源于教材的實驗試題探析

文章編號:1005-6629(2010)07-0072-04 中圖分類號:G424.74 文獻標識碼:B

“源于教材又高于教材”是高考命題的重要原則，下面以四類“源于教材又高于教材”的化學實驗題為例，探討這類試題的命制特點，以期對高考實驗復習有所裨益。

1拓展教材原理

新教材中有很多概念和原理是以文字或圖表的形式呈現，若將其設計成實驗，可起到變抽象為直觀、化隱晦為形象的作用，這類實驗題以教材內容為依托，有廣闊的延展空間和極大的教學價值。

例1. 某化學興趣小組利用如下裝置(圖1)探究金屬的防護措施，實驗現象是鋅電極不斷溶解，鐵電極附近有氣泡產生。

(1)寫出負極反應方程式____________

(2)某學生認為，鐵電極可能參與反應，并對產物作出假設:

假設1:鐵參與反應，被氧化生成Fe2+

假設2:鐵參與反應，被氧化生成Fe3+

假設3:________________________

問題:請將假設3補充完整。

(3)為探究假設1、2，他采取如下操作:

①取0.1 mol·L-1 FeCl3 2 mL于試管，加入過量鐵粉;

②取試管上清液加入2滴K3Fe(CN)6溶液，生成藍色沉淀;

③取少量正極附近的液體滴入2滴 K3Fe(CN)6溶液，未見藍色沉淀生成;

④取少量正極附近的液體滴入2滴KSCN溶液，未見溶液變紅;

問題:①操作中鐵粉過量的現象是，據②、③現象得出的結論是，若④中溶液變紅，發生反應的離子方程式是

(4)該實驗原理應用在生產中可防護鋼鐵腐蝕，再舉一例防護鋼鐵腐蝕的措施

[解析]人教版、蘇教版在《金屬的腐蝕與防護》中用文字介紹了犧牲陽極的陰極保護方法，本題將文字設計成實驗，對教材原理進行了拓展，利于學生透徹掌握金屬防腐措施。問題簡析如下:

(1)Zn-2e-=Zn2+ (2)假設3 :鐵參與反應，被氧化生成Fe2+和Fe3+ (3)試管底部有不溶物存在，正極附近液體不含Fe2+， Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3(4)在鋼鐵表面涂油漆防腐(或其他合理答案)

2改進實驗裝置

新教材一些演示實驗、學生實驗存在瑕疵:有的實驗原理不清、有的實驗現象不明、有的實驗裝置繁雜等，強化原理、優化現象、簡化裝置是推動化學實驗教學發展的內驅力，這類題型的素材非常豐富，也一直是高考實驗命題的熱點。

例2. 某化學興趣小組利用如下裝置研究稀硝酸和銅的反應產物，實驗操作見下:

① 向U型管里注入一半高度的稀硝酸，用附有螺旋狀銅絲的膠塞塞住左端，另用一膠塞塞住右端，如圖2.1所示;

②將U型管朝左傾斜，稀酸液流向銅絲端，把空氣壓向另一端，如圖2.2所示;

③將U型管扶正，取下右端膠塞，銅絲表面有氣泡冒出，溶液顏色逐漸變成藍色，左端聚集無色氣體，如圖2.3所示;

④ ___________________________ ，如圖2.4所示;

⑤將U型管再次扶正，觀察無色氣體變成紅棕色，氣體顏色逐漸變淺，如圖2.5所示;

問題:(1)寫出③中發生反應的化學方程式___________，若③中產生了紅棕色氣體，產生該現象的原因是___________

(2)將④補充完整_________________

(3)⑤反應結束后，U型管左側氣體主要是___________________

(4)本實驗的優點有______________(寫2點)

[解析]稀硝酸和銅反應是經典的演示實驗，也是高考考查的熱點(如2009年北京理綜第27題)。本實驗巧妙控制稀硝酸流動，2次擠壓空氣，達到排除空氣和引入空氣的目的。儀器少、操作簡單、現象明顯、裝置封閉無污染是實驗改進的優點。問題簡析如下:

(1)3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，②操作使空氣沒有排盡，NO與O2生成了紅棕色的NO2氣體。

(2)問較難，操作④的目的是將U型管右側空氣壓回左端與NO反應，要考慮何時壓空氣和如何壓空氣的問題。當銅與稀硝酸反應停止時開始壓空氣，對比圖2.3、圖2.4可知，右端塞上塞子后才能壓(否則酸液流出)。操作要點:當酸液與銅絲脫離接觸時，用膠塞塞住右端，將U型管朝右傾斜，稀硫酸流向右端，右端空氣被壓入左端。

(3)NO和氧氣生成NO2，NO2又溶于水，發生總反應:4NO+3O2+2H2O=4HNO3，剩余氣體可能是O2或NO;還要考慮空氣中的氮氣。答案:N2和O2、N2和NO或N2

(4)實驗優點:儀器少、無污染(或其他合理答案)

3探究異常現象

在一個化學反應中，反應條件、實驗藥品、操作順序等很多因素都能影響正常的實驗現象出現，影響實驗現象的因素有很多異常現象。應該從這些因素中去分析思考，對實驗異常現象的探究是高考實驗命題亟待開墾的領域，這里大有文章可做。

例3.在蘇教版化學1“溴、碘提取”的活動與探究中有如下實驗:

實驗1在一支試管中加入2-3 mL KI溶液，加入少量新制氯水，滴加少量CCl4，振蕩靜置。現象:CCl4層呈現紫紅色，水層顯黃色。

異常現象分析:Cl2將KI氧化成碘單質，碘被CCl4萃取，水層應顯無色，為什么顯黃色?

