揭秘中考化學源于教材的科學探究題

劉明根 王廷虎

(1.安徽省無為三中城南校區 238399;2.安徽省無為縣教子灣中學 238341)

科學探究是新課程的重要內容和學習方式，更是中考命題的重點和熱點.近年來，在全國各地的中考化學試題中，一些來源于教材中的較典型的“活動與探究”和重要實驗已成為命題素材的熱點內容之一.這類試題不僅能很好地考查學生的綜合實驗和科學探究的能力，而且還能有效地培養學生的科學精神和科學方法，提高學生的綜合素質，具有很強的選拔功能.

一、空氣中氧氣含量的測定

例1 某化學實驗小組用兩種方法驗證空氣中的氧氣含量.

方法一：如圖1所示進行.

(1)寫出圖1中二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式____.

(2)小星同學對該實驗提出質疑：木炭在燃燒過程中，氧氣濃度降低，參加反應的木炭與氧氣的質量之比在____范圍內，生成的CO對實驗結果會產生誤差.

方法二：如圖2所示進行.

(1)寫出圖2中紅磷燃燒的化學方程式____.

(2)實驗測定數據如表：(集氣瓶的容積為100mL).

組別123456進入集氣瓶中水的體積/mL302119221520

分析實驗數據，第2，3，4，6組驗證出氧氣約占空氣體積的____，第5組出現較大偏差的原因可能是____.

解析方法一：(1)二氧化碳與氫氧化鈉反應生成碳酸鈉和水；(2)若碳完全燃燒，生成氣體全部為二氧化碳時，碳與氧氣的質量比為3∶8，其中產生的二氧化碳可以完全被氫氧化鈉溶液吸收，通過液面上升的體積可以計算氧氣的體積分數；若碳不完全燃燒，生成氣體全部為一氧化碳時，碳與氧氣的質量比為3∶4，由于一氧化碳不能被氫氧化鈉溶液吸收，不能測定出氧氣的含量；因此要產生一氧化碳，其中參加反應的碳和氧氣的質量比必須滿足的條件為大于3∶8而小于等于3∶4.方法二：(1)紅磷燃燒產生五氧化二磷；(2)第2，3，4，6組的水的體積就是消耗的氧氣的體積，與空氣的體積100mL進行比較，結果得出氧氣約占空氣體積的1/5；而第五組的結果會偏小，可能是沒有冷卻到室溫讀數、紅磷量不足、裝置漏氣等原因.

二、探究催化劑的性質

例2 為比較相同濃度的FeCl3溶液和CuSO4溶液對H2O2分解的催化效果，某研究小組進行了如下探究：

(1)請寫出H2O2分解的化學方程式____.

【定性研究】

(2)如圖3，可通過觀察來定性比較兩者的催化效果.

【定量研究】 (3)如圖4，實驗前檢查該裝置氣密性的方法是____.要定量比較兩者的催化效果，可測量生成等體積氣體所需的____.

【深入研究】(4)在FeCl3溶液中，究竟是哪種粒子起催化作用呢？

猜想1：鐵離子(Fe3+)起催化作用；

猜想2：____起催化作用；

猜想3：____起催化作用；……

請設計實驗，驗證猜想1：

實驗操作實驗現象及結論

實驗操作實驗現象及結論取2支試管,各加入2mL 5%的H2O2溶液,再分別加入同濃度、同體積的FeCl3和HCl溶液,觀察現象若加入FeCl3溶液的試管中產生氣泡更快,則猜想1成立;否則,不能證明猜想1成立(需要進一步探究)

三、探究分子的性質

例3 小明同學對探究分子性質的實驗(如圖5所示)進行了改進.如圖6所示，試管丁、戊中各有一張每隔2厘米滴有一滴酚酞溶液的濾紙條，裝有適量濃氨水的小藥瓶固定在橡皮塞上，試管丁中小藥瓶上的瓶塞已塞緊，試管戊中的小藥瓶上無瓶塞.

關于圖5、圖6中的實驗有以下說法：

①圖6比圖5的實驗更環保、更節約；②圖5和圖6的實驗均能證明分子在不斷的運動；③濃鹽酸有揮發性，僅將濃氨水換成濃鹽酸也可達到實驗目的；④如果丁中沒有小藥瓶，圖6的實驗也可達到實驗目的；⑤若將戊浸入冰水中，濾紙條不會變紅.

以上說法中錯誤的是( ).

A.①② B.③④ C.③⑤ D.④⑤

解析對比改進前的實驗，改進后實驗的優點是能夠防止氨氣擴散到空氣中，污染大氣，且氨水用量較少，更能節省藥品，①正確；圖5實驗中，倒扣在大燒杯內的酚酞溶液變紅色，大燒杯外的酚酞溶液不變紅色，說明分子在不斷運動，圖6的實驗中，試管丁中盛放濃氨水的小藥瓶瓶塞塞緊，所以丁中濾紙條上的酚酞溶液不變紅色，戊試管中盛放濃氨水的小藥瓶沒有瓶塞，濾紙條上的酚酞溶液變紅色，說明分子不斷運動，②正確；濃鹽酸雖然具有揮發性，但鹽酸不能使酚酞溶液變色，故將濃氨水換成濃鹽酸不能達到實驗目的，③錯誤；圖6的實驗中，丁試管中沒有小藥瓶也可以與戊試管形成對照實驗，也可達到實驗目的，④正確；若將戊試管浸入冰水中，分子運動速度減慢，但依然能使濾紙條上的酚酞變紅，⑤錯誤.答案:C

四、模擬電解水的過程

例4 圖7為電解水的實驗裝置圖.接通電源觀察兩電極都有氣泡產生.

