陳世華等

高中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生“具有較強(qiáng)的問題意識，能夠發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學(xué)問題”，通過“經(jīng)歷對化學(xué)物質(zhì)及其變化進(jìn)行探究的過程，進(jìn)一步理解科學(xué)探究的意義，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的基本方法，提高科學(xué)探究能力”。從近三年新課標(biāo)化學(xué)卷實(shí)驗(yàn)試題分析，不難發(fā)現(xiàn)試題對科學(xué)探究能力提出了較多要求。本文通過對2010年高考實(shí)驗(yàn)試題部分探究點(diǎn)的分析，從中找出一般規(guī)律：

一、以物質(zhì)性質(zhì)為探究點(diǎn)，考查實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述、物質(zhì)性質(zhì)判斷、簡述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

例1（2010·全國新課標(biāo)卷·27）某化學(xué)興趣小組為探究SO2的性質(zhì)，按下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

請到答F列問題：

（1）裝置A中盛放亞硫酸鈉的儀器名稱是 ，其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ；

（2）實(shí)驗(yàn)過程中，裝置B、C中發(fā)生的現(xiàn)象分別是 、 ，這些現(xiàn)象分別說明SO2具有的性質(zhì)是 和 ；裝置B中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 ；

（3）裝置D的目的是探究SO2與品紅作用的可逆性，請寫出實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象 ；

（4）尾氣可采用 溶液吸收。

解析 本題涉及制備二氧化硫，以及二氧化硫與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)、與硫化鈉反應(yīng)，并檢驗(yàn)二氧化硫，探究二氧化硫的漂白性是暫時的。（1）裝置A中盛裝亞硫酸鈉的儀器是燒瓶，硫酸與亞硫酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉、二氧化硫和水。（2）B裝置：5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4 二氧化硫表現(xiàn)還原性； C裝置：二氧化硫與硫化鈉發(fā)生歸中反應(yīng)：SO2+2Na2S+2H2O=S↓+4NaOH，二氧化硫表現(xiàn)氧化性。B裝置里現(xiàn)象是紫色褪去或紫紅色變淺，C裝置里現(xiàn)象是產(chǎn)生淺黃色沉淀或溶液變渾濁。（3）二氧化硫使品紅褪色，加熱燒杯，溶液變紅色。（4）尾氣中含有二氧化硫，用氫氧化鈉溶液等吸收。

答案 （1）燒瓶或蒸餾燒瓶 Na2SO3+H2SO4（濃）=Na2SO4+SO2↑+H2O （2）紫紅色褪去 溶液變渾濁 還原性、氧化性 5SO2+2MnO4-+2H2O=5SO42-+2Mn2++4H+（3）向品紅溶液中通入二氧化硫，品紅溶液褪色；點(diǎn)燃酒精燈，加熱燒杯，試管里無色溶液變紅色（4）氫氧化鈉等堿溶液

【詮釋】選擇物質(zhì)性質(zhì)為探究點(diǎn)，主要探究物質(zhì)的氧化性與還原性、酸性與堿性、穩(wěn)定性等，通常聯(lián)系實(shí)驗(yàn)試劑選擇、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等，根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象確定物質(zhì)性質(zhì)，或根據(jù)性質(zhì)預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等。

二、以反應(yīng)產(chǎn)物為探究點(diǎn)，考查實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察與分析、氣體檢驗(yàn)

例2（2010·全國II卷·29）右圖是一個用鉑絲作電極，電解稀的MgSO4溶液的裝置，電解液中加有中性紅指示劑，此時溶液呈紅色。（指示劑的pH變色范圍：6.8～8.0，酸色—紅色，減色—黃色）

回答下列問題：

（1）下列關(guān)于電解過程中電極附近溶液顏色變化的敘述正確的是 （填編號）；

①A管溶液由紅變黃； ② B管溶液由紅變黃；

③ A管溶液不變色； ④B管溶液不變色；

（2）寫出A管中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)式： ；

（3）寫出B管中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)式： ；（4）檢驗(yàn)a管中氣體的方法是 ；

