凸显化学学科核心素养，破解实验探究综合题

2019-04-24冯存良

求学·理科版 2019年4期

冯存良

在知识点的涵盖上，探究型实验题既可以考查化学基本概念、基本理论，又可以考查元素化合物的相关知识，而且符合“科学探究与创新意识”这一化学学科核心素养，因此探究型实验题将会是以后高考试题中的一个亮点。探究型实验题物质陌生、设问巧妙，在解题中，考生有畏惧感，因此非常有必要把看似无序的探究性实验大题进行分类，在解题技法上对考生进行点拨，让他们在训练中内化解题技法，找准突破口，循路径进行解题。

一、解读题型，晓破题关键

探究型实验试题一般有以下几种命题形式：探究化学反应机理，探究化学实验中的反常现象，探究对经典问题的质疑，探究未知物的成分，探究物质的性质，探究化学反应的条件以及探究化学反应的现象等。

1.解答探究性实验题的基本步骤

（1）提出问题。首先要发现问题，将题目信息进行对比，通过思考提出值得探究的问题。此外，实验中出现的特殊现象也是考生发现问题、提出问题的重要切入点。

（2）提出猜想。所谓猜想，就是根据已有知识对问题的解决提出的几种可能的情况。有一些问题，结论有多种可能（这就是猜想），只能通过实验进行验证。

（3）设计验证方案。提出猜想后，就要结合题目条件，设计出科学、合理、安全的实验方案，对可能的情况进行探究。实验设计中，关键点是对试剂的选择和对实验条件的调控。

（4）观察实验现象，得出结论。根据设计的实验方案，根据实验现象进行推理分析或计算分析得出结论。

2.知命题规律，晓解题技法

（1）对未知产物的探究。通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，通过对这些物质逐一进行检验来确定究竟含有哪些物质。虽然探究型实验题主要考查学生的探究能力，但问题常常包含了对实验基础知识的考查。

（2）对物质性质的探究。在探究过程中往往可以利用对比实验，即设置几组平行实验来进行对照和比较，从而研究和揭示某种规律，解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。

3.探究型实验题的解题要领

（1）细心审题是关键：要明确实验目的、原理。

（2）认真分析是核心：①原理分析;②材料分析;③变量分析;④结果分析。

（3）正确表达是保障：大多数学生有实验思路，就是拿不到分，因此我们在表达过程中一定要做到条理清晰，表述规范。

二、题型分类，构建满分模板

1.以物质制备为主线探究型实验题（见【思维模型】）

【例1】苯甲醛（CHO）是有机制备中的一种重要原料。实验室常用苯甲醛与NaOH反应制备苯甲醇和苯

甲酸钠（2+ NaOH+ ），再由苯

甲酸钠酸化得到苯甲酸。

实验步骤：

步骤①：向如图1所示三颈烧瓶c中加入碎瓷片、适量NaOH、水和a g苯甲醛，向冷凝管中通入冷水。

步骤②：搅拌、加热三颈烧瓶c，充分反应后，将c中液体冷却后倒入分液漏斗中，用乙醚萃取、分液，将乙醚层依次用25%亚硫酸氢钠溶液、水洗涤，水层保留待用。

步骤③：将乙醚层倒入盛有少量无水MgSO4的锥形瓶中进行干燥，混匀、静置后采用一定的方法分离，收集苯甲醇。

步骤④：将步骤②中得到的水层和适量浓盐酸混合均匀，析出白色固体。冷却、抽滤得粗产品，将粗产品提纯得一定量的苯甲酸。

回答下列问题：

（1）步骤①中，冷凝管的作用是，从（填“a”或“b”）口通入冷水。

（2）步骤②中，先用25%亚硫酸氢钠溶液洗涤乙醚层的作用是 ;再用水洗涤的作用是。将分液漏斗中两层液体分离开时，乙醚层在（填“上层”或“下层”）。

（3）步骤③中，分离出苯甲醇的方法是，先出來的物质是。

（4）步骤④中，水层和浓盐酸混合后产生苯甲酸的离子方程式为 ;将反应后的混合物冷却的目的是。

（5）将步骤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标准溶液进行滴定，消耗KOH标准溶液的平均体积为24.00 mL，则苯甲醛的转化率为。

【解题模板】

1.明确反应原理

实验室制备苯甲酸：先用苯甲醛与NaOH反应制备苯甲醇和苯甲酸钠（2CHO+NaOHCH2OH+ COONa），再由苯甲酸钠酸化得到苯甲酸。

2.熟知实验仪器

本实验用到的主要仪器有三颈烧瓶、球形冷凝管及搅拌棒，其中，球形冷凝管在有机实验中常作为反应装置来冷凝反应物蒸气，使反应物冷凝回流，用于提高原料的利用率，根据冷凝管下口进水、上口出水原则，应从b口通入冷水。

