化学实验探究题倒是角度分析

曲　丰

科学是一种“探究意义的经历”，发现、领会其中的意义是实验、经历和参与的结果.解答化学实验题不仅使学生巩固化学知识，掌握化学实验的基本技能，而且使学生了解实验设计、实验数据处理、实验结果解释等科学方法，有助于学生提高科学探究的能力和养成严谨求实的科学作风.

一、从实验异常现象的角度设计探究

【例1】 亚硫酸的酸性较盐酸弱，从理论上讲SO₂通入BaCl₂溶液中不会产生沉淀，但在实验中或多或少地都能看到白色浑浊.为了揭示这一异常现象，某学习小组对此进行了探究.

Ⅰ：将实验中所得的白色沉淀分离后加入足量的稀盐酸，沉淀不溶解，也没有气体产生，加入足量的稀硝酸后，依然无明显现象.

Ⅱ：将新配制的0.1mol/L的BaCl₂溶液置于试管中并煮沸，冷却后在上层滴加少量苯，然后再向试管中缓慢通入SO₂，溶液中有少量浑浊出现.

Ⅲ：在制SO₂前，先向装置中通入纯净的CO₂，然后再制备SO₂，并将SO₂通入步骤Ⅱ所得的BaCl₂溶液中，结果发现BaCl₂溶液不出现浑浊现象.

请根据以上实验回答下列问题：

（1）通过实验Ⅰ可以初步判断白色沉淀为_______.步骤Ⅱ、Ⅲ的实验目的分别为_______.

(2)用化学方程式表示产生异常现象（白色沉淀）的原因___________.

(3)SO₂中混有少量CO₂对实验有无影响__________（填“有”或“无”，若有影响请说明原因，无影响则不需要说明）.

(4)自然界中有一种人为灾害与上述反应原理有相同的地方，这种人为灾害是.

解析:亚硫酸是中强酸，盐酸是强酸，因此，生成的白色沉淀不是BaSO₃沉淀.根据实验所用化学试剂判断，沉淀最有可能为BaSO₄，那么是什么氧化了SO₂？根据实验环境不难想像是空气中的O₂.为了探究O₂是如何对实验造成影响的，分别设计实验排除反应前O₂对BaCl₂溶液、SO₂的影响及反应过程中对实验的干扰.该题的亮点是利用探究实验的过程做情境素材，反映了用实验来解释现象的化学学科特点，是一道探究性较强的试题，考查的知识点是对SO₂还原性的本质和特征的理解和掌握，对学生的对比分析能力以及语言表达能力都有比较高的要求.

参考答案：(1)BaSO₄ 步骤Ⅱ是为了赶出溶解在BaCl₂中的O₂，加入苯进行液封防止空气中O₂对实验的干扰；步骤Ⅲ是为了得到纯净的SO₂，防止O₂对实验的干扰；(2)略；(3)无；(4)酸雨

二、从实验方案评价的角度设计探究

【例2】 某化学课外兴趣小组为探究铜跟硫酸的反应情况，设计了下图所示装置进行有关实验：

（1）先关闭活塞a，将6.4g铜片和12mLA18mol/L的浓硫酸放在圆底烧瓶中共热至反应完毕，发现烧瓶中还有铜片剩余.再打开活塞a，将气球中的氧气缓缓挤入圆底烧瓶，最后铜片完全消失.

①写出上述过程中烧瓶内发生的化学方程式：___________；

②B是用来收集实验中产生的气体的装置，但导管未画全，请直接在原图上把导管补充完整.

③实验结束后，装置C中的溶液中可能含___________；（错写倒扣分）

（2）事实表明，上述反应全部结束后，硫酸仍有剩余.为定量测定余酸的物质的量浓度，甲、乙两学生进行了如下设计：

①甲学生设计的方案是：先测定铜与浓硫酸反应产生SO₂的量，再通过计算确定余酸的物质的量浓度.他认为测定SO₂的量的方法有多种，请你写出其中的一种_____________；

②乙学生设计的方案是：将反应后的溶液冷却后全部移入100mL容量瓶中并加蒸馏水定容，取20mL于锥形瓶中，用酚酞作指示剂，用标准氢氧化钠溶液进行滴定，再求出余酸的物质的量的浓度.你认为乙学生设计的实验方案能否准确求得余酸的物质的量的浓度_________(填“能”或“否”)，理由是_____________.

解析：铜与浓硫酸反应不管在老教材和新教材中都是一个非常重要的化学反应.该题立意较高，角度新颖，从铜与浓硫酸的基本反应出发，综合考查金属铜的性质、SO₂物理和化学性质、气体的收集、体积测定以及酸碱中和滴定，具有“综”、“活”、“新”的特点，要求学生必须快速阅读文字内容，把它转化成有用的信息，然后将所学过的化学知识与信息进行整合，得出实验结论.对学生的阅读能力、概括能力、抽象思维能力、方程式书写能力以及语言表达能力都有比较高的要求，是一道难得的“探究性”和“开放性”并存的化学实验试题.