（5）檢驗(yàn)b管中氣體的方法是 ；

（6）電解一段時間后，切斷電源，將電解液倒入燒杯內(nèi)觀察到的現(xiàn)象是 。

解析 本題以電解硫酸鎂溶液產(chǎn)物為探究點(diǎn)，切入點(diǎn)是根據(jù)電極反應(yīng)式分析問題。硫酸鎂溶液中存在離子和分子有：H+、Mg2+、OH-、SO42-、H2O等。（1）A為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)：2H++2e-=H2↑，H2O H++OH-，H+反應(yīng)，促進(jìn)水電離，A極附近溶液中OH-濃度增大，呈堿性，溶液變黃色；B極為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)：4OH- -4e-=2H2O+O2↑，H2O H++OH-，OH-參與電極反應(yīng)，促進(jìn)水電離平衡向生成H+方向移動，B極附近溶液呈酸性，溶液仍呈紅色。（2）A極反應(yīng)式有兩種寫法：H+或H2O發(fā)生還原反應(yīng)；OH-濃度增大，發(fā)生沉淀反應(yīng)：Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓（3）B極發(fā)生氧化反應(yīng)，可以寫OH-或H2O發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣。（4）a管氣體是氫氣；（5）b管氣體是氧氣。（6）將電解液倒入燒杯，相當(dāng)于將左右兩邊溶液混合，發(fā)生電解反應(yīng)：2H2O 2H2↑+O2↑，充分混合溶液呈弱酸性（硫酸鎂是強(qiáng)酸弱堿鹽），觀察到現(xiàn)象是，白色沉淀溶解、溶液呈紅色。

答案（1）① ④（2）

（3）

（4）用拇指按住管口，取出試管，靠近火焰，放開拇指，有爆鳴聲，管口有藍(lán)色火焰

（5）用拇指按住管口，取出試管，放開拇指，將帶有火星的木條伸入試管內(nèi)會復(fù)燃

（6）溶液呈紅色，白色沉淀溶解（或大部分溶解）

【詮釋】本題由教材電解水實(shí)驗(yàn)延伸、整合的綜合實(shí)驗(yàn)?？梢赃M(jìn)一步拓展：電解氯化鎂、硫酸銅、氯化鋁等鹽溶液。其難點(diǎn)是檢驗(yàn)氫氣、氧氣操作的表述，這類問題往往易失分。

三、以物質(zhì)相對原子質(zhì)量測定為探究點(diǎn)，考查裝置連接、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測定以及數(shù)據(jù)處理

例3（2010·海南·17）根據(jù)氨氣還原氧化銅的反應(yīng)，可設(shè)計(jì)測定銅元素相對原子質(zhì)量么 （近似值）的實(shí)驗(yàn)。先稱量反應(yīng)物氧化銅的質(zhì)量m（CuO），反應(yīng)完全后測定生成物水的質(zhì)量m（H2O），由此計(jì)算 。為此，提供的實(shí)驗(yàn)儀器及試劑如下（根據(jù)需要可重復(fù)選用，加入的NH4C1與Ca（OH）2的量足以產(chǎn)生使CuO完全還原的氨氣）：

請回答 下列問題：

（1）氨氣還原熾熱氧化銅的化學(xué)方程式為________________________________；

（2）從所提供的儀器及試劑中選擇并組裝本實(shí)驗(yàn)的一套合理、簡單的裝置，按氣流方向的連接順序?yàn)椋ㄓ脠D中標(biāo)注的導(dǎo)管口符號表示）a→______________________________；

（3）在本實(shí)驗(yàn)中，若測得m（CuO）= a g，m（H2O）= b g，則Ar（Cu）= _______________；

（4）在本實(shí)驗(yàn)中，使測定結(jié)果Ar（Cu）偏大的是_______________ （填序號）；

①CuO未完全起反應(yīng) ②CuO不干燥 ③CuO中混有不反應(yīng)的雜質(zhì)

④ 堿石灰不干燥 ⑤NH4C1與Ca（OH）2混合 物不干燥

（5）在本實(shí)驗(yàn)中，還可通過測定________和__ ___ ，或________和_______達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

解析 本題以測定金屬銅相對原子質(zhì)量為探究點(diǎn)，選擇儀器組合裝置，確定測定物理量。

（1）氨氣氧化銅反應(yīng)生成銅、氮?dú)夂退?）氨氣還原氧化銅的思路為制備氨氣 干燥氨氣 氨氣還原氧化銅 吸收水，即A D B D。測定水的質(zhì)量，只能選堿石灰吸收水蒸汽，不能用濃硫酸，因?yàn)闈饬蛩崮芪账羝桶睔猓?）3CuO+2NH3 N2+3H2O+3Cu， （4）根據(jù)銅的計(jì)算公式知，測得水的質(zhì)量偏小，銅的相對原子質(zhì)量偏大，①氧化銅未完全反應(yīng)，水的質(zhì)量偏??；②氧化銅不干燥，測得水質(zhì)量偏大；③氧化銅中混有不反應(yīng)的雜質(zhì)，測得水的質(zhì)量偏??；④堿石灰不干燥，測得水質(zhì)量偏大；⑤反應(yīng)物不干燥，測得水偏大。（5）依據(jù)儀器，只能用重量法測定銅的相對原子質(zhì)量。根據(jù)化學(xué)方程式知，測得m（CuO）、m（Cu）或m（Cu）、m（H2O）質(zhì)量，可以計(jì)算銅的相對原子質(zhì)量，因?yàn)閮x器已確認(rèn)，不能測定氮?dú)怏w積。氨氣只能部分反應(yīng)，不能測定反應(yīng)的氨氣體積。

