探究性化學實驗題的解題技巧

化學是一門以實驗為基礎的學科，其中探究性實驗題不僅要求學生掌握扎實的理論知識，而且需要他們能夠將這些知識應用于具體實驗中，從而培養學生的科學探究能力和創新思維．本文探討探究性化學實驗題的解題技巧，幫助學生在實驗設計、數據收集與處理、結果分析和結論提煉等方面提高效率和準確性．

１ 探究性化學實驗概述

探究性化學實驗題的特點在于它們往往沒有標準答案，鼓勵學生運用科學的方法來探索未知，通過實驗的方式來驗證假設，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現象的進一步探索，或是對陌生化合物和反應的實驗研究，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假設的實驗．探究性化學實驗基本模式如圖１所示．

２ 探究實驗常見類型

２.１ 探究反應原理

例１ 小明同學在進行實驗時，發現當銅和稀硝酸反應時，最終的溶液呈現藍色．當將稀硝酸換成濃硝酸，再次進行反應時，溶液呈現綠色．為探究原因，請完成下列問題：

[猜想假設]

假設１： ______;

假設２：NO２ 氣體溶解在硝酸銅溶液中．

[實驗操作及現象分析]

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．發現該溶液從始至終呈現藍色，并沒有綠色出現．

小明同學根據實驗１的現象，分析出假設１并不成立，請回答假設１的內容．

實驗２：小明同學在實驗１的基礎上，對假設２進行了驗證，實驗結果初步證明了其猜想成立，則具體的實驗操作和實驗現象為______．

小紅同學在觀看了小明同學的實驗之后，認為假設２不嚴謹，并對實驗２進行了進一步的探究．

實驗３：向濃硝酸和銅反應后的混合溶液中通入氮氣．產生大量紅棕色氣體，短時間內溶液會保持綠色，但經過較長時間后，溶液呈現藍色．

根據實驗３的操作和現象，小紅同學認為假設２不嚴謹的原因是______．

小紅同學經過查閱資料，發現以下知識：

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

② 金屬和濃硝酸的反應一旦發生后速率不斷加快，原因是反應過程中有HNO２ 生成．如Cu與濃硝酸反應，開始生成的NO２ 溶于水形成HNO２，HNO２ 再與Cu反應，反應速率就大大加快．

實驗４：小紅同學通過表１所述實驗證實了反應過程中有HNO２ 的生成．

請解釋實驗Ⅲ產生該現象的原因是______．

解析

結合實驗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１是硝酸銅溶液顏色與溶液濃度有關．假設２為硝酸銅溶液中溶解了NO２，且初步驗證了假設２成立，則實驗設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，溶液顏色變為藍色，說明顏色的變化與溶解了NO２ 氣體有關．實驗３向混合溶液中通入氮氣會將溶液中溶解的NO２ 氣體帶出，而溶液仍保持一段時間綠色，說明綠色的產生不是溶解NO２ 氣體的原因，所以認為假設２不嚴謹．實驗Ⅲ中反應較慢，溶液變為藍色的原因是過氧化氫具有強氧化性，過氧化氫與亞硝酸反應生成硝酸，導致溶液中亞硝酸的濃度降低，反應速率減小，溶液變藍．

２.２ 探究物質性質

物質性質探究通常是對我們比較熟悉的物質進行性質驗證，該類探究題的思維模型如圖２所示．

例２ 某學習小組設計了如圖３所示裝置用于制取SO２ 并驗證其性質．

（１）實驗時裝置E中反應的離子方程式為______．

（２）若裝置B中溶液無明顯現象，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______（填化學式）．

（３）該實驗小組的甲、乙兩位同學為進一步探究SO２ 的漂白性，按如圖４所示裝置繼續進行實驗并記錄相關現象．研究發現２種氣體用量不同現象不同．

① 裝置中濃硫酸除了干燥氣體以外的作用為______．

② 根據表２中實驗現象做出合理解釋．

（４）裝置D 中沒有白色沉淀產生，但隨著反應的進行，發現裝置D 中產生了少量白色沉淀．為進一步探究產生沉淀的原因，丙同學分別用煮沸和未煮沸過的蒸餾水配制的Ba（NO３）２ 和BaCl２ 溶液，進行如圖５所示實驗．

實驗中G、H、I燒杯中觀察到的現象如表３所示．

① 據G中現象推測D中產生的白色沉淀的化學式是______．

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

解析

（１）裝置E 中發生的反應為２Fe３＋ ＋SO２＋２H２O＝SO２４－ ＋２Fe２＋ ＋４H＋，實驗現象為溶液由棕黃色變為淺綠色．

（２）若裝置B中溶液無明顯現象，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生成沒有漂白性的鹽酸和硫酸，反應的化學方程式為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生成硫酸，硫酸與氯化鋇溶液反應生成硫酸鋇沉淀和氯化氫．② 由I中出現白色沉淀的速率比H 中快很多的現象可知，沒有煮沸的蒸餾水中溶有的氧氣與SO２ 的反應速率比NO－ ３ 在酸性條件下與SO２ 反應的速率快，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

解題的流程可以分為以下幾個步驟．

１）細致審題：該步驟要求學生仔細閱讀題目，識別題目中的關鍵信息，并將其與已有的化學知識聯系起來．

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

３）理解原理：深刻理解化學反應的基本原理對于解答探究題至關重要．學生需要根據題目條件，分析預期的化學反應和結果，教師應通過講解和實驗演示來幫助學生理解化學反應的本質，并鼓勵他們通過實驗來驗證理論．

總之，解決化學探究題需要學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方法和實踐活動，引導學生掌握這些能力，從而提高他們解決問題的效率和準確性．

（完）