参考答案：（1）①Cu+2H₂SO₄（浓）△CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，2Cu＋2H₂SO₄＋O₂＝2CuSO₄＋2H₂O；②B装置中导气管长进短出；③Na₂SO₃、Na₂SO₄、NaOH；（2）①在通入O₂之前,用排饱和NaHSO₃溶液的方法测出装置A产生气体的体积；②否，用酚酞作指示剂时溶液中的Cu2+会和NaOH反应，Cu2+的蓝色会干扰滴定终点的正确判断.

三、从实验机理分析的角度设计探究

【例3】 某化学研究性学习小组探讨Fe3+和SO2-₃之间发生怎样的反应，请你一起参与并协助他们完成实验.

（1）提出猜想：甲同学认为发生氧化还原反应，其反应方程式为__________；

乙同学认为发生双水解反应，其反应方程式为2Fe3++3SO2-₃+6H₂O=2Fe(OH)₃(胶体)+3H₂SO₃；……

(2)实验验证：丙同学设计了下列实验来探究反应的可能性.药品配制：FeCl₃、Fe(SO₄)₃、Na₂SO₃浓溶液、KSCN、BaCl₂稀溶液、稀盐酸.

Ⅰ：实验用品：Na₂SO₃溶液、BaCl₂稀溶液、稀盐酸、试管若干、胶头滴管若干.从选择的药品分析，设计这个实验的目的是①__________.

Ⅱ：取5mLAFeCl₃溶液于试管中，逐滴加入Na₂SO₃浓溶液，观察到溶液颜色由黄色变为红棕色（无气泡产生，也无沉淀生成）.继续加入Na₂SO₃浓溶液至过量，溶液颜色加深，最终变成红褐色.

Ⅲ：往Ⅱ溶液加入稀盐酸至过量后分成两等份，其中一份再加入BaCl₂稀溶液，有白色沉淀生成；另一份滴入几滴KSCN溶液，溶液变成血红色.

Ⅳ：用Fe₂(SO₄)₃溶液代替FeCl₃溶液加入到Na₂SO₃溶液中产生的现象与FeCl₃溶液加入其中完全相同.

(3)得出结论：

②根据丙同学的实验得出的结论是：___________；

③实验Ⅲ中溶液变成血红色的离子方程式为____________；

④实验Ⅳ可得出的结论是:_____________.

（4）拓展探究：

⑤丁同学在FeCl₃溶液中加入Na₂CO₃溶液，观察到红褐色沉淀并且产生无色气体，该反应的离子方程式是_________________.

⑥从形式上看，Na₂CO₃和Na₂SO₃相似，但是从上述实验中可以看到，二者的水溶液与氯化铁溶液反应的现象差别很大，分析其原因可能是：_________________.

解析：解题应当抓住题中最关键的现象“溶液颜色由黄色变为红棕色，无气泡产生，也无沉淀生成，继续加Na₂SO₃浓溶液至过量，溶液颜色加深，最终变成红褐色”，联系氧化还原知识、水解原理、胶体性质、Fe3+特性，问题便会迎刃而解.

四、从实验数据利用的角度设计探究

【例4】 某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究.现行高中化学教材中对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”.查阅《化学手册》知，Al、Al₂O₃、Fe、Fe₂O₃熔点、沸点数据如下：

（1）将铝热反应引发的方法是__________.

（2）某同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金.理由是：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金.你认为他的解释是否合理？答：___________（填“合理”或“不合理”）

（3）设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝.该实验所用试剂是___________，反应的化学方程式为___________.

（4）在实验室溶解该熔融物，下列试剂中最适宜的试剂是__________（填序号）.

A.浓硫酸 B.稀硫酸

C.稀硝酸D.氢氧化钠溶液

解析：本题依据铝热反应，首先从引发铝热反应的方法入手，考查我们对教材实验的掌握情况，然后将教材中描述本实验的两个重要现象作为研究起点，结合相关熔点数据资料，从中进行探究分析，可得出当铁是融熔态时，铝一定是液态，二者都可以熔合形成合金，推测完全合理.证明含有铝的方法是利用铝与铁的性质区别.溶解该熔融物需从能否溶解、环境保护、操作方便等角度进行思考，选择的试剂必须能溶解上述所有物质，并且不能产生污染性气体，同时试剂还应该是常见的，操作应该是最简单的.

参考答案：（1）①在铝热剂表面铺一层KClO₃，②在中间插入镁带，③点燃镁带.

（2）合理 （3）氢氧化钠溶液 2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑ （4）B

从以上的分析可见，化学实验探究题不仅可以考查学生的实验能力——观察记录实验现象、分析实验结果、得出正确结论的能力；考查学生的思维能力——正确复述、辨认知识的能力、解决问题的能力和对解决问题的方案进行选择和评价的能力，还可以考查学生的自学能力，尤其是接受新信息、处理新信息、应用新信息的能力.