化學實驗探究題如何解答

安徽 湯 偉（特級教師）

化學實驗探究題如何解答

安徽 湯 偉（特級教師）

化學實驗探究題能夠較好地考查考生綜合應用知識的能力，是考查考生學科素養的較好題型，如何解答該類高考題型？下面我們以2016高考試題為例，針對該類高考化學實驗探究題型做出分析，供參考。

1．對已知物質性質的探究

該類試題注重考查考生能否將所學知識融會貫通，靈活應用所學知識。解答該類試題的關鍵點是需要熟識所學物質的相關性質及其性質演變出的各種現象。

例題1 （2016全國Ⅱ，28）某班同學用如下實驗探究Fe2＋、Fe3＋的性質。

回答下列問題：

（1）分別取一定量氯化鐵、氯化亞鐵固體，均配制成0．1mol／L的溶液。在FeCl2液中需加入少量鐵屬，其目的是____________________________________________________。

（2）甲組同學取2mL FeCl2溶液，加入幾滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液變紅，說明Cl2可將Fe2＋氧化。FeCl2溶液與氯水反應的離子方程式為_________________。

（3）乙組同學認為甲組的實驗不夠嚴謹，該組同學在2mL FeCl2溶液中先加入0．5mL煤油，再于液面下依次加入幾滴氯水和l滴KSCN溶液，溶液變紅，煤油的作用是______________________________________________________。

（4）丙組同學取10mL 0．1mol／L KI溶液，加入6mL 0．1mol／L FeCl3溶液混合。分別取2mL此溶液于3支試管中進行如下實驗：

①第一支試管中加入1mL CCl4充分振蕩、靜置，CCl4層呈紫色；

②第二只試管中加入1滴K3［Fe（CN）6］溶液，生成藍色沉淀；

③第三支試管中加入1滴KSCN溶液，溶液變紅。

實驗②檢驗的離子是________（填離子符號）；實驗①和③說明：在I－過量的情況下，溶液中仍含有________（填離子符號），由此可以證明該氧化還原反應為________。

（5）丁組同學向盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液，溶液變成棕黃色，發生反應的離子方程式為_________________；一段時間后，溶液中有氣泡出現，并放熱。隨后有紅褐色沉淀生成。產生氣泡的原因是_________________________；生成沉淀的原因是_________________________（用平衡移動原理解釋）。

【解析】（1）亞鐵離子具有較強的還原性，能被空氣中的氧氣氧化，所以在配制的FeCl2溶液中加入少量鐵屬的目的是防止Fe2＋被空氣中氧氣氧化；（2）Cl2可將Fe2＋氧化成鐵離子，自身得電子生成氯離子，反應的離子方程式為；（3）防止空氣中的氧氣將Fe2＋氧化，產生干擾，所以煤油的作用是隔絕空氣；（4）根據Fe2＋的檢驗方法，向溶液中加入1滴K3［Fe（CN）6］溶液，生成藍色沉淀，一定含有亞鐵離子；則實驗②檢驗的離子是Fe2＋；碘易溶于CCl4，在CCl4中呈紫色，Fe3＋遇KSCN溶液顯血紅色，實驗①和③說明Fe3＋與I－間的反應為可逆反應；（5）盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液，溶液變成棕黃色，說明產物中有Fe3＋，反應為H2O2＋；反應一段時間后，溶液中有氣泡出現，并放熱，說明雙氧水分解產生氧氣，且該反應為放熱反應，而Fe3＋水解反應為吸熱反應，因為放出的熱促使了Fe3＋水解正向進行，生成了較多的氫氧化鐵，從而產生沉淀。

【答案】（1）防止Fe2＋被氧化

（3）隔絕空氣（排除氧氣對實驗的影響）

（4）Fe2＋Fe3＋可逆反應

2．對未知產物的探究

通過化學反應原理猜測可能生成哪些物質，對這些物質逐一進行檢驗來確定究竟含有哪些物質。正確解答此類試題的關鍵是把握反應原理，根據現象和原理猜測要科學、全面。

例題2 （2016全國Ⅰ，26節選）氮的氧化物（NOx）是大氣污染物之一，工業上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2，某同學在實驗室中對NH3與NOx反應進行了探究。

