河南 陳亞紅

愛(ài)恨情仇是探究 利劍出鞘破實(shí)驗(yàn)
——探究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)的解題技巧

河南 陳亞紅

探究性實(shí)驗(yàn)題，是以化學(xué)實(shí)驗(yàn)題為主體的實(shí)驗(yàn)綜合題，一般將元素周期律與元素化合物性質(zhì)相結(jié)合或者將化學(xué)平衡理論、電離平衡理論、電化學(xué)理論與物質(zhì)性質(zhì)相結(jié)合的綜合性試題?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)探究試題以能力立意，以研究性學(xué)習(xí)為情境，把化學(xué)知識(shí)與能力的考查融合于實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中。探究類實(shí)驗(yàn)題常見(jiàn)的命題點(diǎn)是探究物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等。

一、解讀題型 曉破題關(guān)鍵

1．解答探究性實(shí)驗(yàn)題的基本程序可用以下流程圖表示：

（1）提出問(wèn)題

首先要發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)題給信息進(jìn)行對(duì)比、質(zhì)疑，通過(guò)思考提出值得探究的問(wèn)題。此外，實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象也是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的重要契機(jī)。

（2）提出猜想

所謂猜想就是根據(jù)已有知識(shí)對(duì)問(wèn)題的解決提出的幾種可能的情況。有一些問(wèn)題，結(jié)論有多種可能（這就是猜想），只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

（3）設(shè)計(jì)驗(yàn)證方案

提出猜想后，就要結(jié)合題給條件，設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理、安全的實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)可能的情況進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)試劑的選擇和實(shí)驗(yàn)條件的調(diào)控。

（4）觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論

根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行推理分析或計(jì)算分析得出結(jié)論。

2．知命題規(guī)律曉解題技法

（1）對(duì)未知產(chǎn)物的探究

通過(guò)化學(xué)反應(yīng)原理猜測(cè)可能生成哪些物質(zhì)，對(duì)這些物質(zhì)逐一進(jìn)行檢驗(yàn)來(lái)確定究竟含有哪些物質(zhì)。雖然探究性實(shí)驗(yàn)主要考查學(xué)生的探究能力，但在問(wèn)題中常常包含了對(duì)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的考查。

（2）對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的探究

在探究過(guò)程中往往可以利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，即設(shè)置幾組平行實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行對(duì)照和比較，從而研究和揭示某種規(guī)律，解釋某種現(xiàn)象形成的原因或證明某種反應(yīng)機(jī)理。

二、題型分類 構(gòu)建滿分模板

1．物質(zhì)性質(zhì)驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)

【思維模型】

【例1】 （2015全國(guó)Ⅰ）草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其K1＝5．4×10－2，K2＝5．4×10－5。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體（H2C2O4·2H2O）無(wú)色，熔點(diǎn)為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解。

回答下列問(wèn)題：

（1）甲組同學(xué)按照如圖所示的裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)草酸晶體的分解產(chǎn)物。裝置C中可觀察到的現(xiàn)象是______________________________，由此可知草酸晶體分解的產(chǎn)物中有________。裝置B的主要作用是______________________。

（2）乙組同學(xué)認(rèn)為草酸晶體分解產(chǎn)物中還有CO，為進(jìn)行驗(yàn)證，選用甲組實(shí)驗(yàn)中的裝置A、B和下圖所示的部分裝置（可以重復(fù)選用）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

①乙組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置中，依次連接的合理順序?yàn)锳、B、___________________________。

裝置H反應(yīng)管中盛有的物質(zhì)是________。

②能證明草酸晶體分解產(chǎn)物中有CO的現(xiàn)象是________。

（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明：

①草酸的酸性比碳酸的強(qiáng)：________。

②草酸為二元酸：________。

【構(gòu)建模板】

第一步 明確實(shí)驗(yàn)干什么

本實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)目的：一是驗(yàn)證草酸分解的產(chǎn)物中含有CO2和CO，二是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明草酸的酸性比碳酸強(qiáng)及草酸是二元酸。

