高考实验试题探究点的诠释

陈世华等

高中化学新课程标准要求学生“具有较强的问题意识，能够发现和提出有探究价值的化学问题”，通过“经历对化学物质及其变化进行探究的过程，进一步理解科学探究的意义，学习科学探究的基本方法，提高科学探究能力”。从近三年新课标化学卷实验试题分析，不难发现试题对科学探究能力提出了较多要求。本文通过对2010年高考实验试题部分探究点的分析，从中找出一般规律：

一、以物质性质为探究点，考查实验现象描述、物质性质判断、简述实验设计

例1（2010·全国新课标卷·27）某化学兴趣小组为探究SO2的性质，按下图所示装置进行实验。

请到答F列问题：

（1）装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是 ，其中发生反应的化学方程式为 ；

（2）实验过程中，装置B、C中发生的现象分别是 、 ，这些现象分别说明SO2具有的性质是 和 ；装置B中发生反应的离子方程式为 ；

（3）装置D的目的是探究SO2与品红作用的可逆性，请写出实验操作及现象 ；

（4）尾气可采用 溶液吸收。

解析 本题涉及制备二氧化硫，以及二氧化硫与酸性高锰酸钾溶液反应、与硫化钠反应，并检验二氧化硫，探究二氧化硫的漂白性是暂时的。（1）装置A中盛装亚硫酸钠的仪器是烧瓶，硫酸与亚硫酸钠反应生成硫酸钠、二氧化硫和水。（2）B装置：5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4 二氧化硫表现还原性； C装置：二氧化硫与硫化钠发生归中反应：SO2+2Na2S+2H2O=S↓+4NaOH，二氧化硫表现氧化性。B装置里现象是紫色褪去或紫红色变浅，C装置里现象是产生浅黄色沉淀或溶液变浑浊。（3）二氧化硫使品红褪色，加热烧杯，溶液变红色。（4）尾气中含有二氧化硫，用氢氧化钠溶液等吸收。

答案 （1）烧瓶或蒸馏烧瓶 Na2SO3+H2SO4（浓）=Na2SO4+SO2↑+H2O （2）紫红色褪去 溶液变浑浊 还原性、氧化性 5SO2+2MnO4-+2H2O=5SO42-+2Mn2++4H+（3）向品红溶液中通入二氧化硫，品红溶液褪色；点燃酒精灯，加热烧杯，试管里无色溶液变红色（4）氢氧化钠等碱溶液

【诠释】选择物质性质为探究点，主要探究物质的氧化性与还原性、酸性与碱性、稳定性等，通常联系实验试剂选择、实验现象等，根据反应现象确定物质性质，或根据性质预测实验现象等。

二、以反应产物为探究点，考查实验现象观察与分析、气体检验

例2（2010·全国II卷·29）右图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。（指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，减色—黄色）

回答下列问题：

（1）下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是 （填编号）；

①A管溶液由红变黄； ② B管溶液由红变黄；

③ A管溶液不变色； ④B管溶液不变色；

（2）写出A管中发生反应的反应式： ；

（3）写出B管中发生反应的反应式： ；（4）检验a管中气体的方法是 ；

（5）检验b管中气体的方法是 ；

（6）电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是 。

解析 本题以电解硫酸镁溶液产物为探究点，切入点是根据电极反应式分析问题。硫酸镁溶液中存在离子和分子有：H+、Mg2+、OH-、SO42-、H2O等。（1）A为阴极，发生还原反应：2H++2e-=H2↑，H2O H++OH-，H+反应，促进水电离，A极附近溶液中OH-浓度增大，呈碱性，溶液变黄色；B极为阳极，发生氧化反应：4OH- -4e-=2H2O+O2↑，H2O H++OH-，OH-参与电极反应，促进水电离平衡向生成H+方向移动，B极附近溶液呈酸性，溶液仍呈红色。（2）A极反应式有两种写法：H+或H2O发生还原反应；OH-浓度增大，发生沉淀反应：Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓（3）B极发生氧化反应，可以写OH-或H2O发生氧化反应生成氧气。（4）a管气体是氢气；（5）b管气体是氧气。（6）将电解液倒入烧杯，相当于将左右两边溶液混合，发生电解反应：2H2O 2H2↑+O2↑，充分混合溶液呈弱酸性（硫酸镁是强酸弱碱盐），观察到现象是，白色沉淀溶解、溶液呈红色。

