凸顯化學學科核心素養，破解實驗探究綜合題

馮存良

在知識點的涵蓋上，探究型實驗題既可以考查化學基本概念、基本理論，又可以考查元素化合物的相關知識，而且符合“科學探究與創新意識”這一化學學科核心素養，因此探究型實驗題將會是以后高考試題中的一個亮點。探究型實驗題物質陌生、設問巧妙，在解題中，考生有畏懼感，因此非常有必要把看似無序的探究性實驗大題進行分類，在解題技法上對考生進行點撥，讓他們在訓練中內化解題技法，找準突破口，循路徑進行解題。

一、解讀題型，曉破題關鍵

探究型實驗試題一般有以下幾種命題形式：探究化學反應機理，探究化學實驗中的反常現象，探究對經典問題的質疑，探究未知物的成分，探究物質的性質，探究化學反應的條件以及探究化學反應的現象等。

1.解答探究性實驗題的基本步驟

（1）提出問題。首先要發現問題，將題目信息進行對比，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考生發現問題、提出問題的重要切入點。

（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，就要結合題目條件，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對實驗條件的調控。

（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，通過對這些物質逐一進行檢驗來確定究竟含有哪些物質。雖然探究型實驗題主要考查學生的探究能力，但問題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。

3.探究型實驗題的解題要領

（1）細心審題是關鍵：要明確實驗目的、原理。

（2）認真分析是核心：①原理分析;②材料分析;③變量分析;④結果分析。

（3）正確表達是保障：大多數學生有實驗思路，就是拿不到分，因此我們在表達過程中一定要做到條理清晰，表述規范。

二、題型分類，構建滿分模板

1.以物質制備為主線探究型實驗題（見【思維模型】）

【例1】苯甲醛（CHO）是有機制備中的一種重要原料。實驗室常用苯甲醛與NaOH反應制備苯甲醇和苯

甲酸鈉（2+ ?NaOH+ ? ?），再由苯

甲酸鈉酸化得到苯甲酸。

實驗步驟：

步驟①：向如圖1所示三頸燒瓶c中加入碎瓷片、適量NaOH、水和a g苯甲醛，向冷凝管中通入冷水。

步驟②：攪拌、加熱三頸燒瓶c，充分反應后，將c中液體冷卻后倒入分液漏斗中，用乙醚萃取、分液，將乙醚層依次用25%亞硫酸氫鈉溶液、水洗滌，水層保留待用。

步驟③：將乙醚層倒入盛有少量無水MgSO4的錐形瓶中進行干燥，混勻、靜置后采用一定的方法分離，收集苯甲醇。

步驟④：將步驟②中得到的水層和適量濃鹽酸混合均勻，析出白色固體。冷卻、抽濾得粗產品，將粗產品提純得一定量的苯甲酸。

回答下列問題：

（1）步驟①中，冷凝管的作用是 ? ? ? ? ? ?? ? ，從 ? ?? ? ? （填“a”或“b”）口通入冷水。

（2）步驟②中，先用25%亞硫酸氫鈉溶液洗滌乙醚層的作用是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?;再用水洗滌的作用是 ? ? 。將分液漏斗中兩層液體分離開時，乙醚層在 ? ? ? ?（填“上層”或“下層”）。

（3）步驟③中，分離出苯甲醇的方法是 ? ? ? ? ? ，先出來的物質是 ? ? ? ? ? 。

（4）步驟④中，水層和濃鹽酸混合后產生苯甲酸的離子方程式為 ? ? ? ? ? ? ? ? ?;將反應后的混合物冷卻的目的是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

（5）將步驟④中得到的一定量苯甲酸配成100 mL溶液，取25.00 mL溶液，用0.1 mol·L-1的KOH標準溶液進行滴定，消耗KOH標準溶液的平均體積為24.00 mL，則苯甲醛的轉化率為 ? ? ? ? ? 。

【解題模板】

1.明確反應原理

實驗室制備苯甲酸：先用苯甲醛與NaOH反應制備苯甲醇和苯甲酸鈉（2CHO+NaOHCH2OH+ COONa） ，再由苯甲酸鈉酸化得到苯甲酸。

2.熟知實驗儀器

本實驗用到的主要儀器有三頸燒瓶、球形冷凝管及攪拌棒，其中，球形冷凝管在有機實驗中常作為反應裝置來冷凝反應物蒸氣，使反應物冷凝回流，用于提高原料的利用率，根據冷凝管下口進水、上口出水原則，應從b口通入冷水。

3.分析實驗步驟

步驟②中乙醚層先用25%亞硫酸氫鈉溶液洗滌，其原因是根據題中信息知亞硫酸氫鈉可以與苯甲醛反應，不與苯甲醇反應，用亞硫酸氫鈉溶液洗滌除去乙醚層中未反應的苯甲醛。步驟③中，錐形瓶中的MgSO4可除去水，剩下苯甲醇和乙醚，由題干中有機物相關的物理性質知，乙醚的沸點遠遠低于苯甲醇的沸點，故可用蒸餾法分離二者。步驟④中將反應物冷卻是降低苯甲酸在水中的溶解度，使其盡可能多地析出。

4.產率（純度）計算

設a g苯甲醛中發生轉化的苯甲醛的質量為x，根據題意得出關系式：

2C6H5CHO～C6H5COOH～KOH

2×106 g ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 mol

x ? ? 0.1 mol·L-1×0.024 L×

解得x=2.0352 g。則苯甲醛的轉化率為2.0352 g/a g× 100%=%。

【例2】綠礬是含有一定量結晶水的硫酸亞鐵，在工農業生產中具有重要的用途。某化學興趣小組對綠礬的一些性質進行探究。回答下列問題：

（1）在試管中加入少量綠礬樣品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液顏色無明顯變化。再向試管中通入空氣，溶液逐漸變紅。由此可知： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

