綜合實驗題的解題思路

摘要：綜合實驗題分為三大題型，通過實例說明三種題型的解題思路和對每種題型的思考。

關鍵詞：設計；評價；探究；啟示

文章編號：1005－6629(2007)07－0056－03 中圖分類號：G632.479 文獻標識碼：B

多年來，高考綜合實驗題的得分率都很低，而從發(fā)展趨勢看，今后高考實驗題會更多地關注考生對化學實驗設計和評價的能力。隨高考改革的不斷深化，題型還將由驗證式實驗向探究性實驗過渡！試題情景的綜合性、解決問題的創(chuàng)新性是近幾年綜合實驗題的特點。為了適應這兩個特點，現(xiàn)通過實例尋找解決這類試題的一般途徑與方法。

1實驗方案的設計

例1：實驗室有CuO和Cu粉的混合物。請你利用給出的實驗儀器及試劑，設計兩組測定該樣品（已稱得其質量為M g）中氧化銅質量分數(shù)的方法，并填寫表格中的有關內(nèi)容。

實驗可能用到的主要儀器：

①托盤天平；②啟普發(fā)生器；③硬質玻璃管；④泥三角；⑤燒杯；⑥坩堝；⑦酒精燈；⑧玻棒；⑨漏斗；⑩干燥管

實驗可能用到的試劑：

a：鋅粒；b：稀硫酸；c：氯化銅溶液；d：濃硫酸

解析：要測出樣品中某種組分的含量，應該根據(jù)被測樣品中某種組分與其它組分在性質上的不同點，選擇適當?shù)脑噭┳尣煌M分有不同的反應結果，從而根據(jù)測得的數(shù)據(jù)算出含量來。本題可根據(jù)CuO具有堿性氧化物的性質且易被H₂還原，而Cu是不活潑金屬但能與O₂和熱的濃H₂SO₄反應等性質上的不同，確定出如下比較合理的方案。

如果用足量濃H₂SO₄與混合物反應，根據(jù)反應前后整個裝置的質量差或反應后生成的CuSO₄的質量也可算出結果。但反應生成的SO₂有毒，易造成污染，故不宜采用。

啟示：實驗方案的設計原則是方法簡便，現(xiàn)象明顯，操作易行。定量實驗還要考慮系統(tǒng)誤差要小。制備實驗還應考慮條件合適，操作方便，步驟簡單；原料豐富，價格低廉；產(chǎn)物純凈，污染物少。

一般思路是：

2 實驗方案的評價

例2：現(xiàn)有某黃銅（銅、鋅合金）的顆粒樣品兩份各約100mg，甲乙兩同學各取一份測定黃銅樣品中鋅的質量分數(shù)和鋅的相對原子質量。

回答下列問題：

（1）甲同學用圖（甲）裝置實驗，當他打開漏斗頸部活塞加入稀硫酸讓其和黃銅中的鋅完全反應時，結果稀硫酸只滴入錐形瓶幾滴便停止了，請你幫助他分析原因_______________。甲同學找出原因后，用正確的方法向錐形瓶中加入了足量稀硫酸，結果球形干燥管中無明顯氣泡生成。試分析原因_________________________。

（2）如果反應能正常進行，甲同學為了節(jié)約實驗時間，反應停止后立即讀出滴定管中液面高度。請評價甲同學做法有什么不妥之處____________。

（3）如果（2）的操作正確，實驗前后滴定管中液面高度的讀數(shù)為V1和V2，黃銅樣品實驗前后的質量為m1g和m2g，則甲同學寫出了鋅的相對原子質量表達式為Mr=22.4(m₁-m₂/v₁-v₂)，請評價這個表達式正確與否。

(4)乙同學利用圖（乙）所示裝置完成鋅的質量分數(shù)和鋅的相對原子質量的測定實驗。

實驗過程中，乙同學對實驗前后整個裝置（包括所有藥品）進行了稱量，并利用質量差很方便地求出了結果。指導老師組織班級同學從該實驗裝置、中學化學實驗室的現(xiàn)有條件兩方面，對該實驗方案的可行性進行評價，請你參與討論，并發(fā)表你的看法。