第二步 論證原理用什么

（1）驗(yàn)證CO2的方法是該氣體能使澄清石灰水變渾濁；驗(yàn)證CO氣體的方法是用CO還原CuO，通過(guò)CuO顏色的變化及檢驗(yàn)氧化產(chǎn)物來(lái)確認(rèn)。

（2）依據(jù)相對(duì)強(qiáng)的酸制取較弱的酸的原理設(shè)計(jì)方案證明草酸的酸性強(qiáng)于碳酸。

（3）依據(jù)酸堿中和反應(yīng)原理，可采用中和滴定的方法，計(jì)算出草酸與NaOH的物質(zhì)的量之比，來(lái)判斷草酸是一元酸還是二元酸。

第三步 題干信息有什么

（1）草酸的熔點(diǎn)低，易升華，故草酸分解產(chǎn)生的氣體中混有草酸蒸氣。

（2）草酸170℃易分解，其分解產(chǎn)物中有CO2和CO，題圖中的澄清石灰水可用于檢驗(yàn)CO2，濃NaOH溶液可用于除去CO中的CO2氣體，以防對(duì)CO氣體的檢驗(yàn)形成干擾。

第四步 信息原理定方案

（1）先用澄清石灰水檢驗(yàn)CO2氣體的存在。

（2）檢驗(yàn)CO氣體，應(yīng)先在H裝置中進(jìn)行CO還原CuO的反應(yīng)，氣體進(jìn)入H裝置前需除去CO中的CO2氣體，從H裝置中導(dǎo)出的氣體需用澄清石灰水檢驗(yàn)CO2氣體的存在。其實(shí)驗(yàn)裝置流程為：

（3）向NaHCO3溶液中加入草酸，若有CO2氣體生成則證明草酸的酸性強(qiáng)于碳酸。

（4）用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液來(lái)滴定一定物質(zhì)的量濃度的草酸溶液，若草酸是一元酸，則草酸與NaOH的物質(zhì)的量之比為1∶1；若草酸是二元酸，則草酸與NaOH的物質(zhì)的量之比為1∶2。

第五步 代入流程通盤(pán)驗(yàn)

將第四步的方案（2）代入實(shí)驗(yàn)流程圖中進(jìn)一步驗(yàn)證，從而確定題目中各問(wèn)題的答案是否合理、正確。

【答案】（1）有氣泡逸出、澄清石灰水變渾濁 CO2（冷凝水蒸氣、草酸等） 防止草酸進(jìn)入裝置C反應(yīng)生成沉淀，干擾CO2的檢驗(yàn)

（2）①F、D、G、H、D、I CuO

②H中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后的D中澄清石灰水變渾濁

（3）①向盛有少量NaHCO3的試管里滴加草酸溶液，有氣泡產(chǎn)生 ②用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質(zhì)的量為草酸的兩倍

【變式訓(xùn)練1】（2016太原模擬）亞硝酸鈉（NaNO2）在纖維紡織品的染色和漂白、照相、生產(chǎn)橡膠、制藥等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，也常用于魚(yú)類、肉類等食品的染色和防腐。但因其有毒，所以在食品行業(yè)用量有嚴(yán)格限制。現(xiàn)用下圖所示儀器（夾持裝置已省略）及藥品，探究亞硝酸鈉與硫酸反應(yīng)及氣體產(chǎn)物的成分。

已知：①NO＋NO2＋2OH－2NO－2＋H2O

②氣體液化的溫度：NO2為21℃，NO為－152℃

（1）為了檢驗(yàn)裝置A中生成的氣體產(chǎn)物，儀器的連接順序（按左→右連接）為A、C、________、________、________。

（2）反應(yīng)前應(yīng)打開(kāi)彈簧夾，先通入一段時(shí)間氮?dú)?，排除裝置中的空氣，目的是________________________________。