答案（1）① ④（2）

（3）

（4）用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰

（5）用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃

（6）溶液呈红色，白色沉淀溶解（或大部分溶解）

【诠释】本题由教材电解水实验延伸、整合的综合实验。可以进一步拓展：电解氯化镁、硫酸铜、氯化铝等盐溶液。其难点是检验氢气、氧气操作的表述，这类问题往往易失分。

三、以物质相对原子质量测定为探究点，考查装置连接、实验数据测定以及数据处理

例3（2010·海南·17）根据氨气还原氧化铜的反应，可设计测定铜元素相对原子质量么 （近似值）的实验。先称量反应物氧化铜的质量m（CuO），反应完全后测定生成物水的质量m（H2O），由此计算 。为此，提供的实验仪器及试剂如下（根据需要可重复选用，加入的NH4C1与Ca（OH）2的量足以产生使CuO完全还原的氨气）：

请回答 下列问题：

（1）氨气还原炽热氧化铜的化学方程式为________________________________；

（2）从所提供的仪器及试剂中选择并组装本实验的一套合理、简单的装置，按气流方向的连接顺序为（用图中标注的导管口符号表示）a→______________________________；

（3）在本实验中，若测得m（CuO）= a g，m（H2O）= b g，则Ar（Cu）= _______________；

（4）在本实验中，使测定结果Ar（Cu）偏大的是_______________ （填序号）；

①CuO未完全起反应 ②CuO不干燥 ③CuO中混有不反应的杂质

④ 碱石灰不干燥 ⑤NH4C1与Ca（OH）2混合 物不干燥

（5）在本实验中，还可通过测定________和__ ___ ，或________和_______达到实验目的。

解析 本题以测定金属铜相对原子质量为探究点，选择仪器组合装置，确定测定物理量。

（1）氨气氧化铜反应生成铜、氮气和水（2）氨气还原氧化铜的思路为制备氨气 干燥氨气 氨气还原氧化铜 吸收水，即A D B D。测定水的质量，只能选碱石灰吸收水蒸汽，不能用浓硫酸，因为浓硫酸能吸收水蒸汽和氨气（3）3CuO+2NH3 N2+3H2O+3Cu， （4）根据铜的计算公式知，测得水的质量偏小，铜的相对原子质量偏大，①氧化铜未完全反应，水的质量偏小；②氧化铜不干燥，测得水质量偏大；③氧化铜中混有不反应的杂质，测得水的质量偏小；④碱石灰不干燥，测得水质量偏大；⑤反应物不干燥，测得水偏大。（5）依据仪器，只能用重量法测定铜的相对原子质量。根据化学方程式知，测得m（CuO）、m（Cu）或m（Cu）、m（H2O）质量，可以计算铜的相对原子质量，因为仪器已确认，不能测定氮气体积。氨气只能部分反应，不能测定反应的氨气体积。

答案 （1）2NH3+3CuO 3Cu+N2+3H2O （2） a e b e （3）

（4）①③ （5）m（CuO） 和m（Cu） ；m（Cu）和m（H2O）

【诠释】探究金属相对原子质量涮定，首先确保实验原理正确，其次减少实验误差；第三，确定所要测定的物理量。本题易错点有（1）错选C装置吸收水，氨气与氧化铜反应，氨气不能完全反应，故C装置吸收有氨气，使测得水蒸汽质量偏高，测得铜的相对原子质量偏低；（2）通过测定氨气体积、氮气体积进而测定铜的相对原子质量。实际上，氨气参加反应的体积无法测定，而根据已知的仪器无法测定氮气体积。

四、以反应条件为探究点，考查实验本质分析、异常现象解释以及观察数据信息找规律

例4（2010·全国新课标卷·28）某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：

（1）上述实验中发生反应的化学方程式有 ；

（2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是 ；

（3）实验室中现有 、 、 、 等4中溶液，可与实验中 溶液起相似作用的是 ；

（4）要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措旌有 （答两种）；

（5）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。

实验

混合溶液 A B C D E F

4 mol·L-1硫酸溶液/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5

饱和硫酸铜溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20

H2O/mL V7 V?8 V9 V10 10 0

①请完成此实验设计，其中：V1= ，V6= ，V9= ；

②反应一段时间后，实验A中的金属呈 色，实验E中的金属呈 色；

③该同学最后得出的结论为：当加入少量 溶液时，生成氢气的速率会大大提高。但当加入的 溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因 。