答案 （1）2NH3+3CuO 3Cu+N2+3H2O （2） a e b e （3）

（4）①③ （5）m（CuO） 和m（Cu） ；m（Cu）和m（H2O）

【詮釋】探究金屬相對原子質(zhì)量涮定，首先確保實(shí)驗(yàn)原理正確，其次減少實(shí)驗(yàn)誤差；第三，確定所要測定的物理量。本題易錯點(diǎn)有（1）錯選C裝置吸收水，氨氣與氧化銅反應(yīng)，氨氣不能完全反應(yīng)，故C裝置吸收有氨氣，使測得水蒸汽質(zhì)量偏高，測得銅的相對原子質(zhì)量偏低；（2）通過測定氨氣體積、氮?dú)怏w積進(jìn)而測定銅的相對原子質(zhì)量。實(shí)際上，氨氣參加反應(yīng)的體積無法測定，而根據(jù)已知的儀器無法測定氮?dú)怏w積。

四、以反應(yīng)條件為探究點(diǎn)，考查實(shí)驗(yàn)本質(zhì)分析、異常現(xiàn)象解釋以及觀察數(shù)據(jù)信息找規(guī)律

例4（2010·全國新課標(biāo)卷·28）某同學(xué)在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率。請回答下列問題：

（1）上述實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式有 ；

（2）硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是 ；

（3）實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有 、 、 、 等4中溶液，可與實(shí)驗(yàn)中 溶液起相似作用的是 ；

（4）要加快上述實(shí)驗(yàn)中氣體產(chǎn)生的速率，還可采取的措旌有 （答兩種）；

（5）為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計(jì)了如下一系列實(shí)驗(yàn)。將表中所給的混合溶液分別加入到6個盛有過量Zn粒的反應(yīng)瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時間。

實(shí)驗(yàn)

混合溶液 A B C D E F

4 mol·L-1硫酸溶液/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5

飽和硫酸銅溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20

H2O/mL V7 V?8 V9 V10 10 0

①請完成此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中：V1= ，V6= ，V9= ；

②反應(yīng)一段時間后，實(shí)驗(yàn)A中的金屬呈 色，實(shí)驗(yàn)E中的金屬呈 色；

③該同學(xué)最后得出的結(jié)論為：當(dāng)加入少量 溶液時，生成氫氣的速率會大大提高。但當(dāng)加入的 溶液超過一定量時，生成氫氣的速率反而會下降。請分析氫氣生成速率下降的主要原因 。

解析 本題以影響化學(xué)反應(yīng)速率因素為探究點(diǎn)，探究提高金屬與酸反應(yīng)速率的外界條件。（1）發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有鋅與稀硫酸、硫酸銅溶液反應(yīng)；（2）從原電池角度分析，形成原電池后，會加快負(fù)極失去電子；（3）要構(gòu)成原電池，必須選一種沒有銅活潑的金屬，硫酸銀與鋅反應(yīng)生成銀附在鋅表面，在溶液中構(gòu)成原電池，能加快鋅失去電子，產(chǎn)生氫氣速率加快；（4）從影響化學(xué)反應(yīng)速率因素角度考慮，如溫度、濃度、固液接觸面等。（5）探究對照實(shí)驗(yàn)，要控制變量，只改變硫酸銅溶液用量，為了便于控制H+濃度，必須加水使溶液總體積相等，確保H+濃度相等，所用稀硫酸的體積相同（30 mL）.①根據(jù)F組實(shí)驗(yàn)知，不加水時，飽和硫酸銅溶液體積為20 mL， 稀硫酸體積為30 mL，溶液總體積近似50 mL. V1=V2=V3=V4=V5=30 mLV6=10 mL，V7=20 mL，V8=19.5 mL，V9=17.5 mL，V10=15 mL.②A組實(shí)驗(yàn)中，沒有加入飽和硫酸銅溶液，金屬鋅呈銀白色；實(shí)驗(yàn)E中加入了硫酸銅溶液，產(chǎn)生銅覆蓋在鋅粒表面，呈紅色；③硫酸銅過多，產(chǎn)生的銅覆蓋在鋅粒表面，阻止鋅與H+接觸，使反應(yīng)減慢。

