化學(xué)實驗專題：實驗探究題的設(shè)計與解法

實驗專題09年高考二輪專題復(fù)習(xí)09年高考二輪專題復(fù)習(xí)實驗探究題的設(shè)計與解法安徽省潛山中學(xué)儲永紅

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2/6/20232009年安徽省高考考試說明

理科綜合——化學(xué)部分考試的能力要求

3．化學(xué)實驗與探究能力

(1)了解并初步實踐化學(xué)實驗研究的一般過程，掌握化學(xué)實驗的基本方法和技能。

(2)在解決簡單化學(xué)問題的過程中，運用科學(xué)的方法，初步了解化學(xué)變化規(guī)律，并對化學(xué)現(xiàn)象提出科學(xué)合理的解釋?；瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，所以有化學(xué)實驗即科學(xué)探究之說法?？v觀近幾年課改區(qū)高考，側(cè)重于考察探究性實驗。這些探究性實驗的試題，綜合性強，理論和實踐的聯(lián)系緊密，有的還提供一些新的信息，要求考生必須冷靜的審題，聯(lián)系所學(xué)過的知識和技能，進(jìn)行知識的類比、遷移、重組，全面細(xì)致的思考才能正確作答。

命題規(guī)律：

一、實驗探究題的設(shè)計思路1、準(zhǔn)確地把握實驗?zāi)康?、利用已學(xué)知識，分析如何實現(xiàn)這個目的

-－實驗原理3、結(jié)合實驗材料，初步確定設(shè)計對策－－實驗方案[例1]某課外興趣小組為了探究鐵與硫在隔絕空氣的條件下反應(yīng)所得固體M的成分，設(shè)計了如右圖裝置。傾斜A使稀硫酸(足量)與固體M充分反應(yīng)，待反應(yīng)停止后，B裝置增重，C裝置中溶液無變化，反應(yīng)后進(jìn)入量氣管氣體的體積為VmL（已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），由上述實驗事實可知：二、實驗探究題設(shè)計的類型及解法1、未知產(chǎn)物的探究（1）固體M中一定有的物質(zhì)是

（填化學(xué)式）理由是

。

（2）B裝置的名稱是

。寫出B裝置中反應(yīng)的離子方程式

。（3）C裝置的作用是

，如果實驗中沒有B裝置，則C裝置中產(chǎn)生的現(xiàn)象是

。生成黑色沉淀FeS、FeB裝置增重、量氣管有氣體洗氣瓶2OH－+H2S=2H2O+S2－證明H2S已被B中NaOH溶液完全吸收（4）稀硫酸和固體M反應(yīng)后溶液中還殘留淡黃色固體，該固體是

，要分離出該固體，在實驗操作中，除燒杯外還需要用到的玻璃儀器是

。（5）通過進(jìn)一步實驗，測得固體M中各種成分的質(zhì)量之和小于反應(yīng)前鐵粉和硫粉的質(zhì)量之和，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是

。a．M中有未反應(yīng)的鐵和硫b．測定氣體體積時水準(zhǔn)管的水面高于量氣管的水面c．A中留有反應(yīng)生成的氣體d．氣體進(jìn)入D裝置前未用濃硫酸干燥硫漏斗、玻璃棒b、C

[反思.心得]對未知產(chǎn)物的探究通過化學(xué)反應(yīng)原理猜測可能生成哪些物質(zhì)，對這些物質(zhì)一一的檢驗來推測出究竟含有哪些物質(zhì)。雖然探究性實驗主要考察學(xué)生的探究能力，但在問題的設(shè)置上常常包含了對實驗基礎(chǔ)知識

的考查比如：1、常見物質(zhì)分離提純方法：結(jié)晶法、蒸餾法、過濾法、升華法、萃取、滲析法等

2、常見氣體的制備、凈化、干燥、收集方法。

3、熟悉重點操作：（1）氣密性檢查（2）量氣操作（3）防倒吸、防污染操作2、物質(zhì)成分的探究[例2]已知某混合金屬粉末，除鋁外還含有鐵、銅中的一種或兩種，所含金屬的量都在5%以上。請設(shè)計合理實驗探究該混合金屬粉末中鐵、銅元素的存在。僅限選擇的儀器和試劑：燒杯、試管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、藥匙；1mol/L硫酸、2mol/L硝酸、2mol/LNaOH溶液、20%KSCN溶液。完成以下實驗探究過程：(1)提出假設(shè)：假設(shè)1：該混合金屬粉末中除鋁外還含有_______元素；假設(shè)2：該混合金屬粉末中除鋁外還含有_____

