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初中化学实验探究题的设计新视角2014.3一.注重对化学变化的再思考，设计实证性实验探究题1．某中学化学兴趣小组在学习了《金属与矿物》一章后，到实验室中模拟工业炼铁的原理，探究CO与Fe2O3反应后的产物（所用装置如下图所示）。【搜集资料】（1）铁有多种氧化物，常见的有：Fe2O3、FeO（黑色）、Fe3O4（其中Fe元素化合价为+2、+3），都能与稀盐酸反应；（2）通常所说的“加热”一般使用酒精灯，火焰的温度约在400~500℃；而“高温”一般使用酒精喷灯或煤气灯来实现，温度可达700~1000℃；（3）铁的氧化物的热稳定性顺序是FeO﹥Fe3O4﹥Fe2O3。【提出猜想】Fe2O3全部参加反应后所得固体的成分可能是①Fe，②FeO，③Fe3O4，④，⑤，⑥，⑦，⑧（可不填满，也可添加）。【实验探究】主要步骤如下：①准确称取一定质量纯净的Fe2O3固体和澄清的石灰水并按上图要求进行实验；②观察到管内固体全部变为黑色时停止加热，用磁铁靠近玻璃管，固体能被吸引；③冷却后重新称量玻璃管内的固体以及变浑的石灰水的质量；④取少量反应后的固体倒入试管中，向其中滴入足量的稀盐酸，并适当加热，发现固体逐渐溶解，溶液呈黄绿色，但自始自终都没有气泡产生；⑤另取少量反应后的固体倒入试管中，向其中滴入2mLCuSO4的浓溶液，未见红色固体生成。再用磁铁靠近试管，发现管内黑色固体仍然能被吸引。实验所测定的有关数据如下：实验数据物质质量实验前实验后数据Ⅰ玻璃管内的固体质量（g）3.02.9数据ⅡB装置（石灰水和广口瓶）的质量（g）53.054.6【实验分析】（1）根据步骤②，可确定Fe2O3固体（填“全部”、“部分”）参加了反应，理由是。（2）根据步骤④⑤，可确定反应后的固体中一定不存在，理由是。（3）实验中的数据（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）不可靠，理由是。【实验结论】该实验中CO与Fe2O3反应后的产物是（提示：根据可靠的实验数据进行计算）。此时发生反应的化学方程式为。【反思与评价】（1）步骤③中所得溶液中的溶质为。（2）该实验中出现这样的结果可能与哪些因素有关？请提出你的一种猜想。二.注重对实验方案的再优化，设计定量性实验探究题2.在学习了盐的性质以后，某校化学兴趣小组的同学开展了测定Na2CO3和NaCl的固体混合物中Na2CO3质量分数的探究实验。他们设计了如下的实验方案：【方案一】气体分析法。（1）如右图1所示，把Xg的混合物与足量稀硫酸反应后，测定产生的CO2气体的体积。检查该装置的气密性的方法是：。（2）有同学提出以图2代替图1中的收集装置，则所测CO2气体的体积（填“偏大”、“偏小”、“不变”），理由，你的改进方案是；广口瓶内原有的空气对实验结果（填“有”或“没有”）影响。如果利用改进后的装置测得CO2气体的体积为VmL（此时CO2气体的密度为ρg/mL），则原混合物中Na2CO3质量分数的计算式为。（3）也有人用图3装置测定CO2的质量（用碱石灰的成分是CaO和NaOH的混合物，可吸收CO2气体）。则图3实验装置主要存在哪些缺陷？,这些缺陷对实验结果有何影响？.【方案二】沉淀分析法（如图4所示）。则：（1）沉淀A的化学式是，溶液M中的溶质的化学式为。（2）确定CaCl2溶液是否过量的方法是。（3）该固体混合物中Na2CO3的质量分数的计算式为。（4）导致测定的结果偏大的原因可能是。【方案三】盐酸滴定法（如图5所示）。则：（1）“操作2”的名称是。（2）根据实验数据计算该固体混合物中Na2CO3的质量分数为。三.注重对化学工艺的再分析，设计推理性实验探究题3.据统计，每年世界上银总消耗量的40%用于感光材料的生产，感光材料经曝光、显影、定影后,黑白片和彩色片上的银分别达80%、100%进入废定影液，所以废定影液中银的含量是十分惊人的。某研究性学习小组拟对某照相公司的废定影液进行实验处理，回收其中的银和溴（Br2）。