愛恨情仇是探究 利劍出鞘破實驗
——探究性化學實驗的解題技巧

河南 陳亞紅

愛恨情仇是探究 利劍出鞘破實驗
——探究性化學實驗的解題技巧

河南 陳亞紅

探究性實驗題，是以化學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相結合或者將化學平衡理論、電離平衡理論、電化學理論與物質性質相結合的綜合性試題。化學實驗探究試題以能力立意，以研究性學習為情境，把化學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的性質和化學反應機理等。

一、解讀題型 曉破題關鍵

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

首先要發現問題，對題給信息進行對比、質疑，通過思考提出值得探究的問題。此外，實驗中出現的特殊現象也是發現問題、提出問題的重要契機。

（2）提出猜想

所謂猜想就是根據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，結論有多種可能（這就是猜想），只能通過實驗進行驗證。

（3）設計驗證方案

提出猜想后，就要結合題給條件，設計出科學、合理、安全的實驗方案，對可能的情況進行探究。實驗設計中，關鍵點是對試劑的選擇和實驗條件的調控。

（4）觀察實驗現象，得出結論

根據設計的實驗方案，根據實驗現象進行推理分析或計算分析得出結論。

2．知命題規律曉解題技法

（1）對未知產物的探究

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

（2）對物質性質的探究

在探究過程中往往可以利用對比實驗，即設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律，解釋某種現象形成的原因或證明某種反應機理。

二、題型分類 構建滿分模板

1．物質性質驗證類實驗

【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）甲組同學按照如圖所示的裝置，通過實驗檢驗草酸晶體的分解產物。裝置C中可觀察到的現象是______________________________，由此可知草酸晶體分解的產物中有________。裝置B的主要作用是______________________。

（2）乙組同學認為草酸晶體分解產物中還有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（可以重復選用）進行實驗。

①乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A、B、___________________________。

裝置H反應管中盛有的物質是________。

②能證明草酸晶體分解產物中有CO的現象是________。

（3）設計實驗證明：

①草酸的酸性比碳酸的強：________。

②草酸為二元酸：________。

【構建模板】

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物中含有CO2和CO，二是設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物來確認。

（2）依據相對強的酸制取較弱的酸的原理設計方案證明草酸的酸性強于碳酸。

（3）依據酸堿中和反應原理，可采用中和滴定的方法，計算出草酸與NaOH的物質的量之比，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，故草酸分解產生的氣體中混有草酸蒸氣。

（2）草酸170℃易分解，其分解產物中有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，應先在H裝置中進行CO還原CuO的反應，氣體進入H裝置前需除去CO中的CO2氣體，從H裝置中導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標準溶液來滴定一定物質的量濃度的草酸溶液，若草酸是一元酸，則草酸與NaOH的物質的量之比為1∶1；若草酸是二元酸，則草酸與NaOH的物質的量之比為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中黑色粉末變為紅色，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，有氣泡產生 ②用NaOH標準溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物質的量為草酸的兩倍

【變式訓練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、生產橡膠、制藥等領域有廣泛應用，也常用于魚類、肉類等食品的染色和防腐。但因其有毒，所以在食品行業用量有嚴格限制。現用下圖所示儀器（夾持裝置已省略）及藥品，探究亞硝酸鈉與硫酸反應及氣體產物的成分。

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中生成的氣體產物，儀器的連接順序（按左→右連接）為A、C、________、________、________。

（2）反應前應打開彈簧夾，先通入一段時間氮氣，排除裝置中的空氣，目的是________________________________。

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

①確認A中產生的氣體含有NO，依據的現象是______________________________________________________。

②裝置E的作用是________________________________。

（4）如果向D中通入過量O2，則裝置B中發生反應的化學方程式為_____________。如果沒有裝置C，對實驗結論造成的影響是_______________________________________。

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

2．物質性質探究類實驗

【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，實驗過程中該同學發現裝置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，請提出合理的改進方法：_____________________________________________________。

（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溶液反應的離子方程式：________。

（4）氯氣通入飽和NaHCO3溶液能產生無色氣體，已知酸性：鹽酸＞碳酸＞次氯酸，該實驗證明氯氣與水反應的生成物中含有________。

【構建模板】

第一步 明確實驗目的

本實驗的目的是用“84”消毒液與硫酸反應制取氯氣，并探究氯氣可能具有性質。

第二步 逆推實驗原理

根據題給裝置的信息再結合所學知識，可推測本實驗探究氯氣的強氧化性及與水的歧化反應，所涉及的反應原理為

第三步 回歸題干找對應

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）產生的氯氣中含有水蒸氣，二者反應生成次氯酸在裝置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）

【變式訓練2】（2016黑龍江大慶模擬）某小組同學為探究H2O2、H2SO3、Br2的氧化性強弱，設計如下實驗（夾持儀器已略去，裝置的氣密性已檢驗）。

實驗記錄如下：

______________實驗操作實驗現象Ⅰ打開活塞a，滴加氯水，關閉____活塞a A中溶液變為紅棕色Ⅱ吹入熱空氣A中紅棕色明顯變淺；B中有氣泡，產生大量白色沉淀，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）實驗現象Ⅲ中，混合液逐漸變成紅棕色，其對應的離子方程式為_____________________。

（5）由上述實驗得出的結論是______________________。

（6）實驗反思

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

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

預計2017年高考考查方向有：給定實驗情景或物質性質，要求考生設計實驗方案；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；結合給定的實驗情景分析現象并得出什么結論等。

【變式訓練參考答案】

1．（1）E D B

（2）防止可能產生的NO被氧化成NO2，造成對A中反應產物檢驗的干擾

（3）①裝置D中通入氧氣后出現紅棕色氣體 ②冷凝，使NO2完全液化

（4）4NO2＋O2＋4NaOH4NaNO3＋2H2O 水蒸氣會與NO2反應產生NO，造成對NO的來源認識不清

【解析】（1）為了檢驗裝置A中生成的氣體產物，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的產生，再把氣體通過D裝置，檢驗是否產生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）反應前應打開彈簧夾，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生的NO被氧化成NO2，造成對A中反應產物檢驗的干擾。（3）①確認A中產生的氣體含有NO，依據的現象是裝置D中通入氧氣后出現紅棕色氣體，反應是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中發生反應的化學方程式為。如果沒有裝置C，水蒸氣會與NO2反應產生NO，造成對NO的來源認識不清。（5）通過上述實驗探究過程，可得出裝置A中反應產生的氣體中含有NO、NO2，根據電子守恒和原子守恒，可得反應的化學方程式是NO2↑＋NO↑＋H2O。

2．（1）2Br－＋Cl2Br2＋2Cl－

（2）吹出單質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發生了反應。

（作者單位：河南省鄢陵縣第二高級中學）