(1)通電一段時間后，玻璃管a收集到的氣體是____，a、b兩玻璃管收集的氣體體積比約為____.

(2)圖8為水分解的微觀過程：

①水的分解過程中，不發生變化的微粒是____.

②結合實驗現象，寫出水通電分解的化學方程式____.

(3)已知同溫同壓下，氣體的體積比決定于氣體的分子個數比.該實驗中能夠說明水的化學式為“H2O”的實驗現象是____.

五、探究質量守恒定律

例5 某興趣小組為驗證質量守恒定律，做了鎂條在空氣中燃燒的實驗.

(1)請寫出鎂條與氧氣反應的化學方程式____.

(2)小明發現燃燒產物的質量大于反應物鎂條的質量，認為這個反應不遵循質量守恒定律.我____(“同意”或“不同意”)小明的觀點，因為____.

(3)小紅按圖9所示裝置改進實驗，驗證了質量守恒定律，卻發現產物中還有少量黃色固體.

【提出問題】黃色固體是什么呢？

【查閱資料】①氧化鎂為白色固體；②鎂能與氮氣劇烈反應生成黃色的氮化鎂(Mg3N2)固體；③氮化鎂可與水劇烈反應產生氨，該氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍.

【做出猜想】黃色固體是Mg3N2

【實驗探究】請設計實驗，驗證猜想

實驗操作實驗現象及結論

【反思與交流】空氣中N2的含量計遠大于O2的含量，而鎂條在空氣中燃燒生成的MgO卻遠多于Mg3N2，為什么呢？請給出合理的解釋____.

解析(1)鎂在氧氣中燃燒生成白色固體氧化鎂(MgO).(2)任何化學反應都遵守質量守恒定律，由于鎂條燃燒時空氣中有氣體參加了反應，從而導致燃燒產物的質量大于反應物鎂條的質量.(3)由于氮化鎂(Mg3N2)可與水劇烈反應產生氨氣，氨氣能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍.因此若要驗證鎂條在空氣中燃燒的產物中有少量黃色固體Mg3N2，可以取燃燒的產物于試管中，加入少量的水，再將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口，若產生使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體，說明燃燒產物中含有黃色固體Mg3N2；雖然空氣中N2的含量遠大于O2的含量，但是氧氣的化學性質比氮氣的活潑，所以鎂條在空氣中燃燒生成的氧化鎂遠多于氮化鎂.

實驗操作實驗現象及結論取燃燒后的產物于試管中,加少量水,再將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口,觀察現象若產生使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體,說明燃燒產物中含有Mg3N2

O2比N2活潑(其他合理答案均可)

六、氣體的制取及性質

例6 根據圖10所列實驗裝置，按要求回答下列問題：

圖10

(1)儀器a的名稱：____.

(2)實驗室用高錳酸鉀制取氧氣，反應的化學方程式為____，應選用的發生和收集裝置是____.

(3)小明同學用F裝置驗證二氧化碳的性質，當通入二氧化碳一段時間后，試管①中產生的現象是____，試管②中澄清石灰水變渾濁，反應的化學方程式為是____，G中觀察到蠟燭由低到高依次熄滅，說明二氧化碳具有的性質是____，若兩支蠟燭幾乎同時熄滅，可能的原因是____(答一點即可).

解析(1)集氣瓶是收集氣體的儀器；(2)如果用高錳酸鉀制氧氣就需要加熱，高錳酸鉀受熱分解生成錳酸鉀和二氧化錳和氧氣；氧氣的密度比空氣的密度大，不易溶于水，因此能用向上排空氣法和排水法收集；(3)F裝置中，試管①中產生的現象是紫色石蕊試液變紅，因為二氧化碳和水反應生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊試液；二氧化碳與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣白色沉淀和水；G中觀察到蠟燭由低到高依次熄滅，說明二氧化碳具有的性質是不燃燒也不支持燃燒且密度比空氣大；若兩支蠟燭幾乎同時熄滅，可能的原因是傾倒二氧化碳的速度太快或集氣瓶口開的太大等.

七、探究可燃物燃燒的條件

例7 (2015·臨沂)控制變量法是學習化學常用的方法.下面是探究燃燒條件的實驗，請你根據實驗圖11和資料信息回答有關問題.

圖11

資料信息：白磷和紅磷的著火點分別是40℃、240℃.

(1)銅片上的紅磷不燃燒，是因為____.(2)水中的白磷不燃燒，是因為____.(3)如果要讓水中的白磷在水下燃燒，應采取的措施是____.(4)通過以上實驗事實證明，燃燒必須同時具備下列條件：①可燃物；②氧氣(或空氣)；③____.

解析(1)銅片上的紅磷不燃燒是因為溫度沒有達到紅磷的著火點；(2)水中的白磷不燃燒，是因為白磷沒有與氧氣接觸；(3)讓水中的白磷在水下燃燒，需要與氧氣接觸，故需要通入氧氣；(4)燃燒必須同時具備可燃物、可燃物與氧氣接觸、溫度達到著火點三個條件，缺一不可.

答案(1)溫度沒有達到紅磷的著火點 (2)沒有與氧氣接觸 (3)用導管對準水中的白磷通入氧氣(或空氣) (4)達到燃燒所需的最低溫度(著火點)