【相关资料链接】①定影的原理是：定影液中的硫代硫酸钠（Na2S2O3）跟胶片或相纸上没有感光部分的溴化银（AgBr）固体反应，生成易溶性的Na3[Ag(S2O3)2]和溴化钠（NaBr）。②在酸的作用下，Na3[Ag(S2O3)2]能转化为不溶性的Ag2S。反应原理为：6HCl+2Na3[Ag(S2O3)2]=6NaCl+Ag2S↓+3S↓+3SO2↑+H2SO4+2H2O。③废定影液中含有少量溴化银，可用锌将其中的银置换出来。7题④四氯化碳是一种有机溶剂，常温下为液体，可溶解液溴，与水和其它无机物不相溶。【实验流程设计】【实验问题分析】（1）步骤①所用的盐酸需要稍过量的目的是，加入盐酸操作时的要求是。主要缺陷对实验结果的影响（2）步骤②中所发生的化学反应有（写出反应的化学方程式）：、、。（3）“操作Ⅰ”的名称，所用的玻璃仪器有、、。（4）步骤③是在空气中灼烧的。该反应的化学方程式：。如果步骤③反应不完全，请你提出一种改进措施。（5）步骤④通入氯气的目的是将NaBr和ZnBr2溶液中的Br置换出来，试写出NaBr与氯气反应的化学方程式，根据金属与盐溶液反应的规律推测出氯气和液溴的活泼性强弱关系是：液溴氯气（填“大于”、“小于”或“等于”）。（6）萃取是一种将互不相溶的液体混合物进行分离的方法，具体操作见右图所示(固定装置略)，其中A的仪器名称为，经萃取后所得到溶液Ⅲ的名称为。（7）操作Ⅱ与从石油中分离各成分原理相同。操作Ⅱ中有一种必要的仪器未画出，它是，操作Ⅱ的原理是。(见上图)（8）尽管该实验后的废液倒入指定的容器中，并回收再利用，但整个实验过程仍不符合环保的要求，其原因是。四.注重对环保热点的再研究，设计应用性实验探究题4.在工业生产上规定空气中的二氧化硫的允许排放量不得超过0.02mg/m3，否则将危害人类的健康，造成环境污染。某研究性学习小组欲利用“碘量法”测定某化工厂附近空气中SO2的含量，请你参与并协助他们完成相关学习任务（部分装置如下图所示）。【测定原理】碘溶液吸收SO2的化学反应原理是：SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI。【测定步骤】①先准确称取2.54mg粉末状纯碘（I2），并称一定量的碘化钾（碘化钾可增大碘在水中的溶解度），加水使之完全溶解，配制成1000mL碘水，准确量取此溶液5.00mL并稀释10倍，再滴加2～3滴淀粉指示剂即得所需的碘溶液。②从①中量取稀释后的碘溶液5.00mL并倒入洗气瓶中。量取液体时需要用到的仪器有、。则该溶液中所含碘的溶质质量分数的为（此时溶液的密度看作为1.0g/cm3）。③到指定的测试地点抽气，每次抽气100mL，直到反应恰好完全进行为止，记录抽气次数（n）。则抽气时应如何操作？。④小组的其他同学再到不同地点重复实验4次（每次所取的碘溶液均为5.00mL）。这样做的目的是。5次实验的抽气次数记录见右表。【交流讨论】（1）所配制的碘溶液显色，实验中表明恰好完全反应的现象是。（2）所配制的碘溶液浓度过浓、过稀都不合理，试分析浓度过浓不合理的原因是：。（3）研究性学习小组用该方法测定空气中的SO2含量时，所测得的数值比实际含量低，请你对可能的原因（假设溶液配制、称量或量取及各种读数均无错误）提出一种合理假设：。实验同学甲乙丙丁戊抽气次数8678758477A（4）实验结束后，该小组成员在相互交流的过程中一致认为实验装置应加以改进，有同学提议：可将插入碘溶液的管子下端改成具有多孔的球泡（如右图所示），有利于提高实验的准确度，其理由是。（5）试通过计算说明该工厂附近空气中SO2的含量是否超标？巩固练习：1．某化学兴趣小组回收利用废旧干电池。实验1回收填料中的二氧化锰和氯化铵查阅资料：废旧干电池填料的主要成分为二氧化锰、炭粉、氯化铵和氯化锌等，其中氯化铵、氯化锌可溶于水。兴趣小组的同学们设计回收物质的流程如图12所示。（1）操作1和操作2的名称都是____________，该操作中玻璃棒的作用是____________。