探究性化學(xué)實驗題的解題技巧

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，其中探究性實驗題不僅要求學(xué)生掌握扎實的理論知識，而且需要他們能夠?qū)⑦@些知識應(yīng)用于具體實驗中，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維．本文探討探究性化學(xué)實驗題的解題技巧，幫助學(xué)生在實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)收集與處理、結(jié)果分析和結(jié)論提煉等方面提高效率和準(zhǔn)確性．

１ 探究性化學(xué)實驗概述

探究性化學(xué)實驗題的特點(diǎn)在于它們往往沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，鼓勵學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的方法來探索未知，通過實驗的方式來驗證假設(shè)，提出并證實自己的理論．探究性實驗題的類型多樣，題目通常包括對已知化學(xué)現(xiàn)象的進(jìn)一步探索，或是對陌生化合物和反應(yīng)的實驗研究，既可以是定量的，也可以是定性的，有時是開放式的問題，有時則是需要驗證特定科學(xué)假設(shè)的實驗．探究性化學(xué)實驗基本模式如圖１所示．

２ 探究實驗常見類型

２.１ 探究反應(yīng)原理

例１ 小明同學(xué)在進(jìn)行實驗時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)銅和稀硝酸反應(yīng)時，最終的溶液呈現(xiàn)藍(lán)色．當(dāng)將稀硝酸換成濃硝酸，再次進(jìn)行反應(yīng)時，溶液呈現(xiàn)綠色．為探究原因，請完成下列問題：

[猜想假設(shè)]

假設(shè)１： ______;

假設(shè)２：NO２ 氣體溶解在硝酸銅溶液中．

[實驗操作及現(xiàn)象分析]

實驗１：將硝酸銅晶體添加至蒸餾水中，不斷增加晶體的添加量，最后配成飽和溶液．發(fā)現(xiàn)該溶液從始至終呈現(xiàn)藍(lán)色，并沒有綠色出現(xiàn)．

小明同學(xué)根據(jù)實驗１的現(xiàn)象，分析出假設(shè)１并不成立，請回答假設(shè)１的內(nèi)容．

實驗２：小明同學(xué)在實驗１的基礎(chǔ)上，對假設(shè)２進(jìn)行了驗證，實驗結(jié)果初步證明了其猜想成立，則具體的實驗操作和實驗現(xiàn)象為______．

小紅同學(xué)在觀看了小明同學(xué)的實驗之后，認(rèn)為假設(shè)２不嚴(yán)謹(jǐn)，并對實驗２進(jìn)行了進(jìn)一步的探究．

實驗３：向濃硝酸和銅反應(yīng)后的混合溶液中通入氮?dú)猓a(chǎn)生大量紅棕色氣體，短時間內(nèi)溶液會保持綠色，但經(jīng)過較長時間后，溶液呈現(xiàn)藍(lán)色．

根據(jù)實驗３的操作和現(xiàn)象，小紅同學(xué)認(rèn)為假設(shè)２不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑蚴莀_____．

小紅同學(xué)經(jīng)過查閱資料，發(fā)現(xiàn)以下知識：

① 銅與濃硝酸反應(yīng)后溶液呈現(xiàn)綠色是由于HNO２（或NO－ ２ ）與銅離子作用的結(jié)果．

② 金屬和濃硝酸的反應(yīng)一旦發(fā)生后速率不斷加快，原因是反應(yīng)過程中有HNO２ 生成．如Cu與濃硝酸反應(yīng)，開始生成的NO２ 溶于水形成HNO２，HNO２ 再與Cu反應(yīng)，反應(yīng)速率就大大加快．

實驗４：小紅同學(xué)通過表１所述實驗證實了反應(yīng)過程中有HNO２ 的生成．

請解釋實驗Ⅲ產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是______．

解析

結(jié)合實驗１操作可知，實驗探究的是硝酸銅溶液濃度對溶液顏色的影響，故假設(shè)１是硝酸銅溶液顏色與溶液濃度有關(guān)．假設(shè)２為硝酸銅溶液中溶解了NO２，且初步驗證了假設(shè)２成立，則實驗設(shè)計是加熱硝酸銅溶液，溫度升高，NO２ 氣體溶解度減小而逸出，放出紅棕色氣體，溶液顏色變?yōu)樗{(lán)色，說明顏色的變化與溶解了NO２ 氣體有關(guān)．實驗３向混合溶液中通入氮?dú)鈺⑷芤褐腥芙獾腘O２ 氣體帶出，而溶液仍保持一段時間綠色，說明綠色的產(chǎn)生不是溶解NO２ 氣體的原因，所以認(rèn)為假設(shè)２不嚴(yán)謹(jǐn)．實驗Ⅲ中反應(yīng)較慢，溶液變?yōu)樗{(lán)色的原因是過氧化氫具有強(qiáng)氧化性，過氧化氫與亞硝酸反應(yīng)生成硝酸，導(dǎo)致溶液中亞硝酸的濃度降低，反應(yīng)速率減小，溶液變藍(lán)．

