化學實驗探究題倒是角度分析

曲　豐

科學是一種“探究意義的經歷”，發現、領會其中的意義是實驗、經歷和參與的結果.解答化學實驗題不僅使學生鞏固化學知識，掌握化學實驗的基本技能，而且使學生了解實驗設計、實驗數據處理、實驗結果解釋等科學方法，有助于學生提高科學探究的能力和養成嚴謹求實的科學作風.

一、從實驗異常現象的角度設計探究

【例1】 亞硫酸的酸性較鹽酸弱，從理論上講SO₂通入BaCl₂溶液中不會產生沉淀，但在實驗中或多或少地都能看到白色渾濁.為了揭示這一異常現象，某學習小組對此進行了探究.

Ⅰ：將實驗中所得的白色沉淀分離后加入足量的稀鹽酸，沉淀不溶解，也沒有氣體產生，加入足量的稀硝酸后，依然無明顯現象.

Ⅱ：將新配制的0.1mol/L的BaCl₂溶液置于試管中并煮沸，冷卻后在上層滴加少量苯，然后再向試管中緩慢通入SO₂，溶液中有少量渾濁出現.

Ⅲ：在制SO₂前，先向裝置中通入純凈的CO₂，然后再制備SO₂，并將SO₂通入步驟Ⅱ所得的BaCl₂溶液中，結果發現BaCl₂溶液不出現渾濁現象.

請根據以上實驗回答下列問題：

（1）通過實驗Ⅰ可以初步判斷白色沉淀為_______.步驟Ⅱ、Ⅲ的實驗目的分別為_______.

(2)用化學方程式表示產生異常現象（白色沉淀）的原因___________.

(3)SO₂中混有少量CO₂對實驗有無影響__________（填“有”或“無”，若有影響請說明原因，無影響則不需要說明）.

(4)自然界中有一種人為災害與上述反應原理有相同的地方，這種人為災害是.

解析:亞硫酸是中強酸，鹽酸是強酸，因此，生成的白色沉淀不是BaSO₃沉淀.根據實驗所用化學試劑判斷，沉淀最有可能為BaSO₄，那么是什么氧化了SO₂？根據實驗環境不難想像是空氣中的O₂.為了探究O₂是如何對實驗造成影響的，分別設計實驗排除反應前O₂對BaCl₂溶液、SO₂的影響及反應過程中對實驗的干擾.該題的亮點是利用探究實驗的過程做情境素材，反映了用實驗來解釋現象的化學學科特點，是一道探究性較強的試題，考查的知識點是對SO₂還原性的本質和特征的理解和掌握，對學生的對比分析能力以及語言表達能力都有比較高的要求.

參考答案：(1)BaSO₄ 步驟Ⅱ是為了趕出溶解在BaCl₂中的O₂，加入苯進行液封防止空氣中O₂對實驗的干擾；步驟Ⅲ是為了得到純凈的SO₂，防止O₂對實驗的干擾；(2)略；(3)無；(4)酸雨

二、從實驗方案評價的角度設計探究

【例2】 某化學課外興趣小組為探究銅跟硫酸的反應情況，設計了下圖所示裝置進行有關實驗：

（1）先關閉活塞a，將6.4g銅片和12mLA18mol/L的濃硫酸放在圓底燒瓶中共熱至反應完畢，發現燒瓶中還有銅片剩余.再打開活塞a，將氣球中的氧氣緩緩擠入圓底燒瓶，最后銅片完全消失.

①寫出上述過程中燒瓶內發生的化學方程式：___________；

②B是用來收集實驗中產生的氣體的裝置，但導管未畫全，請直接在原圖上把導管補充完整.

③實驗結束后，裝置C中的溶液中可能含___________；（錯寫倒扣分）

（2）事實表明，上述反應全部結束后，硫酸仍有剩余.為定量測定余酸的物質的量濃度，甲、乙兩學生進行了如下設計：

①甲學生設計的方案是：先測定銅與濃硫酸反應產生SO₂的量，再通過計算確定余酸的物質的量濃度.他認為測定SO₂的量的方法有多種，請你寫出其中的一種_____________；

②乙學生設計的方案是：將反應后的溶液冷卻后全部移入100mL容量瓶中并加蒸餾水定容，取20mL于錐形瓶中，用酚酞作指示劑，用標準氫氧化鈉溶液進行滴定，再求出余酸的物質的量的濃度.你認為乙學生設計的實驗方案能否準確求得余酸的物質的量的濃度_________(填“能”或“否”)，理由是_____________.

解析：銅與濃硫酸反應不管在老教材和新教材中都是一個非常重要的化學反應.該題立意較高，角度新穎，從銅與濃硫酸的基本反應出發，綜合考查金屬銅的性質、SO₂物理和化學性質、氣體的收集、體積測定以及酸堿中和滴定，具有“綜”、“活”、“新”的特點，要求學生必須快速閱讀文字內容，把它轉化成有用的信息，然后將所學過的化學知識與信息進行整合，得出實驗結論.對學生的閱讀能力、概括能力、抽象思維能力、方程式書寫能力以及語言表達能力都有比較高的要求，是一道難得的“探究性”和“開放性”并存的化學實驗試題.