元素；假設(shè)3：該混合金屬粉末中除鋁外還含有Fe、Cu元素；(2)設(shè)計實驗方案：基于假設(shè)3，設(shè)計出實驗方案，并敘述實驗操作、預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。Cu(順序可交換)Fe編號實驗操作預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論①用藥匙取少許樣品，加入試管A中，再用滴管取過量NaOH溶液并滴加到試管A中，充分反應(yīng)后，靜置，棄去上層清液，剩余固體備用。樣品部分溶解，并有氣體放出。②往試管A的剩余固體中加過量稀硫酸，充分反應(yīng)后，靜置。取上層清液于試管B中，剩余固體備用固體部分溶解，并有氣體放出，溶液呈淺綠色，可能含鐵。③往試管B中加入少許稀硝酸，再滴加KSCN溶液溶液先變黃色，加KSCN后顯血紅色，結(jié)合②可知，一定含鐵。④往②剩余固體中加入稀硝酸，再滴加NaOH溶液固體溶解，有無色刺激性氣體產(chǎn)生并很快變成紅棕色，溶液顯藍(lán)色，加NaOH溶液后有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生，一定含銅。

[反思.心得]通過可能的組成方式合理猜想，設(shè)計具體的實驗方案來驗證對應(yīng)的猜想。物質(zhì)成分的探究

設(shè)計中既包含了對實驗基礎(chǔ)知識

的考查，又要考慮實驗設(shè)計的科學(xué)性、安全性、簡約性、可操作性。

對于物質(zhì)性質(zhì)掌握的熟練程度是解題的關(guān)鍵，這種探究題要與元素化合物知識有機的聯(lián)系起來。

[例3]某學(xué)生按圖示方向?qū)裝置與下面所示裝置相連，設(shè)計如下實驗，請幫助完成實驗報告。3、物質(zhì)性質(zhì)的探究（一）實驗?zāi)康模貉芯胯F與濃硫酸的反應(yīng)（二）實驗藥品：鐵釘、濃硫酸、酸性高錳酸鉀溶液、品紅溶液、氧化銅、硫酸銅溶液（三）實驗步驟：實驗內(nèi)容和步驟實驗

現(xiàn)象結(jié)論①連接好裝置并檢查氣密性②將鐵釘加入到燒瓶中，再向其中滴加濃硫酸③先點燃A再點燃G處酒精燈片刻后燒瓶中溶液有顏色變化，并有氣泡產(chǎn)生鐵遇冷的濃硫酸發(fā)生鈍化鐵表面的氧化物被破壞并發(fā)生反應(yīng)，溶液有Fe3+生成，并伴隨有SO2氣體產(chǎn)生。未見明顯現(xiàn)象（四）問題探究：該學(xué)生在實驗過程中，觀察到D裝置中溶液顏色逐漸變淺，E裝置中溶液顏色未見明顯變化，再過一段時間后，G裝置中氧化銅粉末由黑色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，氣球H逐漸鼓起，此時E裝置中溶液顏色仍未明顯變化。⑴G裝置中氧化銅由黑變紅，請結(jié)合化學(xué)方程式說明原因是：⑵為證明鐵釘與濃硫酸在不加熱時是否發(fā)生反應(yīng)，可采用的方法是：取兩根無銹鐵釘，一根放置在冷的濃硫酸浸泡一段時間后，一根不做任何處理；然后將兩根鐵釘分別置于等濃度的硫酸銅溶液中，觀察鐵釘表面是否有紅色物質(zhì)析出：若在冷的濃硫酸中浸泡過的鐵釘上沒有紅色物質(zhì)析出，則表明在不加熱時，鐵釘與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)，否則鐵釘與濃硫酸不發(fā)生反應(yīng)。對比實驗：2、無論是無機物、還是有機物性質(zhì)的探究，都必須在牢牢掌握元素化合物知識的基礎(chǔ)上，大膽猜想，細(xì)心論證，脫離了元素化合物知識孤立的看實驗問題是不科學(xué)的。只有靈活運用已有的元素化合物知識，就能變探究性實驗為驗證性實驗，使復(fù)雜問題簡單化。[反思]1、在探究過程中往往可以通過對比實驗，即設(shè)置幾組平行實驗來對照，比較，從而研究和揭示某種規(guī)律，解釋某種現(xiàn)象形成的原因或證明某種反應(yīng)機理。4、物質(zhì)變化條件的探究[例4]鐵暴露在空氣中會生銹。不知你注意了沒有，將蘋果切開不久，果肉上就會產(chǎn)生一層咖啡色的物質(zhì)，也好象是生了“銹”一樣。某化學(xué)活動小組對此進(jìn)行了探究?！咎岢鰡栴}】切開的蘋果“生銹”與什么因素有關(guān)？【猜想與假設(shè)】猜想①：可能與空氣沒有關(guān)系，只是果肉內(nèi)的物質(zhì)自身相互反應(yīng)而“生銹”。猜想②：可能是果肉中的物質(zhì)與空氣中的氧氣作用而“生銹”；猜想③：可能是果肉中的物質(zhì)與空氣中的氮氣作用而“生銹”；猜想④：可能是果肉中的物質(zhì)與空氣中的二氧化碳作用而“生銹”；猜想⑤：可能是果肉中的物質(zhì)與空氣中的氧氣作用而“生銹”，并且蘋果“生銹”的速度還可能與溫度有關(guān)?！臼占C據(jù)】

