化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題的解法探討

綜觀五年（2007年—2011年）的廣東省高考試題，化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究試題的命題日趨成熟。試題很好地體現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)主旨。試題注重思維過(guò)程和語(yǔ)言表達(dá)能力的考查，是新課程高考的亮點(diǎn)和精華所在。

一、實(shí)驗(yàn)探究題的特點(diǎn)分析

從科學(xué)探究一般過(guò)程看，實(shí)驗(yàn)探究包括“提出問(wèn)題、作出假設(shè)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案”。廣東高考實(shí)驗(yàn)探究題是以給出材料為基礎(chǔ)，作出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理的分析和解釋，以考查考生“使用恰當(dāng)?shù)姆椒?yàn)證簡(jiǎn)單的化學(xué)事實(shí)”和“具有對(duì)一些化學(xué)問(wèn)題進(jìn)行初步探究”的能力。

二、實(shí)驗(yàn)探究題的解法歸納

實(shí)驗(yàn)探究題的邏輯性很強(qiáng)，題目中的每一個(gè)條件，每一個(gè)步驟，都有著緊密的聯(lián)系。遇到實(shí)驗(yàn)題時(shí)，著重考查能否根據(jù)問(wèn)題提出假設(shè)，能否利用身邊的材料設(shè)計(jì)探究假設(shè)的實(shí)驗(yàn)方案（包括設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)），能否按照實(shí)驗(yàn)計(jì)劃準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，有步驟地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能否按照實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范要求完成實(shí)驗(yàn)，能否安全地使用各種實(shí)驗(yàn)器具，能否依據(jù)現(xiàn)象歸納得出結(jié)論等等。

1． 假設(shè)時(shí)注意：假設(shè)的內(nèi)容是由問(wèn)題決定的；假設(shè)的作出與基本預(yù)測(cè)有關(guān)系（如果基本預(yù)測(cè)是肯定的，假設(shè)就是肯定的假設(shè)；如果基本預(yù)測(cè)是否定的，假設(shè)就是否定的假設(shè)；如果預(yù)測(cè)是中立的，假設(shè)就是中立的假設(shè)）；作出的假設(shè)是可以檢驗(yàn)的（假設(shè)在實(shí)驗(yàn)之前沒(méi)有正確和錯(cuò)誤之分只有可檢驗(yàn)和不可檢驗(yàn)之分）。

2． 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案要從實(shí)際實(shí)驗(yàn)角度制定，充分考慮相關(guān)實(shí)驗(yàn)基本操作和試劑用量的基礎(chǔ)上，形成具體的實(shí)驗(yàn)步驟。如果實(shí)驗(yàn)材料和用具是給定的，要考慮每一種材料和用具的作用，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料和用具來(lái)推斷實(shí)驗(yàn)步驟；如果材料是自選的，也可以先確定實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體操作步驟來(lái)推斷實(shí)驗(yàn)材料和用具。

3． 探究性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基本句式是“如果……，那么……。”，“如果”后面跟的是預(yù)測(cè)的現(xiàn)象，“那么”后面跟的是相應(yīng)的結(jié)論。

三、實(shí)驗(yàn)探究題的典例分析

【例1】已知FeSO4在不同條件下分解得到的產(chǎn)物不同，可能是FeO和SO3，也可能是Fe2O3、SO3和SO2。某研究小組探究在酒精噴燈加熱條件下FeSO4分解的氣體產(chǎn)物。已知SO3的熔點(diǎn)是16.8℃，沸點(diǎn)是44.8℃。

（1）裝置Ⅱ的試管中不裝任何試劑，其作用是_______________________，試管浸泡在50℃的水浴中，目的是________________________________。

（2）裝置Ⅲ和裝置Ⅳ的作用是探究本實(shí)驗(yàn)氣體產(chǎn)物成分。請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，填寫(xiě)檢驗(yàn)試劑、預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論。

限選試劑：3mol·L－1H2SO4、6mol·L－1NaOH、0.5mol·L－1BaCl2、0.5mol·L－1Ba(NO3)2、0.01mol·L－1酸性KMnO4溶液、0.01mol·L－1溴水。

（3）裝置Ⅴ的作用是防止尾氣污染環(huán)境，燒杯中應(yīng)加入的試劑是 。

解析：該題是與實(shí)驗(yàn)裝置相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)探究題，實(shí)驗(yàn)以FeSO4的分解為素材，考查基本儀器的使用和常見(jiàn)氣體的檢驗(yàn)。（1）由圖可知，裝置Ⅰ是用以FeSO4在高溫下的分解，分解所得的氣體產(chǎn)物可能是SO3或SO3和SO2的混合氣，由于SO3的沸點(diǎn)是44.8℃，若溫度低于44.8℃，則會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，為防止SO3液化，所以把試管浸泡在50℃的水浴中；由于SO3和SO2均易與水反應(yīng)，在通入溶液前連接一個(gè)空載裝置的目的是為了防止發(fā)生倒吸現(xiàn)象。（2）依據(jù)試題所提供試劑，探究氣體產(chǎn)物中含有SO3可選用0.5mol·L－1BaCl2溶液，為防止在酸性條件下HNO3氧化SO2，影響SO2的檢驗(yàn)，不得選用0.5mol·L－1Ba(NO3)2溶液，探究產(chǎn)物中是否含有SO2可選用0.01mol·L－1酸性KMnO4溶液或0.01mol·L－1溴水，依據(jù)溶液顏色的變化確定是否含有SO2。（3）由于反應(yīng)產(chǎn)生的酸性氣體會(huì)污染環(huán)境，所以必須用堿性試劑吸收尾氣。

