例析科學探究題的解題流程

張正凱

(甘肅省白銀市平川中恒學校)

高考對于學生的科學探究能力要求越來越高,學生需要具備基本的解題素養,在掌握試題的基礎上,利用一定的解題流程逐步解答問題.科學探究類試題涉及的問題開放性較強,為學生學識和能力的展示提供了平臺,但在解答此類試題時還是要遵循一定的流程,才能提高試題解答的質量和效率.

1 必備知識

科學探究類試題本質上是考查學生對元素及其化合物知識、化學反應原理的掌握情況,同時運用邏輯思維能力和創新意識對問題進行分析解決.筆者通過對近幾年高考化學試題中的科學探究題進行分析,總結歸納出了解答此類試題需要具備的必備知識.首先,掌握一定的實驗基礎知識,高中化學知識中包含的基本實驗操作有蒸發、結晶、過濾、升華、蒸餾、萃取、分液等,學生不僅要掌握這些操作的注意事項,還要知道常見物質的提純、除雜等實驗中使用的實驗操作及常見誤差分析等;其次,所掌握的化學知識要有較強的實踐性,化學知識來源于生活生產也要應用于生活生產,在平時的學習中,學生要深化理解教材中化學實驗的基本原理,并能據此對相關的陌生實驗進行探究分析,能應用化學知識對實驗方案提出改進或優化策略等;再次,在高中化學階段要培養自身的實驗素養,對定量實驗能進行定量和定性的綜合分析,既能有效提取解題信息,又能正確處理所涉及的數據,盡量降低實驗分析過程中產生錯誤的概率;最后,要掌握規范的答題格式,正確使用化學術語,能體現出科學、等量、單一變量與對照性等實驗原則,提高答案的邏輯性和科學性.

2 流程解讀

在高考化學實驗探究題中,試題的背景往往是一個化學問題或某種化學現象,在未知結果的情況下要求學生自主設計實驗方案等進行探究,因此,解答此類試題的關鍵是了解整個實驗探究的過程,或提出科學的假設并準確設計實驗方案和預測實驗現象及結果.實驗探究類試題主要包括物質組成探究型、物質性質探究型及反應規律和原理探究型3種題型,隨著新高考制度和核心素養的提出,試題的命題形式更加靈活多變,綜合性和創新力度都有所加強,對學生的發散思維和遷移應用能力提出了較高的要求,是每年高考的必考題,但同時也是學生容易丟分的試題.

探究類試題即對未知事物進行科學探索,需要學生對未知進行大膽猜想和論證.首先,解讀所給問題或情境,發現其中涉及的化學問題,進而明確試題的要求和涉及的反應原理;其次,聯系相關化學知識,依據反應原理大膽提出科學合理的假設或猜想;再次,設計驗證假設或猜想的實驗方案,尋求假設或猜想正確與否的證據;然后,設計實施方案的具體實驗操作步驟,并進行實驗操作;最后,記錄實驗操作過程中的現象和數據,通過總結和分析得出實驗結論.此外,除了以上流程,有的試題在最后還會涉及對實驗方案的評價和反思,往往涉及誤差分析或綠色化學等知識.學生在扎實掌握化學基礎知識的基礎上,依據以上流程解析試題,結合題給信息認真分析所設問題,必能提高解題的準確率.

3 例題精析

例某化學實驗小組為了探究氨的還原性和氧化性,設計了如下實驗方案.

實驗1:探究氨氣的還原性,實驗裝置如圖1所示.

圖1

已知:ⅰ.Mg(OH)2可代替消石灰與氯化銨在加熱條件下反應,生成NH3和堿式氯化鎂[Mg(OH)Cl];ⅱ.Cu2O呈紅色,在酸性溶液中不穩定,歧化為Cu、Cu2＋.

(1)裝置A 中反應的化學方程式為_________,裝置D 的作用是________.

(2)反應結束后,裝置C 中的氧化銅完全轉化為紅色固體.為探究紅色固體的成分,進行如表1所示實驗探究.

表1

實驗2:探究氨氣的氧化性,實驗裝置如圖2.

圖2

已知:ⅲ.2Al＋2NH32AlN＋3H2;ⅳ.氯化鋁性質穩定,基本不與水、酸反應,加熱時溶于濃堿溶液產生NH3.按圖2所示連接好裝置,檢查裝置氣密性,打開分液漏斗活塞,待裝置中空氣排盡后再點燃H 處酒精燈.

(3)用平衡移動原理解釋裝置F 中產生NH3的原因:_______.

(4)H 處反應完全時的現象為_________.

(5)將H 中固體冷卻后移至燒杯中,加入_________溶解、_________(填操作)、洗滌、干燥,即可得到純凈的氮化鋁.

解析由題意知,本題涉及探究氨的還原性和氧化性2個實驗,在探究氨氣的還原性實驗中涉及的反應原理是氨氣與氧化銅發生的氧化還原反應,通過觀察盛有氧化銅的硬質玻璃管中的現象,以及稱量硬質玻璃管在反應前后的質量變化進行驗證,包括氨氣的制取、干燥、尾氣的收集等操作;而探究氨氣的氧化性實驗中涉及的反應原理是氨氣與鋁粉的氧化還原反應,通過觀察盛有鋁粉的硬質玻璃管中的現象進行驗證,同樣包括氨氣的制取、干燥和尾氣的收集等操作.實驗過程中需要觀察實驗現象、記錄實驗數據,是一道定性和定量相結合的綜合類探究題.考查的知識點包括化學方程式的書寫、安全操作、平衡移動原理、實驗分析、基本實驗操作等.

(1)已知Mg(OH)2可代替消石灰與氯化銨在加熱條件下反應,生成 NH3和堿式氯化鎂[Mg(OH)Cl],故裝置A 中發生反應的化學方程式為

裝置D 是一個安全瓶,能防止倒吸.

(2)①常溫下,與稀硫酸不發生反應的是銅.②溶液變藍說明有CuSO4生成,則紅色固體中一定含有Cu2O,可能含有Cu.③6.4g 固體是單質銅,n(Cu)＝0.1mol.設10.4g紅色固體中含有Cu、Cu2O 的物質的量分別為x、y,根據反應

(3)裝置F中的反應物是濃氨水和生石灰,生石灰可與濃氨水中的水發生反應并放出熱量,不僅降低了氨氣的溶解度,還使NH3·H2O 發生分解反應生成NH3和H2O;此外,生石灰與水的反應還使得氨水中的溶劑減少,促使平衡NH3＋H2O?NH3·H2O向左移動,有利于NH3的逸出.

(4)已知2Al＋2NH32AlN＋3H2,由于NH3極易溶于水,而H2難溶于水,反應過程中裝置J中將觀察到有氣泡冒出,所以當反應進行完全時,裝置J中將不再產生氣泡.

(5)裝置H 中的固體含有生成的氮化鋁和沒有反應的鋁粉,氮化鋁不溶于酸,因此可以選用稀鹽酸或稀硫酸等將固體中的鋁粉除去,再經過過濾、洗滌、干燥操作,即可得到純凈的氮化鋁.

實驗探究題在每年的高考中都會涉及,學生只要克服心理壓力,在平時的學習和復習中儲備一定量的基礎知識,按照一定的解題流程,發揮自身的獨立思考能力、發散思維能力、知識遷移能力和創新能力,就能在考場上贏得勝利,獲得階段性的成功.

(完)