（一）查閱有關(guān)資料：已知蘋果“生銹”是果肉里的物質(zhì)（酚和酶）與空氣中的一種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成咖啡色的物質(zhì)。（二）實驗探究：針對上面的猜想①至猜想⑤，化學(xué)活動小組依次設(shè)計了實驗方案，進(jìn)行了實驗驗證，并依次觀察到下列實驗現(xiàn)象。請你將他們設(shè)計的可行的實驗探究方案，填寫在下表中。猜想可行的實驗方案觀察到的實驗現(xiàn)象猜想①將一小塊果肉浸入盛有蒸餾水的燒杯中，觀察現(xiàn)象。果肉表面不變色。猜想②果肉表面變色。猜想③果肉表面不變色。猜想④果肉表面不變色。猜想⑤溫度高的先變色。將一小塊切開的蘋果放入盛有氧氣的集氣瓶中，觀察現(xiàn)象。

將切開的蘋果放入盛有氮氣的集氣瓶中，觀察現(xiàn)象。將切開的蘋果放入盛有二氧化碳的集氣瓶中，觀察現(xiàn)象。各取一小塊蘋果分別放入兩支集滿氧氣的試管中，將其中一支試管放入熱水中，觀察兩試管中蘋果的變色速度?！痉此寂c評價】

（1）在②—⑤四種猜想中，你認(rèn)為猜想

（填代號）最不合理，理由是

。（2）在驗證猜想①時，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，如果水不與空氣隔絕，果肉放在水中時間長了也會變色，其可能的原因是

?！镜贸鼋Y(jié)論】

。是果肉中的成分與氧氣作用的結(jié)果，“生銹”的速度與溫度有關(guān)，溫度越高，果肉變色速度越快。氮氣化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，通常不與其它物質(zhì)反應(yīng)。水中溶解了氧氣【應(yīng)用】根據(jù)上述結(jié)論，要防止果汁變質(zhì)，果品加工廠加工和保存果汁時可采取的措施是：將水果在隔絕空氣的條件下加工，采用真空包裝并低溫保存。③【反思與總結(jié)】：對于這類題目而言通常采用控制變量法來達(dá)到目的。在控制變量的同時，就會出現(xiàn)各種各樣的比較和對比，從中找出異同，解決問題。5、化學(xué)反應(yīng)原理的探究【例5】：某研究性學(xué)習(xí)小組為了探究鎂粉與溴水反應(yīng)的機理，做了如下四組實驗：（1）將鎂粉投入冷水中，未見任何現(xiàn)象；（2）將鎂粉放入溴水中，觀察到只是開始時產(chǎn)生極少量的氣泡，但溴水的顏色逐漸褪去；（3）將鎂粉放入液溴中，未觀察到任何明顯現(xiàn)象；（4）向含足量鎂粉的液溴中滴加幾滴水，觀察到溴的紅棕色很快褪去。則下列關(guān)于鎂與溴水的反應(yīng)機理的論述中正確的是（）A、鎂粉只能直接與溴水中的溴反應(yīng)B、水是鎂粉與溴發(fā)生反應(yīng)的催化劑C、（2）中產(chǎn)生的極少量氣泡是由于鎂粉與水反應(yīng)得到D、鎂粉與溴水中的H+發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致平衡移動使溴水褪色B【變式】在溴水中加入鎂粉，溴水褪色。對于褪色的原因，甲認(rèn)為是溴溶于水后，溴和水發(fā)生了可逆反應(yīng):Br2+H2OHBr+HBrO

