一 化学实验的分类

化学实验的发展历史告诉我们，化学实验随着科学技术的进步与发展， 实验手段、设备的不断更新和精确化，其种类越来越多。种类繁多的实验方法，并不是各自孤立、彼此毫无联系的。我们可以根据它们的主要特征或本质属性，按照不同的标准进行分类，找出它们的从属关系，揭示出它们之间的纵横联系，以便为化学科学研究或化学教学提供可兹选用的、有效的探索途径和方法。

按照实验的精确性和实验所处的环境，可以把化学实验分为：实验室实验和自然实验。按照实验的直接目的，可以把化学实验分为：探索性实验和验证性实验。按照实验中量与质的关系，又可以把化学实验分为：定性实验、定量实验和结构分析实验。按照实验的步骤，可把化学实验分为：预备性实验、决断性实验和正式实验。按照实验在科学认识中的作用，可以把化学实验分为：析因实验、对照实验、中间实验和模拟实验。按照实验的对象，可以把实验分为：物的实验、动物实验和人的实验等等。

二 常见的几种化学实验1．实验室实验和自然实验(1)实验室实验。

实验室实验是指在实验室里，通过实验仪器和设备，在人为地控制或改变实验对象的状态和条件下，考察与研究实验对象的一种有目的、有计划的操作或实践活动。化学科学研究与化学教学中的实验大多数属于这种类型。

1. 自然实验。

自然实验是指在通常的自然环境中对实验对象加以考察的一种实践活动。如考察化肥对农作物生长的影响，农药的杀虫效果以及除草剂的除草效果等就属于自然实验。在化学中，这种类型的实验多用于研究工农业生产中的问题。自然实验与实验室实验相比较，它的优点是它把观察自然的自然性和实验的主动性有机地结合在一起。它的不足表现在自然实验中缺少对某些因素的严格控制，因而实验结果的精确性较差。

1. 探索性实验和验证性实验(1)探索性实验。

探索性实验是指探索研究对象的未知性质，了解它具有怎样的组成、有

哪些属性和变化特征，以及与其他对象或现象的联系等的一种实验。探索性实验的特点是根据实验的目的，利用已知的、外加的因素去干扰或扰动研究对象，看它会发生什么样的变化，出现什么样的现象，产生怎样的结果。这种实验一般都具有试探的性质，因此也称之为试验。例如，在化学史上，对单质氟的制取及其性质的研究就是探索实验的典型实例。由于 F-离子是一种极弱的还原剂，不可能用化学方法把它氧化，使之从它的化合物中游离出来， 只能用电解氧化法来实现制备氟的目的。早在 1810 年氟被发现以后，化学家们为了获得单质氟曾做了不少尝试，但却因对实验器具的严重腐蚀或中毒等使实验屡遭失败。直到 1886 年才由法国化学家莫瓦桑从电解氟化钾的无水氟化氢溶液制得。

(2)验证性实验。

验证性实验是指对研究对象有了一定了解，并形成了一定认识或提出了某种假说，为验证这种认识或假说是否正确而进行的一种实验。例如，1879 年英国物理学家克鲁克斯通过气体放电现象的实验研究，认识到了阴极射线的性质。对于阴极射线的本质，曾有各种解释，克鲁克斯在 1879 年提出，这是物质的第四态或超气态物质，也有的物理学家认为阴极射线是一种类似于紫外线辐射的以太扰动。而 J.J.汤姆生和大多数英国物理学家认为阴极射线是带电的粒子流，因为它在磁场中的射程变成了曲线形状。后来，J.J.汤姆生用验证性实验来检验他所提出的假说，实验结果证明了阴极射线是带负电的微粒子，他把这种带负电的微粒子命名为电子。

化学教学中，这两种类型的实验都有一定的安排，它们在化学教学中各起着不同的作用，教师都应给予足够的重视。

1. 定性实验、定量实验、结构分析实验(1)定性实验。

定性实验是用来判定实验对象具有哪些性质、某种因素是否存在、某个因素是否起作用、某些因素之间是否具有某种联系、测定某些物质的定性组成、探讨研究对象具有怎样的内部结构等所进行的实验。定性实验的目的， 主要在于解决“有没有”、“是不是”的问题。如在化学教学中为了判定某物质是否具有某种性质(如可溶性、可燃性、氧化性、还原性、导电性、酸碱性等)所进行的实验就是定性实验。又如，定性分析就是用实验方法鉴定物质中含有哪些元素、离子、原子团和官能团的定性实验。

定性实验在化学科学研究中占有十分重要的地位，它是进行定量实验的基础。因为，只有通过定性实验了解和掌握了研究对象的组成及其大约含量， 才能进一步正确选用和安排定量分析的实验方法。