答案：（1）防止溶液倒吸入裝置Ⅰ，防止SO3液化或凝固（2）

（3）6mol·L－1NaOH溶液

【方法歸納1】書(shū)寫(xiě)步驟時(shí)，一要注意取樣，如試樣是固體一般是“取適量試樣研磨成粉，將粉末在燒杯中溶解……”；試樣是液體或溶液一般是“取試樣少許或上層清液或洗滌液于試管中……”；試樣是草本植物一般是“取試樣少許灼燒成灰，將灰在燒杯中溶解溶解，過(guò)濾……”。二要注意試劑的選擇，不要選擇試題沒(méi)有提供的試劑，如試題提供的氧化劑是稀硝酸，就不能用沒(méi)用提供的酸性高錳酸鉀溶液；再如試題提供濃硫酸沒(méi)有提供稀硫酸，而實(shí)驗(yàn)必須用到稀硫酸，就一定要有濃硫酸的稀釋過(guò)程。三要注意標(biāo)明試劑的濃度和用量，濃度可以是試題提供的，用量一定要考慮試劑的性質(zhì)，反應(yīng)的要求。格式可以為“向0.1mol/L‘XX’溶液中加入適量或少量或過(guò)量0.1mol/L‘YY’”。

【例2】純堿、燒堿等是重要的化工原料。

（1）利用圖2所示裝置可間接證明二氧化碳與燒堿溶液發(fā)生了反應(yīng)：將A與B連接，打開(kāi)止水夾，將膠頭滴管中的液體擠入燒瓶，此時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是

，反應(yīng)的離子方程式是 。

（2）向100mL2mol/L的NaOH溶液中通入一定量CO2，充分反應(yīng)后將溶液在一定條件下蒸發(fā)結(jié)晶，得到少量的白色固體。試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)該白色固體的成分。

①提出合理假設(shè)。假設(shè)1. 該白色固體為NaOH和Na2CO3；假設(shè)2. 該白色固體為只有Na2CO3；假設(shè)3． 該白色固體為只有NaHCO3；假設(shè)4. 該白色固體為 。

②基于假設(shè)1. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明固體的成分是NaOH和Na2CO3。請(qǐng)?jiān)诖痤}卡上寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟及預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。（步驟可不填滿也可增加）限選實(shí)驗(yàn)試劑及儀器： 1moL·L－1HCl溶液、1mol·L－1MgCl2溶液、0.5moL·L－1BaCl2溶液、1mol·L－1Ba(OH)2溶液、甲基橙試液、酚酞試液、試管、膠頭滴管、過(guò)濾裝置。

解析：（1）由于NaOH與CO2反應(yīng)，2OH-+CO2=CO32-+H2O（或OH-+CO2=HCO），使得燒瓶?jī)?nèi)氣體的物質(zhì)的量減少，壓強(qiáng)小于外界大氣壓，所以廣口瓶中的水會(huì)倒吸進(jìn)入燒瓶中。（2）由于NaOH和CO2相對(duì)用量不同，可能發(fā)生不同的反應(yīng)，所以蒸發(fā)結(jié)晶所得固體產(chǎn)物可能有四種情況：只有Na2CO3、只有NaHCO3、NaOH和Na2CO3和Na2CO3和NaHCO3，因?yàn)镹aOH和NaHCO3會(huì)相互反應(yīng)，所以不可能得到NaOH和NaHCO3。（3）由題給試劑檢驗(yàn)NaOH最好用酚酞試液，由于Na2CO3在溶液中水解使溶液顯堿性，會(huì)干擾NaOH的檢驗(yàn)，所以要加入過(guò)量的0.5moL·L-1BaCl2溶液檢驗(yàn)并排除對(duì)NaOH檢驗(yàn)的干擾。

答案：（1）水沿導(dǎo)管由廣口瓶進(jìn)入燒瓶（或：水倒吸進(jìn)入燒瓶），2OH-+CO2=CO+H2O（或OH-+CO2=HCO3-）（2）Na2CO3和NaHCO3

【方法歸納2】對(duì)于有關(guān)步驟、預(yù)期現(xiàn)象及結(jié)論的概括，要用規(guī)范的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)，表達(dá)過(guò)程中一定要按格式答題，同時(shí)要體現(xiàn)出科學(xué)、等量、單一變量與對(duì)照性等原則。表述時(shí)要注意：取適量的物質(zhì)……(取樣：寫(xiě)明適量或少量，分成A、B、C等試管)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)……(寫(xiě)滴加操作，寫(xiě)過(guò)量或少量或幾滴，寫(xiě)濃度mol/l或%，再寫(xiě)操作振蕩、靜置、過(guò)濾等)，如果有……(現(xiàn)象)，則得出……(結(jié)論)，如果沒(méi)有……(現(xiàn)象)，則得出……(結(jié)論)。