當(dāng)向溴水中加入鎂粉之后，則發(fā)生以下兩種反應(yīng)：

Mg+2HBr=MgBr2＋H2↑

｀

Mg+2HBrO=Mg(BrO)2+H2↑由于上述反應(yīng)的發(fā)生，使溴水中的平衡向正反應(yīng)方向移動，從而使溴水褪色。乙認(rèn)為，鎂是活潑金屬，在溴水中存在大量的溴，應(yīng)該是溴與鎂粉直接反應(yīng)：Mg+Br2=MgBr2，而使溴水褪色。如何設(shè)計方案探究甲和乙的解釋是否正確？探究方案：1：在溴水中加入鎂粉，立即觀察現(xiàn)象，若短時間內(nèi)有有大量氣體產(chǎn)生，則甲的解釋正確。若短時間內(nèi)沒有大量氣體產(chǎn)生，則乙的解釋正確。2：把鎂粉加入到溴的四氯化碳溶液中，看溴的四氯化碳溶液是否褪色，若不褪色，說明鎂不能與干燥的溴發(fā)生反應(yīng)。若褪色，說明乙是對的。重大的發(fā)現(xiàn)可能就來自于平時的生活中，只要我們鼓勵學(xué)生勤于發(fā)現(xiàn)，勇于探究；在對所研究事物或現(xiàn)象的原因未知情況下，根據(jù)已有的認(rèn)識，在觀察和實驗的基礎(chǔ)上，通過對化學(xué)事實和現(xiàn)象的歸納、類比，作出判斷性解釋或說明，這就是化學(xué)中的假說；事實上，在化學(xué)發(fā)展史上，化學(xué)理論的形成和發(fā)展就是化學(xué)假說不斷被提出、證實和證偽的過程。［反思］6、對實驗方案的探究【例6】

Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，請你推測可能有哪些產(chǎn)物？并設(shè)計實驗來驗證。[提示]

經(jīng)查資料得知：CuCO3和Cu(OH)2均不帶結(jié)晶水。假設(shè)一：__________________________假設(shè)二：__________________________假設(shè)三:___________________________Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后直接發(fā)生沉淀反應(yīng)，生成CuCO3沉淀。Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后發(fā)生雙水解反應(yīng)，生成Cu(OH)2沉淀。Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后既發(fā)生沉淀反應(yīng)，又發(fā)生雙水解反應(yīng)，生成CuCO3和Cu(OH)2兩種沉淀的混合物。方案一：向洗滌干凈并低溫烘干的沉淀中加入鹽酸，證明生成物中含CuCO3，另取沉淀加熱灼燒，檢驗生成的水，證明生成物中含Cu(OH)2。澄清Ca(OH)2粘有無水CuSO4的棉球方案二：將洗滌干凈并低溫烘干的沉淀直接加熱灼燒，將生成的氣體依次通過無水硫酸銅、澄清石灰水，檢驗生成的水或二氧化碳，證明生成物中含Cu(OH)2或CuCO3或兩者兼有。

【思考】裝置B、C能否調(diào)換位置？該裝置有沒有不嚴(yán)密之處？更嚴(yán)密【反思】對實驗方案的探究，首先要明確實驗?zāi)康暮鸵?，然后結(jié)合問題運用有關(guān)化學(xué)知識和實驗技能對實驗的儀器、步驟、方法進(jìn)行逐步的分析研究。其中，有關(guān)方案的設(shè)計要特別明確：首先原理要具有科學(xué)性，不能憑空捏造。最后實驗裝置要簡易，操作必須安全可行，效果要明顯?！拘〗Y(jié)】探究性實驗習(xí)題，充分體現(xiàn)了新課程理念，考察了學(xué)生通過化學(xué)實驗獲取化學(xué)知識的能力。在探究過程中要力求做到：依據(jù)信息提出假設(shè)實驗探究得出結(jié)論我們應(yīng)提醒學(xué)生實驗探究題的解答注意點：