愛恨情仇是探究 利劍出鞘破實驗
——探究性化學(xué)實驗的解題技巧

河南 陳亞紅

愛恨情仇是探究 利劍出鞘破實驗
——探究性化學(xué)實驗的解題技巧

河南 陳亞紅

探究性實驗題，是以化學(xué)實驗題為主體的實驗綜合題，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)實驗探究試題以能力立意，以研究性學(xué)習(xí)為情境，把化學(xué)知識與能力的考查融合于實驗探究的過程中。探究類實驗題常見的命題點是探究物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)機理等。

一、解讀題型 曉破題關(guān)鍵

1．解答探究性實驗題的基本程序可用以下流程圖表示：

（1）提出問題

首先要發(fā)現(xiàn)問題，對題給信息進行對比、質(zhì)疑，通過思考提出值得探究的問題。此外，實驗中出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象也是發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的重要契機。

（2）提出猜想

所謂猜想就是根據(jù)已有知識對問題的解決提出的幾種可能的情況。有一些問題，結(jié)論有多種可能（這就是猜想），只能通過實驗進行驗證。

（3）設(shè)計驗證方案

提出猜想后，就要結(jié)合題給條件，設(shè)計出科學(xué)、合理、安全的實驗方案，對可能的情況進行探究。實驗設(shè)計中，關(guān)鍵點是對試劑的選擇和實驗條件的調(diào)控。

（4）觀察實驗現(xiàn)象，得出結(jié)論

根據(jù)設(shè)計的實驗方案，根據(jù)實驗現(xiàn)象進行推理分析或計算分析得出結(jié)論。

2．知命題規(guī)律曉解題技法

（1）對未知產(chǎn)物的探究

通過化學(xué)反應(yīng)原理猜測可能生成哪些物質(zhì)，對這些物質(zhì)逐一進行檢驗來確定究竟含有哪些物質(zhì)。雖然探究性實驗主要考查學(xué)生的探究能力，但在問題中常常包含了對實驗基礎(chǔ)知識的考查。

（2）對物質(zhì)性質(zhì)的探究

在探究過程中往往可以利用對比實驗，即設(shè)置幾組平行實驗來進行對照和比較，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)機理。

二、題型分類 構(gòu)建滿分模板

1．物質(zhì)性質(zhì)驗證類實驗

【思維模型】

【例1】 （2015全國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）無色，熔點為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解。

回答下列問題：

（1）甲組同學(xué)按照如圖所示的裝置，通過實驗檢驗草酸晶體的分解產(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，為進行驗證，選用甲組實驗中的裝置A、B和下圖所示的部分裝置（可以重復(fù)選用）進行實驗。

①乙組同學(xué)的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、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)計實驗證明：

①草酸的酸性比碳酸的強：________。

②草酸為二元酸：________。

【構(gòu)建模板】

第一步 明確實驗干什么

本實驗有兩個目的：一是驗證草酸分解的產(chǎn)物中含有CO2和CO，二是設(shè)計實驗證明草酸的酸性比碳酸強及草酸是二元酸。

第二步 論證原理用什么

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

（2）依據(jù)相對強的酸制取較弱的酸的原理設(shè)計方案證明草酸的酸性強于碳酸。

（3）依據(jù)酸堿中和反應(yīng)原理，可采用中和滴定的方法，計算出草酸與NaOH的物質(zhì)的量之比，來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CO2，濃NaOH溶液可用于除去CO中的CO2氣體，以防對CO氣體的檢驗形成干擾。

第四步 信息原理定方案

（1）先用澄清石灰水檢驗CO2氣體的存在。

（2）檢驗CO氣體，應(yīng)先在H裝置中進行CO還原CuO的反應(yīng)，氣體進入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CO2氣體的存在。其實驗裝置流程為：

（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于碳酸。

（4）用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定一定物質(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 代入流程通盤驗

將第四步的方案（2）代入實驗流程圖中進一步驗證，從而確定題目中各問題的答案是否合理、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） 防止草酸進入裝置C反應(yīng)生成沉淀，干擾CO2的檢驗

（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?，F(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)打開彈簧夾，先通入一段時間氮氣，排除裝置中的空氣，目的是________________________________。

（3）再關(guān)閉彈簧夾、打開分液漏斗活塞、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中通入過量O2，則裝置B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________。如果沒有裝置C，對實驗結(jié)論造成的影響是_______________________________________。

（5）通過上述實驗探究過程，可得出裝置A中反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________。

2．物質(zhì)性質(zhì)探究類實驗

【思維模型】

請回答下列問題：

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

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

（3）為了驗證氯氣的氧化性，將氯氣通入Na2SO3溶液中，寫出氯氣與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)生無色氣體，已知酸性：鹽酸＞碳酸＞次氯酸，該實驗證明氯氣與水反應(yīng)的生成物中含有________。

【構(gòu)建模板】

第一步 明確實驗?zāi)康?/p>

本實驗的目的是用“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 逆推實驗原理

根據(jù)題給裝置的信息再結(jié)合所學(xué)知識，可推測本實驗探究氯氣的強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 回歸題干找對應(yīng)

第四步 符合驗證定答案

對本實驗的目的、原理及所要回答的問題，整體分析，相互檢驗，來確定答案的正確性。

【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的氧化性強弱，設(shè)計如下實驗（夾持儀器已略去，裝置的氣密性已檢驗）。

實驗記錄如下：

______________實驗操作實驗現(xiàn)象Ⅰ打開活塞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，混合液顏色無明顯變化Ⅲ停止吹入空氣，打開活塞b，逐滴加入H2O2溶液開始時顏色無明顯變化；繼續(xù)滴加H2O2溶液，一段時間后，混合液逐漸變成紅棕色

請回答下列問題：

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

（2）實驗操作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）實驗現(xiàn)象Ⅲ中，混合液逐漸變成紅棕色，其對應(yīng)的離子方程式為_____________________。

（5）由上述實驗得出的結(jié)論是______________________。

（6）實驗反思

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

②實驗現(xiàn)象Ⅲ中，開始時顏色無明顯變化的原因是（寫出一條即可）：________________________________________。

預(yù)計2017年高考考查方向有：給定實驗情景或物質(zhì)性質(zhì)，要求考生設(shè)計實驗方案；提出實驗問題，要求考生選擇儀器、藥品，組裝實驗裝置，確定實驗步驟，評價實驗方案；結(jié)合給定的實驗情景分析現(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A中反應(yīng)產(chǎn)物檢驗的干擾

（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 水蒸氣會與NO2反應(yīng)產(chǎn)生NO，造成對NO的來源認(rèn)識不清

【解析】（1）為了檢驗裝置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中用濃硫酸對氣體進行干燥處理；然后把氣體通過E冰水浴，檢驗NO2的產(chǎn)生，再把氣體通過D裝置，檢驗是否產(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NaOH溶液進行尾氣處理。（2）反應(yīng)前應(yīng)打開彈簧夾，先通入一段時間氮氣，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A中反應(yīng)產(chǎn)物檢驗的干擾。（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。（4）如果向D中通入過量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。如果沒有裝置C，水蒸氣會與NO2反應(yīng)產(chǎn)生NO，造成對NO的來源認(rèn)識不清。（5）通過上述實驗探究過程，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)生白色沉淀的同時無明顯顏色變化，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）解題時注意審題，實驗現(xiàn)象Ⅱ是A中紅棕色明顯變淺，B中混合液顏色無明顯變化，說明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中學(xué)）