(2)優選法
優選法是指在單因素實驗中,如果不需要考查因素對實驗影響的全貌,而隻需找出最佳實驗條件,則可在因素所取水平的範圍內,按照“黃金分割法”來確定試驗點(在0618和0382的比例位置上)進行實驗的一種方法。
例如用優選法來探尋炭粉與氧化銅的最佳質量比。首先將1∶1、1∶2、1∶10依次編為1號、2號、10號;然後按0618和0382乘以總個數之值取號進行實驗,即可找出最佳的實驗條件。
10×0618=618取第6號進行實驗10×0382=382取第4號進行實驗實驗後發現第4號的實驗效果比第6號的好,那麼第二次則去掉7~10號,在1~6號中按照0618和0382乘以總個數之值取號進行實驗,即:
6×0618=37取第4號(實驗已做過)6×0382=22取第2號進行實驗實驗後發現第2號的實驗效果比第4號好,那麼第三次則去掉5~6號,在1~4號中按照0618和0382乘以總個數之值取號進行實驗,即:
4×0618=25取第3號進行實驗4×0382=15取第2號(實驗已做過)實驗後發現第3號實驗效果比第2號好,那麼,第3號即1∶3為炭粉與氧化銅的最佳質量比。
上例中的實驗,如果用全麵比較法,則需進行10次實驗,才能找出最佳實驗條件;如用優選法,則隻需4次(6號、4號、2號、3號)即可找出。可見,在探尋單因素化學實驗的最佳實驗條件時,優選法比全麵比較法的實驗次數要少得多,是一種實驗效率較高、較為經濟的方法。
(3)簡單比較法
對於多因素、多水平的化學實驗,如果用全麵比較法,其實驗次數太多。為了探尋最佳化學實驗條件,可采用簡單比較法,即固定其他因素變化一個因素的方法。例如影響某實驗效果的因素有A、B、C三種,每個因素又分別取三種水平:A1、A2、A3,B1、B2、B3,C1、C2、C3。如首先固定B和C於B1、C1,讓A變化:
B1C1A1A2A3若實驗結果以A3為最好,則固定A和C於A3、C1,讓B變化:
A3C1B1B2B3若實驗結果以B1為最好,則固定A和B於A3、B1,讓C變化:
A3A1C1C2C3若實驗結果C1為最好,則該實驗的最佳實驗條件為A3B1C1。
對於這種三因素三水平的實驗,如用全麵比較法則需27次實驗,如用簡單比較法則隻需9次實驗。可見,簡單比較法具有能夠通過較少的實驗次數找到較佳實驗條件的優點。但同全麵比較法相比,這種方法也有一定的缺點,主要是實驗範圍比較狹窄,代表性較差,因而用這種方法獲得的最佳實驗條件具有一定的片麵性。
(4)綜合比較法(或稱“正交實驗法”)為了保持全麵比較法和簡單比較法的優點,克服它們各自的缺點,用較少的實驗次數,找到代表性較強的最佳實驗條件,可以采用綜合比較法(或稱“正交實驗法”)。
正交實驗法是用正交表來安排多因素實驗,並通過計算、分析來尋找最佳實驗條件的一種方法。
同簡單比較法相比,綜合比較法除了代表性強的特點以外,在比較方式上也不相同、簡單比較法是通過固定其他條件改變一個條件,靜止地進行比較;而綜合比較法是在B、C變動的情況下來比較A,在A、C變動的情況下來比較B,在A、B變動的情況下來比較C,是一種動態、均衡、綜合的比較。
操作順序對化學實驗的影響
化學實驗的操作順序是依據實驗目的、反應原理和前人的經驗確定的。正確的操作順序不僅是實驗成功的關鍵,而且也是實驗安全的基本保證。安徽省淮南化校康西鵬老師就化學實驗的基本操作和常見的化學反應,分析了操作順序對化學實驗的影響:
不當的操作順序具有危險性(1)濃溶液的稀釋實驗
正確的操作是:在玻璃棒的引流下,將濃溶液沿容器壁緩緩倒入水中,並不斷攪拌。若將水倒入濃溶液中,則極可能因產生的大量溶解熱積聚,而使溶液沸騰,試劑飛濺,發生危險。
如濃硫酸的稀釋是其中典型的一例。
(2)玻璃容器的加熱實驗
正確的操作順序是:先給容器普遍預熱後,再對盛放試劑部位集中加熱。若不進行預熱而直接集中加熱,玻璃容器可能因受熱不均勻而爆裂。
(3)氧氣的排水集氣實驗
正確的操作是:氧氣收集完畢,先移出水中導管,後撤去酒精燈。若先撤去酒精燈,後移出水中導管,則水槽中的水便會在大氣壓強的作用下,沿導管倒流入製氣的試管,致使其驟冷爆裂。
(4)氫氣還原氧化銅實驗
正確的操作是:先通入氫氣,過一會兒,再加熱試管中的氧化銅。若先加熱氧化銅,再通入氫氣,則試管裏的空氣與通入的氫氣在加熱條件下極可能發生爆炸,而出現意外。
操作順序的變化,將使化學反應和實驗現象均發生變化(1)將氫氧化鈉溶液逐滴滴入氯化鋁溶液中