回答下列問題：

（2）氨氣與二氧化氮的反應

將上述收集到的NH3充入注射器X中，硬質玻璃管Y中加入少量催化劑，充入NO2（兩端用夾子K1、K2夾好）。在一定溫度下按圖示裝置進行實驗。

______操作步驟____________實驗現象解釋原因打開K1，推動注射器活塞，使X中的氣體緩慢通入Y管中_____________________________________________①Y 管中________②反應的化學方程式：________________將注射器活塞退回原處并固定，待裝置恢復到室溫________________________________________________________Y管中有少量水珠生成的氣態水凝聚打開K2_____________________③________________④__________________

3．對變化規律的探究

物質性質遞變規律的探究是中學化學實驗探究的一個重要內容。中學化學教材中學習了眾多的變化規律，如同周期、同主族元素性質的遞變規律，物質的氧化還原反應規律，物質的酸（堿）性強弱規律，等等，這些規律都是通過實驗探究和相關理論結合得出的重要結論，現在它們仍然是高考命題的一些經典情境。解答該類問題的關鍵點是注意控制變量法應用，即在其他條件相同的前提下，只改變一個條件對研究對象的影響規律。注意：選擇數據要有效，且變量統一，否則無法做出正確判斷。

例題3 （2016北京，28）以Na2SO3溶液和不同金屬的硫酸鹽溶液作為實驗對象，探究鹽的性質和鹽溶液間反應的多樣性。

試劑_______________實驗現象___________滴管________試管飽和Ag2SO4溶液Ⅰ．產生白色沉淀Ⅱ．溶液變綠，繼續滴0．2mol·L－1Na2SO3溶液0．2mol·L－1CuSO4溶液加產生棕黃色沉淀Ⅲ．開始無明顯變化，繼續滴加產生白色2mL 0．1mol·L－1Al2（SO4）3溶液沉淀

（1）經檢驗，現象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3。用離子方程式解釋現象Ⅰ：___________________________________。