答案 （1）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu （2） 氧化性：Cu2+>H+，硫酸銅與鋅優(yōu)先反應(yīng)生成鎂覆蓋在鋅粒表面，在稀硫酸溶液中，鋅與銅構(gòu)成原電池的兩極，加快了鋅失去電子，使產(chǎn)生氫氣速率加快（3）硫酸銀（4）加熱、將鋅粒粉碎、適當(dāng)增加稀硫酸濃度等；（5）①V1=30、V6=10、V9=17.5 ②銀白色 紅色或紫紅色 ③硫酸銅溶液量較大時，產(chǎn)生較多的銅覆蓋在鋅粒表面，阻礙鋅與稀硫酸接觸，使產(chǎn)生氫氣速率減慢。

【詮釋】探究影響化學(xué)反應(yīng)速率因素，可以分內(nèi)因和外因兩部分。影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素主要是物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)；外素主要是溫度、酸堿度、濃度、接觸面、催化劑、壓強(qiáng)（氣體反應(yīng)）等，通常采用控制變量法探究一個因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。 本題亮點(diǎn)有：一是設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)，需要理解“探究硫酸銅溶液量對反應(yīng)速率影響”，引發(fā)“控制哪里變量”，如何使其它變量相同等問題；二是將形成原電池與影響固體與液體接觸面聯(lián)系起來，即深化實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。中學(xué)實(shí)驗(yàn)鋅與稀硫酸反應(yīng)，加“少量硫酸銅”能加快反應(yīng)速率，本題深刻探究“少量”含義。

五、以實(shí)驗(yàn)方案為探究點(diǎn)，考查實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論

例5（2010·重慶·27）某興趣小組用如圖裝置探究氨的催化氧化.

（1）氨催化氧化的化學(xué)方程式為___________________.

（2）加熱玻璃管2一段時間后，擠壓1中打氣球鼓入空氣，觀察到2中物質(zhì)呈紅熱狀態(tài)；停止加熱后仍能保持紅熱，該反應(yīng)是_________反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）.

（3）為保證在裝置4中觀察到紅棕色氣體，裝置3應(yīng)裝入_________；若取消3，在4中僅觀察到大量白煙，原因是___________________.

（4）為實(shí)現(xiàn)氨催化氧化，也可用裝置5替換裝置_________（填裝置代號）；化合物X為_________（只寫一種），Na2O2的作用是___________________.

解析 本題以實(shí)驗(yàn)方案變換為探究點(diǎn)，通過2-3-4儀器連接和2-4儀器連接，以及5替代1儀器等，多角度探究氮?dú)浠?、氮化物、鹽之間轉(zhuǎn)化關(guān)系。（1） 和 氧化生成 。（2）該反應(yīng)為放熱，故不加熱后仍能保持紅熱狀態(tài)。（3）反應(yīng)后氣體中有 和 ， 會被 氧化生成 ，在于空氣中的水蒸氣反應(yīng)生成HNO3，而HNO3與 會產(chǎn)生白煙。裝置3的作用是除去NO中氨氣，用濃硫酸吸收氨氣。（4）裝置5與1均產(chǎn)生科產(chǎn)生NH3。NH4Cl加熱分解可得 和HCl，而HCl與 可生成 。也可以是碳酸氫銨，碳酸氫銨分解生成氨氣、水蒸汽、二氧化碳，而水蒸汽、二氧化碳被過氧化鈉吸收放出氧氣。

答案 4NH3+5O2 4NO+6H2O （2）放熱（3）濃H2SO4；生成的NO與O2反應(yīng)生成NO2，NO2與水反應(yīng)生成HNO3，NH3與HNO3反應(yīng)生成了NH4NO3

（4）I NH4Cl 與HCl反應(yīng)生成氧氣（或碳酸氫銨 吸收二氧化碳、水蒸汽放出氧氣）

【詮釋】以實(shí)驗(yàn)方案為探究點(diǎn)，主要探究角度有：（1）減一減 即減少儀器對實(shí)驗(yàn)影響；（2）增一增 即增加某儀器；（3）換一換 一般用簡單儀器替換復(fù)雜的儀器；（4）調(diào)一調(diào) 主要指調(diào)換儀器順序，探究對實(shí)驗(yàn)影響。本題氨催化氧化一般用鉑作催化劑，本題用三氧化三鉻作催化劑，說明同一反應(yīng)可以用多種催化劑，如氯酸鉀分解可以用二氧化錳、氧化鐵、氧化銅等作催化劑；本題X成分具有開放性和探究性。