解析 本题以影响化学反应速率因素为探究点，探究提高金属与酸反应速率的外界条件。（1）发生的化学反应有锌与稀硫酸、硫酸铜溶液反应；（2）从原电池角度分析，形成原电池后，会加快负极失去电子；（3）要构成原电池，必须选一种没有铜活泼的金属，硫酸银与锌反应生成银附在锌表面，在溶液中构成原电池，能加快锌失去电子，产生氢气速率加快；（4）从影响化学反应速率因素角度考虑，如温度、浓度、固液接触面等。（5）探究对照实验，要控制变量，只改变硫酸铜溶液用量，为了便于控制H+浓度，必须加水使溶液总体积相等，确保H+浓度相等，所用稀硫酸的体积相同（30 mL）.①根据F组实验知，不加水时，饱和硫酸铜溶液体积为20 mL， 稀硫酸体积为30 mL，溶液总体积近似50 mL. V1=V2=V3=V4=V5=30 mLV6=10 mL，V7=20 mL，V8=19.5 mL，V9=17.5 mL，V10=15 mL.②A组实验中，没有加入饱和硫酸铜溶液，金属锌呈银白色；实验E中加入了硫酸铜溶液，产生铜覆盖在锌粒表面，呈红色；③硫酸铜过多，产生的铜覆盖在锌粒表面，阻止锌与H+接触，使反应减慢。

答案 （1）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu （2） 氧化性：Cu2+>H+，硫酸铜与锌优先反应生成镁覆盖在锌粒表面，在稀硫酸溶液中，锌与铜构成原电池的两极，加快了锌失去电子，使产生氢气速率加快（3）硫酸银（4）加热、将锌粒粉碎、适当增加稀硫酸浓度等；（5）①V1=30、V6=10、V9=17.5 ②银白色 红色或紫红色 ③硫酸铜溶液量较大时，产生较多的铜覆盖在锌粒表面，阻碍锌与稀硫酸接触，使产生氢气速率减慢。

【诠释】探究影响化学反应速率因素，可以分内因和外因两部分。影响化学反应速率的因素主要是物质组成、结构、性质；外素主要是温度、酸碱度、浓度、接触面、催化剂、压强（气体反应）等，通常采用控制变量法探究一个因素对化学反应速率的影响。 本题亮点有：一是设计对照实验，需要理解“探究硫酸铜溶液量对反应速率影响”，引发“控制哪里变量”，如何使其它变量相同等问题；二是将形成原电池与影响固体与液体接触面联系起来，即深化实验细节。中学实验锌与稀硫酸反应，加“少量硫酸铜”能加快反应速率，本题深刻探究“少量”含义。

五、以实验方案为探究点，考查实验现象观察和分析实验结论

例5（2010·重庆·27）某兴趣小组用如图装置探究氨的催化氧化.

（1）氨催化氧化的化学方程式为___________________.

（2）加热玻璃管2一段时间后，挤压1中打气球鼓入空气，观察到2中物质呈红热状态；停止加热后仍能保持红热，该反应是_________反应（填“吸热”或“放热”）.

（3）为保证在装置4中观察到红棕色气体，装置3应装入_________；若取消3，在4中仅观察到大量白烟，原因是___________________.

（4）为实现氨催化氧化，也可用装置5替换装置_________（填装置代号）；化合物X为_________（只写一种），Na2O2的作用是___________________.

解析 本题以实验方案变换为探究点，通过2-3-4仪器连接和2-4仪器连接，以及5替代1仪器等，多角度探究氮氢化物、氮化物、盐之间转化关系。（1） 和 氧化生成 。（2）该反应为放热，故不加热后仍能保持红热状态。（3）反应后气体中有 和 ， 会被 氧化生成 ，在于空气中的水蒸气反应生成HNO3，而HNO3与 会产生白烟。装置3的作用是除去NO中氨气，用浓硫酸吸收氨气。（4）装置5与1均产生科产生NH3。NH4Cl加热分解可得 和HCl，而HCl与 可生成 。也可以是碳酸氢铵，碳酸氢铵分解生成氨气、水蒸汽、二氧化碳，而水蒸汽、二氧化碳被过氧化钠吸收放出氧气。

