(09年高考第一轮复习)化学实验专题：探究性实验试题解题方法和思路

探究性实验试题解题方法和思路（09年高考第一轮复习）实验专题黄佩藩[e-mail]2020年3月19日星期四化学是一门以实验为基础的学科，所以有化学实验即科学探究之说法。纵观近几年高考，主要以考察探究性实验和物质制备实验为主。这些探究性和制备性实验的试题，综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，要求考生必须冷静的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能正确作答。命题规律：一、探究性实验的一般思路1、准确地把握实验目的2、利用已学知识，分析如何实现这个目的-－实验原理3、结合实验材料，初步确定设计对策－－实验方案[例1]某课外兴趣小组为了探究铁与硫在隔绝空气的条件下反应所得固体M的成分，设计了如右图装置。倾斜A使稀硫酸(足量)与固体M充分反应，待反应停止后，B装置增重，C装置中溶液无变化，反应后进入量气管气体的体积为VmL（已折算成标准状况），由上述实验事实可知：二、探究性实验的类型1、未知产物的探究（1）固体M中一定有的物质是_______（填化学式）理由是__________________。（2）B装置的名称是。写出B装置中反应的离子方程式___________。（3）C装置的作用是，如果实验中没有B装置，则C装置中产生的现象是。生成黑色沉淀FeS、FeB装置增重、量气管有气体洗气瓶2OH－+H2S=2H2O+S2－证明H2S已被B中NaOH溶液完全吸收（4）稀硫酸和固体M反应后溶液中还残留淡黄色固体，该固体是________，要分离出该固体，在实验操作中，除烧杯外还需要用到的玻璃仪器是______。（5）通过进一步实验，测得固体M中各种成分的质量之和小于反应前铁粉和硫粉的质量之和，产生这种现象的原因可能是_____________。a．M中有未反应的铁和硫b．测定气体体积时水准管的水面高于量气管的水面c．A中留有反应生成的气体d．气体进入D装置前未用浓硫酸干燥硫漏斗、玻璃棒b、C1、常见物质分离提纯方法：结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取、渗析法等2、常见气体的制备、净化、干燥、收集方法。3、熟悉重点操作：（1）气密性检查（2）量气操作（3）防倒吸、防污染操作虽然探究性实验主要考察学生的探究能力，但在问题的设置上常常包含了对实验基础知识的考查比如：通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质一一的检验来推测出究竟含有哪些物质。[反思.心得]对未知产物的探究[例2]某学生按图示方向将A装置与下面所示装置相连，设计如下实验，请帮助完成实验报告。2、物质性质的探究（一）实验目的：研究铁与浓硫酸的反应（二）实验药品：铁钉、浓硫酸、酸性高锰酸钾溶液、品红溶液、氧化铜、硫酸铜溶液（三）实验步骤：实验内容和步骤实验现象结论①连接好装置并检查气密性②将铁钉加入到烧瓶中，在向其中滴加浓硫酸未见明显现象③先点燃A再点燃G处酒精灯片刻后烧瓶中溶液有颜色变化，并有气泡产生铁遇冷的浓硫酸发生钝化铁表面的氧化物被破坏并发生反应，溶液有Fe3+生成，并伴随有SO2气体产生。（四）问题探究：该学生在实验过程中，观察到D装置中溶液颜色逐渐变浅，E装置中溶液颜色未见明显变化，再过一段时间后，G装置中氧化铜粉末由黑色转变为红色，气球H逐渐鼓起，此时E装置中溶液颜色仍未明显变化。⑴G装置中氧化铜由黑变红，请结合化学方程式说明原因是_____________。⑵为证明铁钉与浓硫酸在不加热时是否发生反应，可采用的方法是______________。取两根无锈铁钉，一根放置在冷的浓硫酸浸泡一段时间后，一根不做任何处理；然后将两根铁钉分别置于等浓度的硫酸铜溶液中，观察铁钉表面是否有红色物质析出：若在冷的浓硫酸中浸泡过的铁钉上没有红色物质析出，则表明在不加热时，铁钉与浓硫酸发生反应，否则铁钉与浓硫酸不发生反应。