定性实验在一般情况下，其重点在于弄清研究对象的各种属性、特征和关系等方面，并不要求搞清各因素之间的定量关系。但这不等于说在定性实验中可以完全忽视量的概念。因为任何一种物质的质都表现为一定的量。没有物质的量的概念，有时就难于区分物质具有不同的质。化学史上拉瓦锡用化学实验判明燃烧过程的实质是氧化，从而推翻了在欧洲流传了大约 100 年的燃素学说，这就是依靠了精确天平进行了严格的定量测定才实现的。

1. 定量实验。

定量实验是指为了深入了解物质和自然现象的量的特征，揭露各因素之间的数量关系，确定某些因素的数值等而进行的实验。比如，J.J.汤姆生测定电子荷质比的实验就是科学史上著名的定量实验。又如，法国化学家普罗

斯(J.L.Proust，1754—1826)在对各种化合物做了定量分析的基础上建立了定组成定律。英国化学家道尔顿在对由两种相同元素生成的多种化合物做了定量分析后建立了倍比定律。化学中为了测定某元素的原子量、确定某化合物中的定量组成、确定化学反应过程中各种元素的消耗量等都需要进行定量实验。

定量实验比定性实验具有更大的优越性，表现在定量实验往往能把定性实验的内容包含于自身之中，起到定性分析的作用。另外，它能够具体地从量上来测定对象所具有的某种性质或者它们的数量关系。因此，定量实验得到的结果是一定质的量之间的函数关系，它一方面能把规律揭示得比较具体，另一方面容易通过实验发现和认识未知的事实和现象。例如，居里夫妇在定量地测定各种铀盐、铀矿物、铀化合物中的放射性强度时，通过剩余法得知还存在新的放射元素——钋和镭①。

从定性到定量，是人类对自然事物的认识不断深化的标志。定量实验与数学方法的结合，是现代自然科学进步的显著特征之一。自然科学要从描述的、经验的阶段上升为精确的理论的阶段，就必须借助于定量实验的帮助。化学教学中定性实验较定量实验的数量多。随着学生年龄的增长，高年

级较低年级有更多的定量实验；另外，随着化学教学内容的不断更新，定量实验的数量也较过去有所增加。

1. 结构分析实验。

结构分析实验是用以测定分子、晶体等物质中基本微粒空间排布的一种实验方法。从化学实验发展史看，化学长期以来处于唯象阶段，即主要是论述和研究一些从科学实践中观察到的化学反应和性质。随着科学技术的进步，人类的科学认识也不断向深层次发展。目前，化学已发展到了一个新的阶段，其主要特征是从微观结构去探讨和阐明宏观现象的实质。

关于物质分子结构的问题，早期的古典研究工作主要是通过化学反应去探讨结构。例如，对甲烷(CH4)分子结构的认识，是由甲烷能被四个氯原子取代生成 CCl4 的反应来确定的。现在的情况已大大改观了，可以采用结构分析实验的方法去直接通过物质物理性质的测定及其综合分析推导出它的结构。在结构分析实验中，新的物理方法起着主导作用，化学反应方法则成了一种辅助手段。例如，从物质的旋光性就可以很快地区别开乳酸的两种族光异构体，一种为左旋体，另一种为右旋体，它们的空间结构如同实物和镜像。而单纯用化学方法对此是无能为力的。

结构分析实验方法主要用于阐明物质的微观结构，但也广泛地用于化学分析。其优点是：样品用量少、快速、高选择性和高灵敏度，便于自动记录和控制，研究对象不被破坏等等。但与化学方法比较，所用的仪器较为昂贵、不易推广，机械光学和电子装置较为复杂，对于测试所得结果的解释要有一定的实践经验和一定的结构化学理论知识。因此，这种结构分析实验方法， 目前在我国中学化学教学中尚未涉及到。

1. 比较实验、析因实验、模拟实验(1)比较实验(又称对照实验)。

比较实验是指通过对照或比较来研究和揭示对象某种属性或某种原因的一种实验方法。这种实验要设置两个或两个以上的相似组样，一个是对照组，

① 林定夷著：科学研究方法概论，浙江人民出版社 1986 年版，第 335 页。

作为比较的标准，另一个是试验组，通过某种实验步骤，在两组之间判定实验组是否具有某种性质或影响。根据需要又可分为相对比较实验和对照比较实验。

相对比较实验 相对比较实验是把两个或多个实验对象作相对比较时采用的实验。例如，已知铂丝、铜网(铜丝)、氧化铁、三氧化二铬、氧化铁和二氧化锰的混合物等都可作为氨催化氧化制硝酸的催化剂。为了从中选择价廉、催化效果好的催化剂，就需要进行这种相对比较实验。又如，已知硝酸铵和碳酸氢铵对农作物的生长均有效，为了比较这两种氮肥的肥效，则可在相同农作物的两块农田上分别施用这两种氮肥，通过对两块农田作物的长势和收成的相对比较来判定它们的肥效。

