答案。2018 年答案是边搅拌边向亚硫酸氢钠溶液中滴加氢氧化钠溶液，测量溶液 pH 约为 10 时，停止滴加氢氧化钠溶液，再加热浓缩至有大量晶体析出，在高于 34 摄氏度条件下趁热过滤。2019 年答案是在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣，待观察不到气泡产生后过滤。向滤液中分批加入少量氢氧化钙，用 pH 试纸测 pH，当 pH 介于 5 - 8.5 时过滤。2020 年答案是在搅拌下向硫酸亚铁溶液中缓慢加入氨水碳酸氢铵混合溶液，控制溶液 pH 不大于 6.5。静置后过滤，所得沉淀用蒸馏水洗涤两到三次，取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸化的氯化钡，不出现白色沉淀。同学们，看看这三年的答案，表述非常规范、优美，都强调了“边搅拌”等规范表达。

　　师：假如你是阅卷老师，这道 5 分的题，你怎么设置评分标准呢？比如 2018 年这 5 分怎么给？边搅拌边向亚硫酸氢钠溶液中滴加氢氧化钠溶液，可给 1 分；测量溶液 pH 约为 10 时停止滴加氢氧化钠溶液，1 分；加热浓缩至有大量晶体析出，1 分；在高于 34 度条件下趁热过滤，1 分。这里一共 4 分，那么 pH 约为 10 时停止滴加氢氧化钠溶液这一步，关于滴加氢氧化钠溶液这部分还可以再给 1 分。

　　师：2019 年的 5 分又该怎么给呢？在搅拌下加分批加滤渣，1 分；待观察不到气泡产生后，1 分；过滤，1 分；向滤液中分批加少量氢氧化钙，1 分；用 pH 试纸测 pH，当 pH 介于 5 - 8.5 时过滤，1 分。2020 年，在搅拌下向硫酸亚铁溶液中缓慢加入氨水碳酸氢铵混合溶液，1 分；控制溶液 pH 不大于 6.5，1 分；静置后过滤，所得沉淀用蒸馏水洗涤两到三次，1 分；取最后一次洗涤液滤液滴加盐酸化的氯化钡溶液，1 分；不出现白色沉淀，1 分。

　　师：实验方案设计一般基于真实实验背景，对物质进行制备、提纯或含量测定。这道题得分率很低，5 分的得分率大约只有 20%。为什么会这样呢？我们来看看以往同学的错误原因。一是原理理解不到位，给了试剂，不清楚会发生什么反应；二是信息加工不到位，题目给出很多已知信息，没有充分利用；三是试剂用量控制不到位，不知道该用少量、过量还是适量；还有就是每一步的终点判断不到位，加了试剂后不知道什么时候停止滴加。那这种题有没有好的解题模式呢？我们以 2019 年南通三模题为例来讲讲怎么解。

　　（老师展示题目）

　　师：这是实验方案设计题的最后一问，我截取出来的，前面问题去掉了。题目要求补充完整由滤渣制备纯净的 18 水和硫酸铝晶体的实验步骤。像这里第一步已经告诉我们向一定量滤渣中加入足量稀硫酸。设计时要在这个基础上继续往后设计，题目说“需使用”所有试剂，那就都得用上。我们要研究这些试剂能发生什么反应。

　　师：首先明确物质对象，原料是滤渣，里面不仅有氧化铝，还有杂质二氧化硅和氧化铁。实验目的是制备纯净的 18 水和硫酸铝晶体。实验用到的气体试剂有二氧化碳、稀硫酸、氢氧化钠溶液、蒸馏水、无水乙醇等。我们来分析一下，二氧化碳气体能跟原料反应吗？好像不能。稀硫酸可以跟氧化铝、氧化铁反应，跟二氧化硅不反应，题目已告知第一步加了足量稀硫酸，当然后面也可能还会用到硫酸。氢氧化钠溶液可以和二氧化硅反应生成硅酸钠，和氧化铝反应生成偏铝酸钠。蒸馏水一般用来洗涤沉淀，无水乙醇一般也是洗涤沉淀。

　　师：要制得 18 水和硫酸铝，里面含铝离子，原料中含铝的只有氧化铝，所以二氧化硅和氧化铁是杂质，这就是一个提纯再转化的过程。我们画个流程，滤渣里有二氧化硅、氧化铝、氧化铁，题目第一步加足量稀硫酸，可将氧化铝、氧化铁转化成可溶盐，二氧化硅不反应，通过过滤除去。过滤后得到硫酸铝溶液、硫酸铁溶液和过量硫酸。此时离目标硫酸铝晶体近了一步，但还有硫酸铁和稀硫酸杂质。接下来用什么试剂去除呢？二氧化碳跟这三种溶质都不反应，所以选氢氧化钠。

　　师：在过滤后的滤液中加氢氧化钠溶液，氢氧化钠和硫酸中和，铝离子、铁离子都会沉淀。但氢氧化铝和氢氧化铁沉淀混在一起，没除掉氢氧化铁杂质，怎么办？应该加过量氢氧化钠，使氢氧化铝继续溶解生成偏铝酸钠，这样铁离子就转化成氢氧化铁沉淀，过滤后的滤液有生成的偏铝酸钠，以及硫酸铝与氢氧化钠反应生成的硫酸钠。

　　师：对滤液处理，剩下试剂只有二氧化碳气体，在滤液中通二氧化碳气体，和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀。为保证偏铝酸钠完全转化，二氧化碳气体该通什么量？对，过量。气体过量时，二氧化碳转化成碳酸氢钠，偏铝酸钠和二氧化碳生成的氢氧化铝不会溶在二氧化碳形成的水溶液中，过滤后得到氢氧化铝沉淀。

　　师：氢氧化铝到硫酸铝还缺一步，跟什么反应？对，跟稀硫酸。生成硫酸铝后，对溶液进行蒸发、浓缩、冷却结晶，得到 18 水和硫酸铝晶体。这是我们画的流程，接下来写实验方案。根据流程图的实验步骤，我们可以这样写：在滤渣中加入足量稀硫酸，或者将滤渣加入足量稀硫酸中，然后过滤；在滤液中加入氢氧化钠溶液，再过滤；在滤液中通入足量二氧化碳气体，又过滤；过滤后将滤渣氢氧化铝加入稀硫酸中，得到硫酸铝溶液，蒸发浓缩、冷却结晶。

　　师：大家觉得这么写怎么样？是不是感觉干巴巴的，和高考答案比，缺少那种优美的感觉。所以我们要优化，怎么优化到像高考答案那样呢？可以这样说：向一定量滤渣中加入足量稀硫酸，搅拌充分反应后过滤；向所得滤液中滴加氢氧化钠溶液，这里要注意氢氧化钠溶液得过量，所以表述为滴加氢氧化钠溶液至生成的沉淀不再减少，然后过滤；向所得滤液中再缓慢通入二氧化碳气体至沉淀不再增多；过滤后用蒸馏水洗涤沉淀两到三次；加入稀硫酸至沉淀完全溶解；将所得溶液蒸发浓缩、冷却、结晶、过滤；用无水乙醇洗涤晶体两到三次，最后抽干装瓶。