（3）再關(guān)閉彈簧夾、打開(kāi)分液漏斗活塞、滴入70%硫酸后，A中產(chǎn)生紅棕色氣體。

①確認(rèn)A中產(chǎn)生的氣體含有NO，依據(jù)的現(xiàn)象是______________________________________________________。

②裝置E的作用是________________________________。

（4）如果向D中通入過(guò)量O2，則裝置B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________。如果沒(méi)有裝置C，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論造成的影響是_______________________________________。

（5）通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，可得出裝置A中反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________。

2．物質(zhì)性質(zhì)探究類實(shí)驗(yàn)

【思維模型】

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）從裝置①②③中選擇合適的氣體制備裝置（A處）________（填序號(hào)）。

（2）裝置B、C中依次放的是干燥的紅色布條和濕潤(rùn)的紅色布條，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中該同學(xué)發(fā)現(xiàn)裝置B中的布條也褪色，其原因可能是________________________________________，說(shuō)明該裝置存在明顯的缺陷，請(qǐng)?zhí)岢龊侠淼母倪M(jìn)方法：_____________________________________________________。

（3）為了驗(yàn)證氯氣的氧化性，將氯氣通入Na2SO3溶液中，寫(xiě)出氯氣與Na2SO3溶液反應(yīng)的離子方程式：________。

（4）氯氣通入飽和NaHCO3溶液能產(chǎn)生無(wú)色氣體，已知酸性：鹽酸＞碳酸＞次氯酸，該實(shí)驗(yàn)證明氯氣與水反應(yīng)的生成物中含有________。

【構(gòu)建模板】

第一步 明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本實(shí)驗(yàn)的目的是用“84”消毒液與硫酸反應(yīng)制取氯氣，并探究氯氣可能具有性質(zhì)。

第二步 逆推實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)題給裝置的信息再結(jié)合所學(xué)知識(shí)，可推測(cè)本實(shí)驗(yàn)探究氯氣的強(qiáng)氧化性及與水的歧化反應(yīng)，所涉及的反應(yīng)原理為

第三步 回歸題干找對(duì)應(yīng)

第四步 符合驗(yàn)證定答案

對(duì)本實(shí)驗(yàn)的目的、原理及所要回答的問(wèn)題，整體分析，相互檢驗(yàn)，來(lái)確定答案的正確性。

【答案】（1）②

（2）產(chǎn)生的氯氣中含有水蒸氣，二者反應(yīng)生成次氯酸在裝置A、B之間增加盛有濃硫酸的洗氣瓶（或干燥裝置）

（4）HCl（或鹽酸）

【變式訓(xùn)練2】（2016黑龍江大慶模擬）某小組同學(xué)為探究H2O2、H2SO3、Br2的氧化性強(qiáng)弱，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)（夾持儀器已略去，裝置的氣密性已檢驗(yàn)）。

實(shí)驗(yàn)記錄如下：

______________實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Ⅰ打開(kāi)活塞a，滴加氯水，關(guān)閉____活塞a A中溶液變?yōu)榧t棕色Ⅱ吹入熱空氣A中紅棕色明顯變淺；B中有氣泡，產(chǎn)生大量白色沉淀，混合液顏色無(wú)明顯變化Ⅲ停止吹入空氣，打開(kāi)活塞b，逐滴加入H2O2溶液開(kāi)始時(shí)顏色無(wú)明顯變化；繼續(xù)滴加H2O2溶液，一段時(shí)間后，混合液逐漸變成紅棕色

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）A中反應(yīng)的離子方程式是______________________。

（2）實(shí)驗(yàn)操作Ⅱ中吹入熱空氣的目的是_____________。

（3）裝置C 的作用是_____________________，盛放的溶液是________。

（4）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Ⅲ中，混合液逐漸變成紅棕色，其對(duì)應(yīng)的離子方程式為_(kāi)____________________。

（5）由上述實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是______________________。

（6）實(shí)驗(yàn)反思

①有同學(xué)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)操作Ⅱ吹入的熱空氣會(huì)干擾（5）中結(jié)論的得出，你認(rèn)為是否干擾，理由是___________________。