对比实验：2、无论是无机物、还是有机物性质的探究，都必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上，大胆猜想，细心论证，脱离了元素化合物知识孤立的看实验问题是不科学的。只有灵活运用已有的元素化合物知识，就能变探究性实验为验证性实验，使复杂问题简单化。[反思]1、在探究过程中往往可以通过对比实验，即设置几组平行实验来对照，比较，从而研究和揭示某种规律，解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。【例3】：某研究性学习小组为了探索镁粉与溴水反应的机理，做了如下四组实验：（1）将镁粉投入冷水中，未见任何现象；（2）将镁粉放入溴水中，观察到只是开始时产生极少量的气泡，但溴水的颜色逐渐褪去；（3）将镁粉放入液溴中，未观察到任何明显现象；（4）向含足量镁粉的液溴中滴加几滴水，观察到溴的红棕色很快褪去。则下列关于镁与溴水的反应机理的论述中正确的是（）A镁粉只能直接与溴水中的溴反应B水是镁粉与溴发生反应的催化剂C（2）中产生的极少量气泡是由于镁粉与水反应得到D镁粉与溴水中的H+发生反应，导致平衡移动使溴水褪色3、化学反应原理的探究B【变式】在溴水中加入镁粉，溴水褪色。对于褪色的原因，甲认为是溴溶于水后，溴和水发生了可逆反应:Br2+H2OHBr+HBrO当向溴水中加入镁粉之后，则发生以下两种反应：Mg+2HBr=MgBr2＋H2↑｀Mg+2HBrO=Mg(BrO)2+H2↑由于上述反应的发生，使溴水中的平衡向正反应方向移动，从而使溴水褪色。乙认为，镁是活泼金属，在溴水中存在大量的溴，应该是溴与镁粉直接反应：Mg+Br2=MgBr2，而使溴水褪色。如何设计方案探究甲和乙的解释是否正确？探究方案：1：在溴水中加入镁粉，立即观察现象，若短时间内有有大量气体产生，则甲的解释正确。若短时间内没有大量气体产生，则乙的解释正确。2：把镁粉加入到溴的四氯化碳溶液中，看溴的四氯化碳溶液是否褪色，若不褪色，说明镁不能与干燥的溴发生反应。若褪色，说明乙是对的。可见，重大的发现可能就来自于平时的生活中，只要你勤于发现，勇于探究；在对所研究事物或现象的原因未知情况下，根据已有的认识，在观察和实验的基础上，通过对化学事实和现象的归纳、类比，作出判断性解释或说明，这就是化学中的假说；事实上，在化学发展史上，化学理论的形成和发展就是化学假说不断被提出、证实和证伪的过程。［反思］4、对实验方案的探究例4、Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后，产生蓝色沉淀，请你推测可能有哪些产物？并设计实验来验证。[提示]经查资料得知：CuCO3和Cu(OH)2均不带结晶水。假设一：__________________________假设二：__________________________假设三:___________________________Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后直接发生沉淀反应，生成CuCO3沉淀。Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后发生双水解反应，生成Cu(OH)2沉淀。Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后既发生沉淀反应，又发生双水解反应，生成CuCO3和Cu(OH)2两种沉淀的混合物。方案一：向洗涤干净并低温烘干的沉淀中加入盐酸，证明生成物中含CuCO3，另取沉淀加热灼烧，检验生成的水，证明生成物中含Cu(OH)2。澄清Ca(OH)2方案二：将洗涤干净并低温烘干的沉淀直接加热灼烧，将生成的气体依次通过无水硫酸铜、澄清石灰水，检验生成的水或二氧化碳，证明生成物中含Cu(OH)2或CuCO3或两者兼有。【思考】装置B、C能否调换位置？该装置有没有不严密之处？对实验方案的探究，首先要明确实验目的和要求，然后结合问题运用有关化学知识和实验技能对实验的仪器、步骤、方法进行逐步的分析研究。其中，有关方案的设计要特别明确：首先原理要具有科学性，不能凭空捏造。最后实验装置要简易，操作必须安全可行，效果要明显。［反思］[小结]探究性实验习题，充分体现了新课程理念，考察了学生通过化学实验获取化学知识的能力。