為解釋異常現象，學生進行如下實驗:

實驗2在一支試管中加入2-3 mL KI溶液，加入少量新制氯水，滴加過量CCl4，振蕩靜置。現象:CCl4層呈紫紅色，水層顯黃色。

實驗3在一支試管中加入2-3 mL飽和碘水，滴加少量CCl4，振蕩靜置。現象:CCl4層呈紫紅色，水層幾近無色。

實驗4在一支試管中加入2-3 mL KI溶液，加入過量新制氯水，滴加少量CCl4，振蕩靜置。現象:水層和CCl4都呈無色。

實驗5 通過討論計算[1] ， 學生在試管中加入2 mL 0.2 mol·L-1 KI溶液和等體積新制的飽和氯水，滴加少量CCl4，振蕩靜置。現象:水層無色，CCl4紫紅色。

問題:由實驗2得出結論____，由實驗3得出結論____，實驗4發生的方程式為____ ，在實驗5中限定KI和飽和氯水的量，目的是____。

[解析]本實驗涉及到鹵素間的置換反應和萃取實驗，知識點常見，但對異常現象的探究卻很有新意，值得認真揣摩。問題簡析如下:

與實驗1比較，實驗2加入過量的CCl4，結論:水層顯黃色與加入CCl4的量無關。

與實驗1比較，實驗3是直接用CCl4萃取碘水中的碘，結論:CCl4能充分萃取碘水中的碘(水層無色)，水層顯黃色與KI有關。

與實驗1比較，實驗4加入過量的氯水，結果無碘生成(CCl4呈無色)， 說明碘被過量的氯水氧化成了碘酸，總離子方程式:I-+3Cl2+3H2O=IO3-+6H++6Cl-。

實驗5“限定KI和飽和氯水的量”，出現正常現象。那實驗1“水層顯黃色”的原因究竟是什么?歸納上述現象，我們得出如下觀點:Cl2將I-氧化成I2，若KI過量，I2與I-生成I3-而使水層顯黃色(此時CCl4不能將I2完全萃取);若氯水過量，I2被氧化成碘酸(水層和CCl4層都是無色)，所以，限定KI和飽和氯水量的目的是保證氯水與KI恰好完全反應生成碘單質，水中碘單質被CCl4萃取，水層無色CCl4顯紫紅色。

4 重組教材實驗

將零散、獨立的教材實驗進行拆裝、重組， 設計成新的綜合實驗， 借此考查學生遷移能力和綜合分析實驗問題的能力， 這是高考實驗命題常見方式。

例4 某同學利用下列裝置進行濃硫酸和銅反應，并驗證二氧化硫的性質。實驗操作:按圖3所示連接儀器和安放藥品，用酒精燈加熱濃硫酸1分鐘后撤去酒精燈，將銅絲插入液面下，10秒鐘后拉起銅絲。

問題:(1)將加熱后的試管充分靜置，觀察到試管底部有白色固體物出現，中間層是淺黃色液體(濃硫酸溶液)，上層是藍色溶液。白色沉淀物質的化學式是________，上述現象體現了濃硫酸的____________性質有____________________。

(2)三種試紙的顏色變化依次為 ____________、 ____________ 、____________;

(3)小試管中澄清石灰水始終未變渾濁，你的猜想是 ____________，請設計實驗方案證明之:

(4)某學生發現，常溫下將一銅片長時間放入16 mol·L-1濃硫酸的試劑瓶(密封)， 最終生成黑色物質(Cu2S)和淡藍色溶液(無刺激性氣體產生)。寫出反應方程式

[解析]本實驗將濃硫酸和二氧化硫的性質設計成綜合實驗，前2問比較基礎，第3問能澄清SO2遇石灰水一定變渾濁的認識誤區， 第4問說明濃硫酸在常溫下也能和銅反應[2]， 能完善學生認知結構，培養思維的變通性。問題簡析如下:

(1)濃硫酸和銅在加熱時反應為:Cu+2H2SO4 =CuSO4+SO2↑+2H2O，該反應體現了濃硫酸的氧化性和酸性(因生成了CuSO4)，上層藍色溶液是CuSO4溶液，中間是硫酸溶液，下層白色固體物質是無水硫酸銅CuSO4(濃硫酸吸收CuSO4·5H2O中的水)，體現了濃硫酸的吸水性。答案:CuSO4， 氧化性、酸性和吸水性

(2)藍色變紅色、紅色變白色(濾紙的顏色)、紫紅色變白色(濾紙的顏色)

(3)導氣管沒有深入試管液面下，是為了防倒吸，暗示SO2能大量溶于水(SO2的溶解度很大，是1∶40)， 大量 SO2易與 Ca(OH)2生成溶于水的Ca(HSO3)2而不產生CaSO3渾濁， 方程式:Ca(OH)2+2SO2 =

Ca(HSO3)2

設計實驗: 取小試管中溶液少許于另一試管，加入足量氫氧化鈉溶液，若有白色沉淀生成，證明猜想合理。

(4)銅在常溫下長時間也可以與濃硫酸反應，據信息可寫出方程式: 5Cu+4H2SO4(濃)=Cu2S+3CuSO4

+4H2O

以教材內容為素材設計實驗，借此拓展概念、原理，改進教材中實驗裝置，或探究異常實驗現象和重組教材實驗，在實驗復習中真正做到回歸課本超越課本、回歸實踐、提高能力，這將極大地推進高中化學實驗教學，也必將促進新課程理念下高考實驗題的命制工作。

參考文獻:

[1]宋志貴. 氯水與溴化鉀、碘化鉀溶液反應現象的探討[J].化學教育，2009，(3):66.

[2]李俊生.對常溫下銅和濃硫酸反應的研究[J].中學化學，2009，(5):21.