②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Ⅲ中，開(kāi)始時(shí)顏色無(wú)明顯變化的原因是（寫(xiě)出一條即可）：________________________________________。

預(yù)計(jì)2017年高考考查方向有：給定實(shí)驗(yàn)情景或物質(zhì)性質(zhì)，要求考生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；提出實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，要求考生選擇儀器、藥品，組裝實(shí)驗(yàn)裝置，確定實(shí)驗(yàn)步驟，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案；結(jié)合給定的實(shí)驗(yàn)情景分析現(xiàn)象并得出什么結(jié)論等。

【變式訓(xùn)練參考答案】

1．（1）E D B

（2）防止可能產(chǎn)生的NO被氧化成NO2，造成對(duì)A中反應(yīng)產(chǎn)物檢驗(yàn)的干擾

（3）①裝置D中通入氧氣后出現(xiàn)紅棕色氣體 ②冷凝，使NO2完全液化

（4）4NO2＋O2＋4NaOH4NaNO3＋2H2O 水蒸氣會(huì)與NO2反應(yīng)產(chǎn)生NO，造成對(duì)NO的來(lái)源認(rèn)識(shí)不清

【解析】（1）為了檢驗(yàn)裝置A中生成的氣體產(chǎn)物，在儀器A中制取氣體，然后在裝置C中用濃硫酸對(duì)氣體進(jìn)行干燥處理；然后把氣體通過(guò)E冰水浴，檢驗(yàn)NO2的產(chǎn)生，再把氣體通過(guò)D裝置，檢驗(yàn)是否產(chǎn)生NO氣體，由于NO、NO2都是大氣污染物，為了防止大氣污染，最后把氣體通過(guò)NaOH溶液進(jìn)行尾氣處理。（2）反應(yīng)前應(yīng)打開(kāi)彈簧夾，先通入一段時(shí)間氮?dú)?，排除裝置中的空氣，目的是防止空氣中的氧氣可能產(chǎn)生的NO被氧化成NO2，造成對(duì)A中反應(yīng)產(chǎn)物檢驗(yàn)的干擾。（3）①確認(rèn)A中產(chǎn)生的氣體含有NO，依據(jù)的現(xiàn)象是裝置D中通入氧氣后出現(xiàn)紅棕色氣體，反應(yīng)是2NO＋O2，②裝置E的作用是冷凝，使NO2完全液化，防止影響NO的檢驗(yàn)。（4）如果向D中通入過(guò)量O2，則從該裝置逸出的氣體為NO2，則在裝置B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。如果沒(méi)有裝置C，水蒸氣會(huì)與NO2反應(yīng)產(chǎn)生NO，造成對(duì)NO的來(lái)源認(rèn)識(shí)不清。（5）通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，可得出裝置A中反應(yīng)產(chǎn)生的氣體中含有NO、NO2，根據(jù)電子守恒和原子守恒，可得反應(yīng)的化學(xué)方程式是NO2↑＋NO↑＋H2O。

2．（1）2Br－＋Cl2Br2＋2Cl－

（2）吹出單質(zhì)Br2

（3）吸收尾氣 NaOH溶液

（4）H2O2＋2Br－＋2H＋Br2＋2H2O

（5）氧化性：H2O2＞Br2＞H2SO3

（6）①不干擾，無(wú)論熱空氣是否參與氧化H2SO3，只要觀察到產(chǎn)生白色沉淀的同時(shí)無(wú)明顯顏色變化，即能證明Br2氧化了H2SO3②H2SO3有剩余（H2O2濃度小或Br－與H2O2反應(yīng)慢等原因都可）

【解析】（2）吹入熱空氣的目的是吹出Br2。（6）解題時(shí)注意審題，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Ⅱ是A中紅棕色明顯變淺，B中混合液顏色無(wú)明顯變化，說(shuō)明Br2被吹出，在B中與H2SO3發(fā)生了反應(yīng)。

（作者單位：河南省鄢陵縣第二高級(jí)中學(xué)）