（2）灼烧滤渣l的目的是________________________。（3）己知滤液1中氯化铵和氯化锌的浓度相近。在某温度下蒸发滤液1时，大量的氯化铵晶体先析出，说明该温度下氯化铵溶解度____氯化锌的溶解度（填“”、“=”或“”）。实验2利用外壳回收物锌制取氢气及相关探究（4）用锌和稀硫酸制取氢气。己知氢气密度比空气小且难溶于水，提供装置如图13。①应选择：发生装置为____（填编号），排空气法收集装置为____（填编号）。②若用排水法收集并测定气体的体积，气体从装置B导管口____（填“a”或“b”)进；选用仪器F测量排出水的体积，仪器F名称是________。（5）探究影响锌与稀硫酸反应快慢的因素。反应过程中，用前10min内收集的氢气体积比较反应的快慢。控制其他条件相同，进行下表四组实验，获得数据如下表。验实号编试剂前10min内产生的氢气体积(mL)不同纯度的锌不同体积和浓度的稀硫酸a纯锌30mL30%564.3b含杂质的锌30mL30%634.7c纯锌30mL20%449.3d纯锌40mL30%602.8①比较实验a和实验b，可以得到的结论是________________________。②为了研究硫酸浓度对反应快慢的影响，需比较实验_____和实验_____（填编号）。③控制其他条件相同，需控制的条件是______________________（例举一种条件即可）。2．氯气（Cl2）是黄绿色气体，氯气溶于水部分以Cl2分子存在于溶液中，部分与水反应Cl2＋H2O＝HCl＋HClO。产物中，次氯酸HClO是一种弱酸。氯气溶于水所得溶液称为氯水。把品红试纸（染有品红颜料的滤纸）放入氯水中，品红试纸褪色。下图是实验室制取氯气的成套装置图，请填空：饱和食盐水X浓硫酸蒸馏水⑴仪器X的名称是：。⑵从反应物的状态和反应条件看，装置甲属于型气体发生装置。⑶氯气在装置丁中被收集，其收集方法为，装置戊中可得到氯水。⑷晓红对“氯水使品红试纸褪色”产生兴趣，她所在的学习小组进行了如下探究，请你一起来完成：【提出问题】氯水中的什么成分使品红试纸褪色？【猜想】猜想1：氯水中的水使品红试纸褪色；猜想2：氯水中的Cl2使品红试纸褪色；猜想3：氯水中的盐酸使品红试纸褪色；猜想4：氯水中的（填化学式）使品红试纸褪色。【实验探究】实验操作实验现象结论①把品红试纸放入水中（A）猜想1不成立②把品红试纸放入干燥的氯气中试纸不褪色猜想2不成立③试纸不褪色猜想3不成立【结论】学习小组通过讨论，找到了氯水中使品红试纸褪色的物质。【反思】向氯水中滴加几滴紫色石蕊试液，会观察到的现象是。1.在课堂实验中，对于物质是否发生化学变化、变化后生成什么，仅凭一些表面的现象难以让学生信服，有时也经常出现某些实验后的产物与预期的情况不一致，有的是产物中含有杂质，有的是直接得不到预期的产物，这些往往需要通过实验来进一步证实。教师要善于把握住这些在课堂实验中生成的问题，引导学生抓住化学变化的本质进行探究，并设计一些实证性实验探究题，培养学生严谨的科学态度，严密的思维能力。解析：【提出猜想】对于可能生成的三种物质Fe、Fe3O4、FeO运用组合思维就可得到答案。【实验分析】（1）固体全部变黑说明不存在Fe2O3。（2）步骤④⑤验证了固体不具有铁的性质，从而确定不存在铁。（3）实验中进行定量分析，从原理上两组数据都可以计算出Fe2O3失去的氧元素的质量；但仔细分析装置发现：装置B是用石灰水来吸收CO2气体，石灰水本来较稀且B中的导管伸入广口瓶太浅，这将导致生成的CO2未被完全吸收，因此数据Ⅱ不可靠。【实验结论】数据Ⅰ：反应前后铁元素质量不变，失去的氧元素质量为m(O)=3.0g－2.9g=0.1g，所以生成物中铁、氧元素的质量分别为2.1g、0.8g；于是可推出生成物的化学式为Fe3O4。根据反应物和生成物可写出：CO+3Fe2O32Fe3O4+CO2。【反思与评价】（1）根据信息可知：Fe3O4中Fe元素化合价为+2、+3，所以反应后的溶液中的溶质为HCl、FeCl2、FeCl3。（2）铁的氧化物