（2）經檢驗，現象Ⅱ的棕黃色沉淀中不含SO2－4，含有Cu＋、Cu2＋和SO2－3。

①用稀硫酸證實沉淀中含有Cu＋的實驗現象是_____。

②通過下列實驗證實，沉淀中含有Cu2＋和SO2－3。

a．白色沉淀A是BaSO4，試劑1是________。

b．證實沉淀中含有Cu2＋和SO2－3的理由是__________。

（3）已知：Al2（SO3）3在水溶液中不存在。經檢驗，現象Ⅲ的白色沉淀中無SO2－4，該白色沉淀既能溶于強酸，又能溶于強堿，還可使酸性KMnO4溶液褪色。

①推測沉淀中含有SO2－3和________。

②對于沉淀中亞硫酸根的存在形式提出兩種假設：i．被Al（OH）3所吸附；ii．存在于鋁的堿式鹽中。對假設ii設計了對比實驗，證實了假設ii成立。

a．將對比實驗方案補充完整。

步驟一：

步驟二：________（按上圖形式呈現）。

b．假設ii成立的實驗證據是______________________。

（4）根據實驗，亞硫酸鹽的性質有________。鹽溶液間反應的多樣性與________有關。

【解析】（1）根據現象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3，可以得出離子方程式為↓；（2）根據信息Cu＋的相關性質，可以得出加入酸后會有紅色固體銅洗出；確認白色沉淀為硫酸鋇，一般選取鹽酸和氯化鋇試劑檢驗，即試劑1是鹽酸酸化的BaCl2溶液；證實沉淀中含有Cu＋和SO2－3的理由是棕黃色沉淀與KI溶液反應生成白色沉淀（CuI），證明含有Cu＋，白色沉淀A為硫酸鋇，證明含有SO2－3；（3）①根據題意可知實驗Ⅲ的白色沉淀中無SO2－4，該白色沉淀既能溶于強酸，又能溶于強堿，還可使酸性KMnO4溶液褪色，則①推測沉淀中含有亞硫酸根和氫氧化鋁。②鋁的堿式鹽與氫氧化鈉反應消耗的氫氧化鈉的含量大于氫氧化鋁，所以反應應該設計一個定量對比試驗，根據白色固體消耗氫氧化鈉的量不同來證實假設ⅱ成立，即V1明顯大于V2，可說明沉淀中亞硫酸根存在于堿式鹽中。（4）根據實驗白色沉淀能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明亞硫酸鹽具有還原性，另外亞硫酸根水解呈堿性。根據實驗現象考點鹽溶液間反應的多樣性與鹽的性質和溶液的酸堿性有關。

【答案】（1）2Ag＋

（2）①有紅色固體生成 ②a．HCl和BaCl2溶液 b．在I－的作用下，Cu2＋轉化為白色沉淀CuI，SO2－3轉化為SO2－4

（3）①Al3＋、OH－

（4）亞硫酸鹽的溶解性、氧化還原性、在水溶液中的酸堿性 兩種鹽溶液中陰、陽離子的性質和反應條件

4．對實驗方案設計與評價的探究

實驗探究中還常常設計到一些實驗方案的選取或設計，如何正確評價一個實驗方案的優缺點，需要我們能夠從多個角度分析，解題的關鍵點是實驗設計要科學、簡約、環保等。

例題4 （2016海南，17節選）某廢催化劑含58．2%的SiO2、21．0%的ZnO、4．5%的ZnS和12．8%的CuS。某同學用15．0g該廢催化劑為原料，回收其中的鋅和銅。采用的實驗方案如下：

回答下列問題：

（1）在下列裝置中，第一次浸出必須用________，第二次浸出應選用________。（填標號）

（2）第二次浸出時，向盛有濾液1的反應器中加入稀硫酸，后滴入過氧化氫溶液。若順序相反，會造成_____________________。濾渣2的主要成分是________________。

【解析】（1）根據題意，第一次浸出時會因為ZnS與硫酸反應產生有毒H2S氣體，該氣體需要進行尾氣的處理，所以選D裝置；第二次反應為CuSO4＋S＋2H2O，不會產生有毒氣體，可以選取裝置A。（2）第二次浸出時，向盛有濾液1的反應器中先加入稀硫酸，后滴入過氧化氫溶液，若順序相反，顯然會造成H2O2與固體顆粒接觸分解。

【答案】（1）D A （2）H2O2與固體顆粒接觸分解

例題5 （2016四川，9節選）CuCl廣泛應用于化工和印染等行業。某研究性學習小組擬熱分解CuCl2·2H2O制備CuCl，并進行相關探究。

【資料查閱】

【實驗探究】該小組用下圖所示裝置進行實驗（夾持儀器略）。

請回答下列問題：

（2）實驗操作的先后順序是a→_________→c（填操作編號）。

a．檢查裝置的氣密性后加入藥品

b．熄滅酒精燈，冷卻

c．在“氣體入口”處干燥HCl

d．點燃酒精燈，加熱

e．停止通入HCl，然后通入N2

（5）反應結束后，取出CuCl產品進行實驗，發現其中含有少量的CuCl2或CuO雜質，根據資料信息分析：

①若雜質是CuCl2，則產生的原因是________________。

②若雜質是CuO，則產生的原因是_________________。

【解析】本題以熱分解CuCl2·2H2O制備CuCl為載體考查化學實驗探究、化學實驗方案的設計與評價，解答本題首先要根據題給資料明確實驗的原理，厘清題給裝置圖中每一個裝置的作用和相關反應，結合CuCl2·2H2O、CuCl易水解，CuCl易被氧化的性質知實驗過程中要注意防止空氣的干擾，確定裝置的連接順序；針對問題（5），要根據雜質的成分結合題給資料分析雜質產生的原因。

【答案】（2）c d b （5）①加熱時間不足或溫度偏低②通入HCl的量不足

（作者單位：安徽省靈璧中學）