六、以物質(zhì)制備為探究點(diǎn)，考查儀器、試劑選擇以及誤差分析

例6（2010·上海·26） 廣泛存在于自然界，是一種重要的化工原料。大理石主要成分為 ，另外有少量的含硫化合物。實(shí)驗(yàn)室用大理石和稀鹽酸反應(yīng)制備 氣體。下列裝置可用于 氣體的提純和干燥。

完成下列填空：

（1）用濃鹽酸配制1：1（體積比）的稀鹽酸（約6 ），應(yīng)選用的儀器是 。

a.燒杯 b.玻璃棒 c.量筒d.容量瓶

（2）上述裝置中，A是 溶液， 溶液可以吸收 。

（3）上述裝置中，B物質(zhì)是_____。用這個實(shí)驗(yàn)得到的氣體測定 的相對分子質(zhì)量，如果B物質(zhì)失效，測定結(jié)果____（填“偏高”、“偏低”或“不受影響”）。

（4）一次性飯盒中石蠟（高級烷烴）和 在食物中的溶出量是評價飯盒質(zhì)量的指標(biāo)之一，測定溶出量的主要實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)如下：剪碎、稱重→浸泡溶解→過濾→殘?jiān)娓伞鋮s、稱重→恒重

為了將石蠟和碳酸鈣溶出，應(yīng)選用的試劑是 。

a.氯化鈉溶液 b.稀醋酸 c.稀硫酸 d 正已烷

（5）在溶出量測定實(shí)驗(yàn)中，為了獲得石蠟和碳酸鈣的最大溶出量，應(yīng)先溶出_____后溶出_______。

（6）上述測定實(shí)驗(yàn)中，連續(xù)_______，說明樣品已經(jīng)恒重。

解析 本題考查二氧化碳制備、凈化等相關(guān)問題。（1）配制近似濃度的溶液，不用容量瓶.只需要量溶液體積和水體積.所以，需要儀器有燒瓶、玻璃棒和量筒；（2）依題意，石灰石中含有少量硫化合物，與鹽酸反應(yīng)生成硫化氫等，A裝置里溶液用于除去硫化氫，可以用酸性高錳酸鉀溶液或硫酸銅溶液或溴水等，碳酸氫鈉溶液吸收鹽酸揮發(fā)出來的氯化氫等酸性氣體。（3）B裝置物質(zhì)用于干燥二氧化碳，如氯化鈣、五氧化二磷等中性或酸性干燥劑。如果干燥劑失效，得到二氧化碳?xì)怏w中混有水蒸汽， 測得相對分子質(zhì)量小于44。（4）石蠟是烷烴，能溶于液態(tài)正己烷，碳酸鈣溶于醋酸，不能用硫酸溶解碳酸鈣，因?yàn)榱蛩崤c碳酸鈣反應(yīng)生成微溶硫酸鈣。（5）因?yàn)槭灨皆谔妓徕}表面會阻止碳酸鈣與醋酸接觸，所以，應(yīng)先溶出石蠟，后溶出碳酸鈣。（6）精確度高的重量法實(shí)驗(yàn)中，連續(xù)兩次稱重質(zhì)量差不超過0.001g，表明樣品已恒重。本實(shí)驗(yàn)稱量應(yīng)用電子天平，不是托盤天平。

答案（1）a b c（2） 溶液或酸性 溶液： 吸收HCl氣體或吸收酸性氣體

（3）無水 偏低 （4）b d （5）石蠟 （6）兩次稱量的結(jié)果相差不超過（或小于）0.00lg

【詮釋】探究物質(zhì)制備的角度：（1）實(shí)驗(yàn)原理多樣性，制備同一物質(zhì)可以選擇不同實(shí)驗(yàn)原理；（2）實(shí)驗(yàn)裝置多樣性，實(shí)驗(yàn)裝置由反應(yīng)原理決定；（3）儀器選擇多樣性，多種儀器可以達(dá)到同一目的，當(dāng)然盡可能用簡單儀器代替復(fù)雜儀器，選擇多功能儀器完全實(shí)驗(yàn)。氣體實(shí)驗(yàn)裝置一般流程：發(fā)生裝置 凈化裝置 干燥裝置 收集裝置 尾氣處理裝置（或主反應(yīng)裝置 產(chǎn)品收集裝置 尾氣處理裝置）等。