四、實(shí)驗(yàn)探究題的強(qiáng)化練習(xí)

1． 某同學(xué)為了驗(yàn)證Fe3+是否能氧化H2SO3生成了SO2-4，他用50mL0.1mol/LFeCl3溶液吸收制取SO2氣體的尾氣，再進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：

（1）檢驗(yàn)吸收液中的SO： ，則證明Fe3+能把H2SO3氧化為SO。

（2）請(qǐng)配平并完成上述反應(yīng)中的化學(xué)方程式：2FeCl3+SO2+ =2FeCl2+H2SO4+2HCl，反應(yīng)中的氧化產(chǎn)物是 （寫(xiě)化學(xué)式）。

（3）吸收液中除了含有H+、Cl－、SO以外，對(duì)其它成份（Fe3+、Fe2+、H2SO3）的可能組合進(jìn)行探究：

①提出假設(shè)。假設(shè)1：溶液中存在Fe3+、Fe2+；假設(shè)2：溶液中存在 ；

假設(shè)3：溶液中存在Fe2+ 而不存在H2SO3（恰好完全反應(yīng)）。

②設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證假設(shè)。請(qǐng)?jiān)诒碇袑?xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟以及預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論（可以不填滿）。限選實(shí)驗(yàn)試劑和儀器：試管、滴管、0.1moL·L-1KMnO4、0.1moL·L-1KSCN溶液、品紅稀溶液。

解析：（1）檢驗(yàn)SO2-4必須防止SO2-3的干擾，所以檢驗(yàn)時(shí)要先滴入足量的稀鹽酸排除SO2-3的干擾，再加入氯化鋇溶液。（2）依據(jù)質(zhì)量守恒定律可知方程式右邊的缺項(xiàng)為H2O，依據(jù)化合價(jià)升降的規(guī)律可知氧化產(chǎn)物為H2SO4。（3）由于用Fe3+可以氧化H2SO3，故Fe3+與H2SO3不能共存，溶液中有H2SO3就一定有Fe2+，依據(jù)假設(shè)1和假設(shè)3不難得出假設(shè)2為溶液中存在Fe2+、H2SO3。由題給信息可知步聚1是檢驗(yàn)溶液中是否存在Fe3＋，因此可以加入0.1mol/LKSCN溶液；設(shè)計(jì)步驟2時(shí)要考慮到Fe2+和H2SO3均具有還原性，都能使KMnO4溶液褪色，不能使用KMnO4溶液，應(yīng)該選用品紅稀溶液。

答案：（1）取少量樣品溶液于試管中（1分），先滴入足量的稀鹽酸（1分），再滴入氯化鋇溶液（1分），如果有白色沉淀生成（1分）（2）2H2O（2分），H2SO4（2分）（3）①假設(shè)2：Fe2+、H2SO3（2分）②

2． 某研究性學(xué)習(xí)小組在網(wǎng)上收集到如下信息：Fe（NO3）3溶液可以蝕刻銀，制作美麗的銀飾。他們對(duì)蝕刻銀的原因進(jìn)行了如下探究：

[實(shí)驗(yàn)]制備銀鏡，并與Fe（NO3）3溶液反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)銀鏡溶解。

[提出假設(shè)]

假設(shè)1： 。

假設(shè)2：Fe（NO3）3溶液顯酸性，在此酸性條件下NO3—能氧化Ag。

假設(shè)3：Fe（NO3）3溶液中的Fe3＋和NO3- 都氧化了Ag。

[設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案]

（1）基于假設(shè)1和假設(shè)2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。請(qǐng)?jiān)诖痤}卡上寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟以及預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。（提示： NO3-在不同條件下的還原產(chǎn)物較復(fù)雜，有時(shí)難以觀察到氣體產(chǎn)生）。

（2）若假設(shè)1和假設(shè)2經(jīng)驗(yàn)證均成立，是否能得出假設(shè)3成立。若能，請(qǐng)用離子方程式簡(jiǎn)述你的理由： 。

解析：解答此題應(yīng)以“Fe（NO3）3溶液反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)銀鏡溶解”為事實(shí)基礎(chǔ)，分析Fe（NO3）3溶液的成分及性質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上提出假設(shè)。由于Fe3＋具有氧化性，可能氧化Ag，由于Fe3＋具有水解性，在酸性條件下NO-3也可能氧化Ag，同樣也可能是在酸性條件下Fe3＋和NO-3共同作用的原因。驗(yàn)證假設(shè)1可以選用Fe（NO3）3溶液，驗(yàn)證假設(shè)2必須保證溶液中存在NO-3并顯酸性。

答案：假設(shè)1：Fe3＋具有氧化性，能氧化Ag

（3）能（1分）4Fe3++6H2O+9Ag+3NO－3=4Fe（OH）3+9Ag++3NO↑

（作者單位：東莞中學(xué)松山湖學(xué)校）

責(zé)任編校 李平安