參考答案：（1）①Cu+2H₂SO₄（濃）△CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，2Cu＋2H₂SO₄＋O₂＝2CuSO₄＋2H₂O；②B裝置中導氣管長進短出；③Na₂SO₃、Na₂SO₄、NaOH；（2）①在通入O₂之前,用排飽和NaHSO₃溶液的方法測出裝置A產生氣體的體積；②否，用酚酞作指示劑時溶液中的Cu2+會和NaOH反應，Cu2+的藍色會干擾滴定終點的正確判斷.

三、從實驗機理分析的角度設計探究

【例3】 某化學研究性學習小組探討Fe3+和SO2-₃之間發生怎樣的反應，請你一起參與并協助他們完成實驗.

（1）提出猜想：甲同學認為發生氧化還原反應，其反應方程式為__________；

乙同學認為發生雙水解反應，其反應方程式為2Fe3++3SO2-₃+6H₂O=2Fe(OH)₃(膠體)+3H₂SO₃；……

(2)實驗驗證：丙同學設計了下列實驗來探究反應的可能性.藥品配制：FeCl₃、Fe(SO₄)₃、Na₂SO₃濃溶液、KSCN、BaCl₂稀溶液、稀鹽酸.

Ⅰ：實驗用品：Na₂SO₃溶液、BaCl₂稀溶液、稀鹽酸、試管若干、膠頭滴管若干.從選擇的藥品分析，設計這個實驗的目的是①__________.

Ⅱ：取5mLAFeCl₃溶液于試管中，逐滴加入Na₂SO₃濃溶液，觀察到溶液顏色由黃色變為紅棕色（無氣泡產生，也無沉淀生成）.繼續加入Na₂SO₃濃溶液至過量，溶液顏色加深，最終變成紅褐色.

Ⅲ：往Ⅱ溶液加入稀鹽酸至過量后分成兩等份，其中一份再加入BaCl₂稀溶液，有白色沉淀生成；另一份滴入幾滴KSCN溶液，溶液變成血紅色.

Ⅳ：用Fe₂(SO₄)₃溶液代替FeCl₃溶液加入到Na₂SO₃溶液中產生的現象與FeCl₃溶液加入其中完全相同.

(3)得出結論：

②根據丙同學的實驗得出的結論是：___________；

③實驗Ⅲ中溶液變成血紅色的離子方程式為____________；

④實驗Ⅳ可得出的結論是:_____________.

（4）拓展探究：

⑤丁同學在FeCl₃溶液中加入Na₂CO₃溶液，觀察到紅褐色沉淀并且產生無色氣體，該反應的離子方程式是_________________.

⑥從形式上看，Na₂CO₃和Na₂SO₃相似，但是從上述實驗中可以看到，二者的水溶液與氯化鐵溶液反應的現象差別很大，分析其原因可能是：_________________.

解析：解題應當抓住題中最關鍵的現象“溶液顏色由黃色變為紅棕色，無氣泡產生，也無沉淀生成，繼續加Na₂SO₃濃溶液至過量，溶液顏色加深，最終變成紅褐色”，聯系氧化還原知識、水解原理、膠體性質、Fe3+特性，問題便會迎刃而解.

四、從實驗數據利用的角度設計探究

【例4】 某研究性學習小組對鋁熱反應實驗展開研究.現行高中化學教材中對“鋁熱反應”的現象有這樣的描述：“反應放出大量的熱，并發出耀眼的光芒”、“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”.查閱《化學手冊》知，Al、Al₂O₃、Fe、Fe₂O₃熔點、沸點數據如下：

（1）將鋁熱反應引發的方法是__________.

（2）某同學推測，鋁熱反應所得到的熔融物應是鐵鋁合金.理由是：該反應放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點比鐵低，此時液態的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金.你認為他的解釋是否合理？答：___________（填“合理”或“不合理”）

（3）設計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁.該實驗所用試劑是___________，反應的化學方程式為___________.

（4）在實驗室溶解該熔融物，下列試劑中最適宜的試劑是__________（填序號）.

A.濃硫酸 B.稀硫酸

C.稀硝酸D.氫氧化鈉溶液

解析：本題依據鋁熱反應，首先從引發鋁熱反應的方法入手，考查我們對教材實驗的掌握情況，然后將教材中描述本實驗的兩個重要現象作為研究起點，結合相關熔點數據資料，從中進行探究分析，可得出當鐵是融熔態時，鋁一定是液態，二者都可以熔合形成合金，推測完全合理.證明含有鋁的方法是利用鋁與鐵的性質區別.溶解該熔融物需從能否溶解、環境保護、操作方便等角度進行思考，選擇的試劑必須能溶解上述所有物質，并且不能產生污染性氣體，同時試劑還應該是常見的，操作應該是最簡單的.

參考答案：（1）①在鋁熱劑表面鋪一層KClO₃，②在中間插入鎂帶，③點燃鎂帶.

（2）合理 （3）氫氧化鈉溶液 2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑ （4）B

從以上的分析可見，化學實驗探究題不僅可以考查學生的實驗能力——觀察記錄實驗現象、分析實驗結果、得出正確結論的能力；考查學生的思維能力——正確復述、辨認知識的能力、解決問題的能力和對解決問題的方案進行選擇和評價的能力，還可以考查學生的自學能力，尤其是接受新信息、處理新信息、應用新信息的能力.