２.２ 探究物質(zhì)性質(zhì)

物質(zhì)性質(zhì)探究通常是對我們比較熟悉的物質(zhì)進(jìn)行性質(zhì)驗證，該類探究題的思維模型如圖２所示．

例２ 某學(xué)習(xí)小組設(shè)計了如圖３所示裝置用于制取SO２ 并驗證其性質(zhì)．

（１）實驗時裝置E中反應(yīng)的離子方程式為______．

（２）若裝置B中溶液無明顯現(xiàn)象，裝置C中溶液紅色褪去，則使品紅的水溶液褪色的含硫微粒一定不是______（填化學(xué)式）．

（３）該實驗小組的甲、乙兩位同學(xué)為進(jìn)一步探究SO２ 的漂白性，按如圖４所示裝置繼續(xù)進(jìn)行實驗并記錄相關(guān)現(xiàn)象．研究發(fā)現(xiàn)２種氣體用量不同現(xiàn)象不同．

① 裝置中濃硫酸除了干燥氣體以外的作用為______．

② 根據(jù)表２中實驗現(xiàn)象做出合理解釋．

（４）裝置D 中沒有白色沉淀產(chǎn)生，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)裝置D 中產(chǎn)生了少量白色沉淀．為進(jìn)一步探究產(chǎn)生沉淀的原因，丙同學(xué)分別用煮沸和未煮沸過的蒸餾水配制的Ba（NO３）２ 和BaCl２ 溶液，進(jìn)行如圖５所示實驗．

實驗中G、H、I燒杯中觀察到的現(xiàn)象如表３所示．

① 據(jù)G中現(xiàn)象推測D中產(chǎn)生的白色沉淀的化學(xué)式是______．

② 據(jù)I中出現(xiàn)白色沉淀的速率比H 中快很多的現(xiàn)象，推測其根本原因可能是______．

解析

（１）裝置E 中發(fā)生的反應(yīng)為２Fe３＋ ＋SO２＋２H２O＝SO２４－ ＋２Fe２＋ ＋４H＋，實驗現(xiàn)象為溶液由棕黃色變?yōu)闇\綠色．

（２）若裝置B中溶液無明顯現(xiàn)象，裝置C中溶液紅色褪去，說明使品紅的水溶液褪色的含硫微粒是SO２ 與 H２O反應(yīng)生成的 H２SO３ 或SO２３－ 或 HSO３－，一定不是SO２．

（３）① 由實驗裝置圖可知，裝置中濃硫酸的作用為通過觀察集氣瓶中氣泡的多少，判斷氣體流速，從而控制２種氣體的比例．② 由甲中品紅溶液幾乎不褪色可知，SO２ 和Cl２ 在品紅溶液中恰好完全反應(yīng)生成沒有漂白性的鹽酸和硫酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cl２＋SO２＋２H２O＝２HCl＋H２SO４．由乙中品紅溶液的顏色隨時間的推移變得越來越淺，說明某種氣體流速過快，導(dǎo)致Cl２ 或SO２ 過量，使品紅溶液漂白褪色．

（４）① 由G中無白色沉淀產(chǎn)生，pH 傳感器測的溶液pH＝５３可知，D中SO２ 與溶液中的氧氣反應(yīng)生成硫酸，硫酸與氯化鋇溶液反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀和氯化氫．② 由I中出現(xiàn)白色沉淀的速率比H 中快很多的現(xiàn)象可知，沒有煮沸的蒸餾水中溶有的氧氣與SO２ 的反應(yīng)速率比NO－ ３ 在酸性條件下與SO２ 反應(yīng)的速率快，說明在水溶液中O２ 氧化SO２ 比NO－ ３ 氧化SO２ 活化能小，生成沉淀速率快．

３ 解題技巧總結(jié)

解題的流程可以分為以下幾個步驟．

１）細(xì)致審題：該步驟要求學(xué)生仔細(xì)閱讀題目，識別題目中的關(guān)鍵信息，并將其與已有的化學(xué)知識聯(lián)系起來．

２）邏輯推理：在明確了題目要求之后，學(xué)生需要運(yùn)用邏輯思維和化學(xué)知識來推導(dǎo)出解題的途徑．這個過程中，他們需要清晰地規(guī)劃解題步驟，并快速找到解決問題的方法．

３）理解原理：深刻理解化學(xué)反應(yīng)的基本原理對于解答探究題至關(guān)重要．學(xué)生需要根據(jù)題目條件，分析預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)和結(jié)果，教師應(yīng)通過講解和實驗演示來幫助學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，并鼓勵他們通過實驗來驗證理論．

總之，解決化學(xué)探究題需要學(xué)生具備良好的審題能力、邏輯推理能力．教師的作用是通過各種教學(xué)方法和實踐活動，引導(dǎo)學(xué)生掌握這些能力，從而提高他們解決問題的效率和準(zhǔn)確性．

（完）