解析：問題（1）涉及分液漏斗的使用。漏斗上口不打開，液體不易流出；球形干燥管中無氣泡，分兩種情況討論：如果黃銅表面有氣泡，說明裝置漏氣；如果黃銅表面無氣泡，說明沒有明顯反應發(fā)生，這可能是溫度太低或硫酸變質或硫酸太稀等原因。問題（2）和（3）涉及壓強和溫度對氣體體積的影響。從壓強角度考慮滴定管與干燥管中的水位高度應一致；從溫度角度考慮，鋅與稀硫酸反應放熱，需等左邊冷卻后再讀水柱高度。Mr=22.4(m₁-m₂/v₁-v₂犯了三個錯誤：滴定管讀數(shù)應V₂>V₁；V₁與V₂單位是“mL”；要根據(jù)實驗時的溫度和壓強才能確認是否能用“22.4L·mol^-1”。問題（4）中乙同學實驗裝置的瓶口上方缺少吸收逸出的H2中水蒸氣的裝置，會使所測的鋅的質量分數(shù)和相對原子質量偏小；受中學實驗室條件所限，托盤天平精度不夠，難以保證稱量要求。

啟示：對實驗方案的合理與否，嚴密與否作出評判要從“合理選擇，排除干擾，操作準確”等方面入手。“合理選擇”是指儀器的選擇、藥品的選擇、連接方式的選擇等。儀器的選擇又包括發(fā)生裝置（幾種基本類型）、凈化裝置（除雜質的試劑與順序）、反應裝置、尾氣處理裝置等；藥品的選擇包括藥品的種類、濃度、物態(tài)等；連接方式指儀器的先后順序，導管接口的連接等。“排除干擾”是指反應條件的控制、防空氣成分介入、副反應盡量避免、雜質的清除以及防止物質的揮發(fā)性、溶解性、顏色等等對實驗的干擾。“操作準確”則要求我們熟悉主要儀器的性能、用途和典型的實驗操作規(guī)則。

3 探究性實驗題

例3：某研究性學習小組為探究銅、鋅與濃鹽酸反應，設計實驗探究方案如下：

3.1 實驗用品：純鋅片、銅片、37%的濃鹽酸、蒸餾水、氯化銅溶液

3.2 實驗記錄：

3.3提供資料：

3.4請你參與以下探究：

（1）交流卡片中，實驗A反應速率明顯比B小，原因是__________________________。

（2）根據(jù)銅位于金屬活動順序表氫之后，與稀鹽酸不反應，依據(jù)交流卡片C又產(chǎn)生氣體的事實作出如下判斷：

①有同學認為是溶解在溶液中的H2逸出，你認為是否有道理，理由是：_________。

②某同學作了如下猜想，請你設計實驗方案加以驗證。

（3）探究交流卡片D中的白色沉淀。分析：不可能是CuCl2，因為___________，也不可能是氯化鋅，因為稀釋后溶液更稀，不會產(chǎn)生出沉淀。利用資料卡片①②大膽猜想，白色沉淀是生成的氯化亞銅。請你幫他設計驗證方案（若有多個只設計兩個方案）：

（4）指導老師肯定了白色沉淀是氯化亞銅，請結合資料卡片③，寫出銅與足量濃鹽酸在加熱條件下反應生成無色溶液及氣體的化學方程式：______________________________

根據(jù)交流卡片D，生成沉淀實際上是一個平衡問題，請寫出這一平衡關系式：________________（用離子方程式表示）

（5）就銅與濃鹽酸反應若還需進一步探究，你認為還可探究的內(nèi)容有：_____________（只提供一個實驗課題即可）。

解析：問題（1）容易想到是形成原電池；問題（2）也簡單，可根據(jù)學過的知識，H2難溶于水，故不可能是溶于水的H2逸出。銅中如果有鋅，放入稀硫酸中便會產(chǎn)生氣泡；問題（3）中的“大膽”猜想也要有依據(jù)，可根據(jù)顏色一一否定CuCl2、Cu2O、CuO等。認定白色沉淀為CuCl，當然要圍繞CuCl的性質設計方案，一是Cu+可被氧化成Cu2+在溶液中呈藍色（沉淀中加硝酸即可驗證）；二是資料卡片③提供的性質（沉淀中加濃KCl溶液看是否形成無色溶液）。問題（4）的答案有多種表達方式，可取其中一種：

題中已指明生成沉淀是“平衡問題”，故不難得出后一表達式。前者可根據(jù)氧化還原反應中得失電子同時存在的基本原理，推得必有H2生成。（5）更具有開放性，但也要注意和銅與濃鹽酸的反應有密切聯(lián)系，可從影響反應的一些變量因素上作答（如鹽酸的適宜濃度等）。

啟示：在大力提倡研究性學習，不斷深化教育教學改革的今天，探究性綜合實驗題的問世值得我們重視，它是今后高考的命題趨勢。這種題型常給人耳目一新，甚至有“令人震驚”之感，但遇到這種題也不要緊張，其實也是“紙老虎”，關鍵是圍繞要探究的目標，靜下心來挖掘題干中的有用信息，充分利用已掌握的基礎知識設計探究思路。

實驗探究的一般思路為：

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。