答案 4NH3+5O2 4NO+6H2O （2）放热（3）浓H2SO4；生成的NO与O2反应生成NO2，NO2与水反应生成HNO3，NH3与HNO3反应生成了NH4NO3

（4）I NH4Cl 与HCl反应生成氧气（或碳酸氢铵 吸收二氧化碳、水蒸汽放出氧气）

【诠释】以实验方案为探究点，主要探究角度有：（1）减一减 即减少仪器对实验影响；（2）增一增 即增加某仪器；（3）换一换 一般用简单仪器替换复杂的仪器；（4）调一调 主要指调换仪器顺序，探究对实验影响。本题氨催化氧化一般用铂作催化剂，本题用三氧化三铬作催化剂，说明同一反应可以用多种催化剂，如氯酸钾分解可以用二氧化锰、氧化铁、氧化铜等作催化剂；本题X成分具有开放性和探究性。

六、以物质制备为探究点，考查仪器、试剂选择以及误差分析

例6（2010·上海·26） 广泛存在于自然界，是一种重要的化工原料。大理石主要成分为 ，另外有少量的含硫化合物。实验室用大理石和稀盐酸反应制备 气体。下列装置可用于 气体的提纯和干燥。

完成下列填空：

（1）用浓盐酸配制1：1（体积比）的稀盐酸（约6 ），应选用的仪器是 。

a.烧杯 b.玻璃棒 c.量筒d.容量瓶

（2）上述装置中，A是 溶液， 溶液可以吸收 。

（3）上述装置中，B物质是_____。用这个实验得到的气体测定 的相对分子质量，如果B物质失效，测定结果____（填“偏高”、“偏低”或“不受影响”）。

（4）一次性饭盒中石蜡（高级烷烃）和 在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一，测定溶出量的主要实验步骤设计如下：剪碎、称重→浸泡溶解→过滤→残渣烘干→冷却、称重→恒重

为了将石蜡和碳酸钙溶出，应选用的试剂是 。

a.氯化钠溶液 b.稀醋酸 c.稀硫酸 d 正已烷

（5）在溶出量测定实验中，为了获得石蜡和碳酸钙的最大溶出量，应先溶出_____后溶出_______。

（6）上述测定实验中，连续_______，说明样品已经恒重。

解析 本题考查二氧化碳制备、净化等相关问题。（1）配制近似浓度的溶液，不用容量瓶.只需要量溶液体积和水体积.所以，需要仪器有烧瓶、玻璃棒和量筒；（2）依题意，石灰石中含有少量硫化合物，与盐酸反应生成硫化氢等，A装置里溶液用于除去硫化氢，可以用酸性高锰酸钾溶液或硫酸铜溶液或溴水等，碳酸氢钠溶液吸收盐酸挥发出来的氯化氢等酸性气体。（3）B装置物质用于干燥二氧化碳，如氯化钙、五氧化二磷等中性或酸性干燥剂。如果干燥剂失效，得到二氧化碳气体中混有水蒸汽， 测得相对分子质量小于44。（4）石蜡是烷烃，能溶于液态正己烷，碳酸钙溶于醋酸，不能用硫酸溶解碳酸钙，因为硫酸与碳酸钙反应生成微溶硫酸钙。（5）因为石蜡附在碳酸钙表面会阻止碳酸钙与醋酸接触，所以，应先溶出石蜡，后溶出碳酸钙。（6）精确度高的重量法实验中，连续两次称重质量差不超过0.001g，表明样品已恒重。本实验称量应用电子天平，不是托盘天平。

答案（1）a b c（2） 溶液或酸性 溶液： 吸收HCl气体或吸收酸性气体

（3）无水 偏低 （4）b d （5）石蜡 （6）两次称量的结果相差不超过（或小于）0.00lg

【诠释】探究物质制备的角度：（1）实验原理多样性，制备同一物质可以选择不同实验原理；（2）实验装置多样性，实验装置由反应原理决定；（3）仪器选择多样性，多种仪器可以达到同一目的，当然尽可能用简单仪器代替复杂仪器，选择多功能仪器完全实验。气体实验装置一般流程：发生装置 净化装置 干燥装置 收集装置 尾气处理装置（或主反应装置 产品收集装置 尾气处理装置）等。