（2）為測定綠礬中結晶水含量，將石英玻璃管（帶兩端開關K1和K2）（設為裝置A）稱重，記為m1 g。將樣品裝入石英玻璃管中，再次將裝置A稱重，記為m2 g。按上圖連接好裝置進行實驗。

①儀器B的名稱是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

②將下列實驗操作步驟正確排序 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （填標號）;重復上述操作步驟，直至A恒重，記為m3 g。

a. 點燃酒精燈，加熱 b. 熄滅酒精燈 c. 關閉K1和K2 ? ? ?d. 打開K1和K2，緩緩通入N2 e. 稱量A f. 冷卻到室溫

③根據實驗記錄，計算綠礬化學式中結晶水數目x= （列式表示）。若實驗時按a、d次序操作，則使x ? ? ? ? ? ?（填“偏大”“偏小”或“無影響”）。

（3）為探究硫酸亞鐵的分解產物，將（2）中已恒重的裝置A接入下圖所示的裝置中，打開K1和K2，緩緩通入N2，加熱。實驗后反應管中殘留固體為紅色粉末。

①C、D中的溶液依次為 ? ? ? ? ? ? ?（填標號）。C、D中有氣泡冒出，并可觀察到的現象分別為 ? ? ? ? ? ? ?。

a. 品紅 b. NaOH c. BaCl2 d. Ba（NO3）2 e. 濃H2SO4

②寫出硫酸亞鐵高溫分解反應的化學方程式： ? ? ? ? ? ? ? ? 。

【解題模板】

1.明確實驗目的

①FeSO4易被空氣中的氧氣氧化;②測定綠礬中結晶水含量;③探究硫酸亞鐵的分解產物。

2.分析確定原理

①二價鐵離子遇KSCN溶液不變色，三價鐵離子遇KSCN溶液變紅色;②加熱前后的固體質量差就是綠礬中結晶水的質量;③用BaCl2溶液檢驗分解產物中的SO3，再用品紅溶液檢驗分解產物中的SO2。

3.通覽實驗裝置

此裝置通入N2排出裝置中的空氣，避免空氣中的氧氣將綠礬氧化。

C裝置用于檢驗SO3的存在，D裝置用于檢驗SO2的存在。

4.逐項分析定答案

（1）向綠礬溶液中加入KSCN溶液，溶液顏色無明顯變化，說明樣品中不含三價鐵;再向試管中通入空氣，溶液逐漸變紅，說明FeSO4易被空氣中的氧氣氧化。（2）①儀器B是干燥管。②根據實驗目的及綠礬易被氧化的性質可知，實驗時先打開K1和K2，緩緩通入N2排出裝置中的空氣，避免空氣中的氧氣將綠礬氧化;再點燃酒精燈進行加熱;一段時間后熄滅酒精燈，冷卻至室溫，關閉K1和K2，再稱量A。故正確的操作順序是dabfce。③根據題意，綠礬樣品的質量為（m2-m1）g，綠礬中結晶水的質量為（m2-m3）g，則FeSO4的質量為（m3-m1）g，設綠礬的化學式為FeSO4·xH2O，則

FeSO4·xH2OFeSO4 + xH2O

152? 18x

（m3-m1）g（m2-m3）g

由=解得x=·。如果實驗

時按照a、d次序操作，則部分綠礬被氧化，導致m3增大，則測出結晶水的值x會偏小。（3）實驗后殘留的紅色固體是Fe2O3。根據氧化還原反應規律，反應中硫元素的化合價必然降低，生成SO2。根據得失電子守恒和原子守恒可寫出反應的化學方程式：2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。由

于SO3極易溶于水且能與水反應生成H2SO4，故欲檢驗SO2和SO3，必須先用BaCl2溶液檢驗SO3，再用品紅溶液檢驗SO2。

【高分錦囊】

1.性質探究型實驗的增分點

在離子檢驗、氣體成分檢驗的過程中，要嚴格掌握檢驗的先后順序，防止檢驗過程中各成分相互干擾。

若有水蒸氣生成，先檢驗水蒸氣，再檢驗其他成分，如C和濃H2SO4的反應，產物有SO2、CO2和H2O（g），通過實驗可檢驗三種氣體物質的存在，但SO2、CO2都要通過溶液進行檢驗，對檢驗H2O（g）有干擾。

對于需要進行轉化才能檢驗的成分，如CO的檢驗，要注意氣體中是否含有CO2，如果有CO2，應先除去CO2再對CO實施轉化，最后再檢驗轉化產物CO2，如HOOC—COOHCO2↑+CO↑+H2O↑中CO的檢驗。

（4）要重視試劑名稱的描述，如有些試劑的準確描述為無水硫酸銅、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外還應注意某些儀器的規格。

2. 探究型實驗題的“四大易錯點”

（1）評價實驗過程中忽視反應條件設置與控制;回答問題時遺漏某一限制條件;易想當然;等等。

（2）實驗探究中易將待探究的結果當成已知內容進行設計，造成明確的探究指向，束縛探究思維。

（3）實驗探究過程中提出的假設不夠完整，遺漏某種情況;有時也會在方案設計中遺漏某一種可能，造成方案不完整，或非此即彼的情況。

（4）實驗設計思路有誤，從已知數據中找不到合理的規律，無法將綜合實驗解答完整。