在探究过程中要力求做到：依据信息提出假设实验探究得出结论探究实验的解答注意点：1、细心审题是关键：目的、原理要画出。2、认真分析是核心：①原理分析②材料分析③变量分析④结果分析3、正确表达是保障：大多数学生有实验思路，就是拿不到分，因此我们在表达过程中一定要按格式答题，同时要体现出科学、等量、单一变量与对照性等原则，提高实验的得分率。[巩固1]某研究性学习小组在探究铜、锌与浓盐酸反应，设计如下实验方案一、实验用品：纯锌片，37%的浓盐酸，铜片，蒸馏水，氯化铜溶液。甲：将锌放入浓盐酸中，反应速率较快乙：将实验过程记录下来，并交流。交流卡片主题：Zn，Cu+浓盐酸⑴将锌片与铜片贴在一起，一同投入浓盐酸中，反应快速放出气体！⑵当锌完全溶解后，将溶液加热，又产生气体且产生的气体总体积明显比甲多（值得进一步探究），得到无色溶液。⑶将上述反应后的溶液，隔绝空气，加入适量水，出现白色沉淀。资料卡片主题：生成一价铜的反应①课本上：CH3CHO+2Cu(OH)2Cu2O（红色）+CH3COOH+2H2O②有关资料：Cu2++4I－＝2CuI（白色）↓+I2③有关资料：氯化亚铜在不同浓度的KCl溶液中可形成[CuCl2]－、[CuCl3]2－、[CuCl4]3－等离子，且它们在溶液中均为无色。根据上述资料与交流材料回答下列问题⑴乙反应速率明显比甲快，原因是：。铜、锌及浓盐酸一起组成了原电池，加快了反应速率⑵丙、丁根据铜位于金属活动顺序表氢之后，与盐酸不反应，对乙产生的气体体积比甲大的事实。作出如下推断：①丙认为是溶解在溶液中的H2逸出，你认为是否有道理，理由是：。②丁作了如下猜想，是否成立，请你设计实验方案。丁猜想验证方法预测现象及结论丁认为铜片中可能含有锌等杂质没有道理，因为氢气本身难溶于水将铜片加入稀硫酸中，微热若无气体放出，则不含锌等活泼金属杂质；若有气体则有锌等杂质戊预计验证方法预测的现象与结论白色沉淀是氯化亚铜⑶戊注意到乙中（3）中的白色沉淀，分析：不可能是CuCl2，因为CuCl2溶液显蓝色或绿色，也不可能是氯化锌，因为稀释后溶液更稀，不会析出。并利用资料①②大胆猜想，白色沉淀是生成的氯化亚铜。请你帮他设计验证方案（若有多个只设计两个方案）：资料卡片交流卡片白色沉淀加入稀盐酸中，通入氧气溶液变蓝色，说明是一价铜向氯化亚铜悬浊液中加入氯化钾浓溶液若白色沉淀消失且得无色溶液，则原白色沉淀为氯化亚铜，否则不是⑷指导老师肯定了戊的猜想，请结合资料③，写出铜与足量浓盐酸在加热条件下反应生成无色溶液及气体，化学方程式可能是：。乙的实验步骤（3）稀释，生成沉淀，实际上是一个平衡问题，请写出这一平衡关系：（用离子方程式表示）。2Cu+8HCl=2H3[CuCl4]+H2↑或：2Cu+6HCl=2H2[CuCl3]+H2↑2Cu+4HCl=2H[CuCl2]+H2↑[CuCl4]3－[CuCl3]2－CuCl↓+2Cl－CuCl↓+3Cl－CuCl↓+Cl－[CuCl2]－IIMnIIMnIIMn242OC[巩固2]Mn2＋离子是KMnO4溶液氧化H2C2O4（乙二酸）的催化剂。有人提出该反应的历程为：Mn（Ⅵ）Mn（Ⅳ）Mn（Ⅲ）Mn(C2O4)n3－2nMn2＋＋CO2Mn（Ⅶ）⑴写出该反应的离子方程式；该反应中每生成1molCO2转移电子的物质的量为。6H+＋2MnO4—＋5H2C2O4＝2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O1molIIMnIIMnIIMn242OCMn（Ⅵ）Mn（Ⅳ）Mn（Ⅲ）Mn(C2O4)n3－2nMn2＋＋CO2Mn（Ⅶ）⑵请设计1个实验方案来验证这个历程是可信的（只需给出设计思想）。取两份等体积、等浓度草酸溶液，向其中一份草酸溶液中加固体MnSO4，另一份不加；在滴加KMnO4溶液时，加Mn2+者反应速率快。对比实验：或寻找一种试剂能与Mn(VI)、Mn(IV)或Mn(III)生成难溶物(或配合物)；加入这种试剂，反应速率变慢。已知某混合金属粉末，除铝外还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在5%以上。请设计合理实验探究该混