3.分析实验步骤

步骤②中乙醚层先用25%亚硫酸氢钠溶液洗涤，其原因是根据题中信息知亚硫酸氢钠可以与苯甲醛反应，不与苯甲醇反应，用亚硫酸氢钠溶液洗涤除去乙醚层中未反应的苯甲醛。步骤③中，锥形瓶中的MgSO4可除去水，剩下苯甲醇和乙醚，由题干中有机物相关的物理性质知，乙醚的沸点远远低于苯甲醇的沸点，故可用蒸馏法分离二者。步骤④中将反应物冷却是降低苯甲酸在水中的溶解度，使其尽可能多地析出。

4.产率（纯度）计算

设a g苯甲醛中发生转化的苯甲醛的质量为x，根据题意得出关系式：

2C6H5CHO～C6H5COOH～KOH

2×106 g 1 mol

x 0.1 mol·L-1×0.024 L×

解得x=2.0352 g。则苯甲醛的转化率为2.0352 g/a g× 100%=%。

【例2】绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：

（1）在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：、。

（2）为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管（带两端开关K1和K2）（设为装置A）称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g。按上图连接好装置进行实验。

①仪器B的名称是。

②将下列实验操作步骤正确排序（填标号）;重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。

a. 点燃酒精灯，加热 b. 熄灭酒精灯 c. 关闭K1和K2 d. 打开K1和K2，缓缓通入N2 e. 称量A f. 冷却到室温

③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x= （列式表示）。若实验时按a、d次序操作，则使x （填“偏大”“偏小”或“无影响”）。

（3）为探究硫酸亚铁的分解产物，将（2）中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。

①C、D中的溶液依次为（填标号）。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为。

a. 品红 b. NaOH c. BaCl2 d. Ba（NO3）2 e. 浓H2SO4

②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式：。

【解题模板】

1.明确实验目的

①FeSO4易被空气中的氧气氧化;②测定绿矾中结晶水含量;③探究硫酸亚铁的分解产物。

2.分析确定原理

①二价铁离子遇KSCN溶液不变色，三价铁离子遇KSCN溶液变红色;②加热前后的固体质量差就是绿矾中结晶水的质量;③用BaCl2溶液检验分解产物中的SO3，再用品红溶液检验分解产物中的SO2。

3.通览实验装置

此装置通入N2排出装置中的空气，避免空气中的氧气将绿矾氧化。

C装置用于检验SO3的存在，D装置用于检验SO2的存在。

4.逐项分析定答案

（1）向绿矾溶液中加入KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中不含三价铁;再向试管中通入空气，溶液逐渐变红，说明FeSO4易被空气中的氧气氧化。（2）①仪器B是干燥管。②根据实验目的及绿矾易被氧化的性质可知，实验时先打开K1和K2，缓缓通入N2排出装置中的空气，避免空气中的氧气将绿矾氧化;再点燃酒精灯进行加热;一段时间后熄灭酒精灯，冷却至室温，关闭K1和K2，再称量A。故正确的操作顺序是dabfce。③根据题意，绿矾样品的质量为（m2-m1）g，绿矾中结晶水的质量为（m2-m3）g，则FeSO4的质量为（m3-m1）g，设绿矾的化学式为FeSO4·xH2O，则

FeSO4·xH2OFeSO4 + xH2O

152 18x

（m3-m1）g（m2-m3）g

由=解得x=·。如果实验

时按照a、d次序操作，则部分绿矾被氧化，导致m3增大，则测出结晶水的值x会偏小。（3）实验后残留的红色固体是Fe2O3。根据氧化还原反应规律，反应中硫元素的化合价必然降低，生成SO2。根据得失电子守恒和原子守恒可写出反应的化学方程式：2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。由

于SO3极易溶于水且能与水反应生成H2SO4，故欲检验SO2和SO3，必须先用BaCl2溶液检验SO3，再用品红溶液检验SO2。

【高分锦囊】

1.性质探究型实验的增分点

在离子检验、气体成分检验的过程中，要严格掌握检验的先后顺序，防止检验过程中各成分相互干扰。

若有水蒸气生成，先检验水蒸气，再检验其他成分，如C和浓H2SO4的反应，产物有SO2、CO2和H2O（g），通过实验可检验三种气体物质的存在，但SO2、CO2都要通过溶液进行检验，对检验H2O（g）有干扰。

对于需要进行转化才能检验的成分，如CO的检验，要注意气体中是否含有CO2，如果有CO2，应先除去CO2再对CO实施转化，最后再检验转化产物CO2，如HOOC—COOHCO2↑+CO↑+H2O↑中CO的检验。

（4）要重视试剂名称的描述，如有些试剂的准确描述为无水硫酸铜、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外還应注意某些仪器的规格。