对照比较实验 对照比较实验是把某个属于未知的事物同一个已知的事物作对比，以便确定某种因素的影响而安排的实验。例如，为了使学生认识二氧化锰对氯酸钾热分解反应速度的影响，就可采用对照比较实验，把未加二氧化锰的氯酸钾加热使之分解，作为对照标准，而给另一加有二氧化锰的氯酸钾加热同它进行比较，从而确认二氧化锰对氯酸钾分解反应速度的影响。又如，在确定某种化肥的肥效时，可以将一块未施该种化肥的农田作为对照标准，而使另一块施用该种化肥的试验田与之比较，即可确定该化肥是否有效。

比较实验是最常见的一种实验，不仅广泛应用于工农业生产和医学中的药物临床上，而且在化学科学实验研究与化学教学中也常使用，如为了确定某种因素(如温度、催化剂等)对某一特定化学反应的影响，以便确定实验的最佳条件时，就要进行比较实验。

1. 析因实验。

析因实验是指为了寻找、探索影响某事物的发生和变化过程的主要原因而安排的一种实验。这种实验的特点是：结果是已知的，而影响结果的因素特别是其主要因素是未知的。例如，19 世纪 80 年代，稀有气体氩的发现就是如此。当时英国物理学家雷利(L.Rayleigh，1830—1910)用两种不同的方法制取氮气，测定出氮气的密度并不相同。雷利对此现象无法作出解释，为了寻找产生这种结果的原因，他与英国化学家拉姆塞合作，做了如下的析因实验。拉姆塞通过自己设计的实验除去了空气中氧气、氮气、二氧化碳和水蒸气，最后得到的剩余气体体积仅为原来空气的 1／80。对这种剩余气体进行光谱分析，他确认它是一种新元素，这就是后来被命名为氩的气体。这个实验为雷利所做的两个实验产生不同的结果找到了原因。

进行析因实验首先要尽可能全面掌握影响结果的各种因素。为此，就要进行详细、周密的调查研究，不放过任何微小的可疑线索。因为有时恰恰是那些微不足道的因素，即是造成某种结果的重大原因。

如果有两个因素对析因实验产生影响时，可采用对照比较的方法来确定其主要影响因素。对于有多个影响因素的析因实验，可采用逐步排除的方法， 即每次在控制几种因素不变的情况下，只改变其中的一个因素，以确定每一个因素的具体影响，最后找出其主要原因。有时造成某种变化或现象的原因并不是哪一个因素单独起作用的结果，就要同时进行多变因素的析因实验。

1. 模拟实验。

模拟实验是指在科学研究中，由于受客观条件的限制，不允许或不能对研究对象进行直接实验，为了取得对研究对象的认识，人们可以通过模拟的

方法，选定研究对象的代替物(即模型)，模拟研究对象(即原型)的实际情况， 对代替物进行实验，这种实验就是模拟实验。例如，1953 年美国科学家米勒(S.L.Miller，1930— )为了探索生命的起源，做了一个微型化的模拟实验。米勒将甲烷(CH4)、氨(NH3)、氢(H2)和水蒸气的混合气体通入洁净的真空玻璃仪器，然后模仿原始地球大气层的闪电，给混合气体连续进行火花放电， 结果只用了一周的时间，便从混合气体中得到了构成蛋白质的多种氨基酸。米勒做的模拟实验为研究生命起源开辟了一条崭新的道路。

模拟实验的一个突出特点，就是既能使研究对象微型化，又能使研究对象扩大化，还能找出研究对象的理想代替物。例如，在医学研究上，为了探索某种化学药品的疗效和毒性，都不能在人体上进行实验，而是利用某些哺乳动物与人体在生理过程和病理过程具有相似性这一点，用某种动物代替人来做有关生理和病理的模拟实验，直到取得可靠的结果，然后才能应用于临床。

化学教学中，根据需要也可以进行模拟实验。如用麻雀或小白鼠代替人来做氮气窒息性或一氧化碳毒性的模拟实验。又如，在实验室里可以模拟化工生产的过程，进行氨氧化制硝酸或二氧化硫氧化制硫酸的模拟实验。化学教学中的模拟实验对学生智力的开发、能力的培养都有积极作用。