验证型实验题解答策略

■河南省濮阳市第一高级中学 王清泉

化学学科的核心素养之一是科学探究和创新精神,探究性实验题依然是高考命题的热点,这类试题是将探究性实验的过程或结果结合相关知识点设计成试题的形式,将具体的问题情境化,针对发现的问题,作出大胆假设或猜想,并通过实验对提出的假设或猜想进行证实或证伪,并将实验设计、实验操作、思考分析、得出结论让考生准确地表述出来的试题。该题型的特点是给出生产、生活中的一些化学问题,或者科学研究中发现的一些化学现象,要求考生根据问题、实验现象,在已有的知识和经验基础上,提出合理的科学假设,并且选择恰当的方法验证或者解释提出的假设。此类题目重在考查考生发现和提出问题并尝试解决问题的探究和创新能力。

2020年高考化学实验题的命题趋势:提出猜想、设计实验、实施实验、得出结论、交流反思以及拓展探究等内容,着眼于考查考生运用知识解决实际问题的能力。猜想验证型实验题一般是推断产物的成分、提出对产物成分的假设等,题目有一定难度,有时题目会先做出1～2个假设例子,让考生再提出其他的猜想。本文依据考纲的要求,通过例题来分析此类题的解题思路,并总结解题技巧,供考生参考。

一、假设的类型和方法

类型一：提出三个假设,探究甲、乙是否存在(共存型)。

方法:先分析甲和乙能否共存(可根据物质的氧化性和还原性),若能共存,则提出假设。

假设1:甲存在。

假设2:乙存在。

假设3:甲和乙都存在。

例1某种催化剂为铁的氧化物。化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究:将适量稀硝酸加入少许样品中,加热溶解;取少许溶液,滴加KSCN 溶液后出现红色。一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为+3价的结论。

(1)请指出该结论是否合理并说明理由:___。

(2)提出合理假设。

假设1:催化剂中铁元素的价态为+3价。

假设2:____。

假设3:催化剂中铁元素的价态既有+3价,也有+2价。

答案：(1)该结论不正确。稀硝酸有强氧化性,若该铁的价态为+2价,则被氧化为+3价,同样可使KSCN 溶液变血红色

(2)催化剂中铁元素的价态为+2价

类型二：提出三个假设,探究甲、乙是否存在(排斥型)。

方法:先分析甲和乙能否共存,若不能共存,则提出假设。

假设1:只有甲。

假设2:只有乙。

假设3:既没有甲也没有乙。

例2某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时,利用刚吸收过少量SO2的NaOH 溶液对其尾气进行吸收处理。

吸收尾气一段时间后,吸收液(强碱性)中肯定存在Cl-、OH-和。请设计实验,探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑空气中CO2的影响)。

(1)提出合理假设。

假设3:___。

(2)设计实验方案,进行实验。写出实验步骤以及预期现象和结论(在表1 中作答)。限选实验试剂:3 moL · L-1H2SO4、1 moL·L-1NaOH、0.01 mol·L-1KMnO4、淀粉-KI溶液、紫色石蕊试液。

表1

思路分析：(1)很明显,SO2-3、ClO-两种离子能相互反应,不能共存。根据假设2 提示可知:假设3是只存在ClO-。(2)加入硫酸的试管,SO2-3、ClO-分别生成了H2SO3和HClO;因H2SO3有还原性,在A 试管中加入0.01 mol·L-1KMnO4溶液,检验SO2-3的存在。HClO 有氧化性,在B 试管中滴加淀粉-KI溶液,用于检验ClO-的存在。根据实验现象,得出结论。

答案：(1) ①只存在ClO-

(2)见表2。

表2

二、猜想验证型实验题的解题技巧

假设,其本质就是根据已有的知识经验对已发现的问题给出一种尝试性解释。这种解释可能是对的,也可能是错的,有待于下一步的实验验证。提出假设时必须考虑两个原则:一是合理性,即建立在已有知识、经验的基础上,言之成理,有一定科学性;二是可检验性,即这种解释能够通过实验验证,并且该实验具有可行性,容易收集、记录实验现象和数据。

例3探究性实验小组的同学将打磨过的镁条投入到滴有酚酞的饱和NaHCO3溶液中,发现反应迅速,产生大量气泡和白色不溶物,溶液的浅红色加深。该小组同学对白色不溶物的成分进行了探究和确定。

(Ⅰ)提出假设:甲同学认为可能只是MgCO3,乙同学认为可能只是Mg(OH)2,丙同学认为可能是xMgCO3·yMg(OH)2。

(Ⅱ)定性实验探究:

(1)取沉淀物少许于试管中,加入稀盐酸时固体溶解,产生大量气泡,则____同学假设错误(选填“甲”“乙”或“丙”)。

(Ⅲ)定量实验探究:取一定量已干燥过的沉淀样品,利用下列装置(图1)测定其组成(部分固定夹持类装置未画出),经实验前后对比各装置的质量变化来分析沉淀的组成,得出丙同学的假设是正确的。请回答下列问题:

图1

(2)实验中合理的连接顺序为:e→____→____→____→____→_____→g→h(各装置只使用一次)。

(3)实验一段时间后,当B 装置中____(填实验现象),停止加热,说明固体已分解完全;打开f处的活塞,缓缓通入空气数分钟的目的是____。

(4)指导老师认为在上述实验装置中末端还需再连接一个D 装置,若无此装置,会使测出的x∶y的值____(选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

(5)若改进实验后,最终装置B质量增加mg,装置D 质量增加了ng,则x∶y=_____。(用含m、n的代数式表示)

思路分析：本题就是根据实验现象,提出合理假设,再设计具体实验,并进行分析,最终得出结论。此类题的关键是理解命题意图,只要清楚命题人的思路,则问题就迎刃而解了。具体分析如下:

(1)沉淀物中加入稀盐酸时固体溶解,产生的气泡为CO2,一定有MgCO3,则乙同学假设错误。

(2)浓硫酸吸收分解产生的水蒸气,碱石灰吸收分解产生的CO2,利用空气排尽装置中产生的气体,实验中合理的连接顺序为:e→f→a→b→d→c→g→h 或e→f→b→a→d→c→g→h。

(3)当B装置中无气泡冒出时,说明固体已分解完全;打开f处的活塞,缓缓通入空气数分钟的目的是排出装置中的CO2和水蒸气。由于空气中含有水蒸气和CO2,所以装置C中碱石灰的作用是吸收通入空气中的CO2和水蒸气。

(4)在上述实验装置中末端还需再连接一个D 装置,若无此装置,空气中的水蒸气和CO2也被碱石灰吸收,导致生成的CO2质量增加,由此计算出的MgCO3质量增加,因此会使测出的x∶y的值偏大。

(5)改进后,最终装置B 质量增加mg,即产生水是,装置D 质量增加了ng,CO2的物质的量是,则根据原子守恒可知。

答案：(1)乙同学 (2)f a b d c(或f b a d c) (3)无气泡冒出 排出装置中的CO2和水蒸气 (4)偏大(5)

例4过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)是一种集洗涤、漂白、杀菌于一体的氧系漂白剂,该晶体具有Na2CO3和H2O2的双重性质。利用图2 装置制备过碳酸钠,在冷水浴中充分反应后,按如下流程可获得过碳酸钠产品。

图2

(1)如果配制过碳酸钠的水中含有铁离子,不仅会削弱洗涤剂的去污能力,甚至完全失去杀菌作用。试分析其中的原因:____(写出其中一种即可,用方程式表示)。

(2)某化学学习小组为了定性探究铁离子对这种新型漂白剂的不良影响,取该漂白剂100 mL,加入25gFeCl3固体,产生大量无色无味气体,用贮气瓶收集气体。

请选用下列试剂和实验用品完成气体成分的探究过程:0.1 mol·L-1NaOH 溶液、8.0 mol·L-1NaOH 溶液、澄清石灰水、0.01 mol·L-1KMnO4溶液、BaCl2稀溶液、品红溶液、蒸馏水、木条、酒精灯、火柴、洗气瓶。

①提出假设:对该气体成分提出合理假设。

假设1:气体是O2。

假设2:气体是____。

假设3:气体是CO2。

②设计方案:设计实验方案证明你的假设,在表3中完成实验步骤、预期现象与结论。

表3

思路分析：(1)铁离子可以作催化剂,使过氧化氢分解,另外铁离子和碳酸根离子可以发生水解相互促进的反应。(2)CO2和O2可以共存,这是共存假设,无色无味气体可能是O2或CO2或CO2和O2两者的混合气体。检验CO2用澄清石灰水,除去CO2用NaOH 溶液,检验O2用带火星的木条。

答案：(1)

(2)①CO2和O2②澄清石灰水8.0 mol·L-1NaOH 溶液 并将带火星的木条放在最后一个洗气瓶的出口处 若澄清石灰水不变浑浊,木条复燃,则假设1 成立;若澄清石灰水变浑浊,木条复燃,则假设2成立;若澄清石灰水变浑浊,木条不复燃,则假设3成立

例5某研究性学习小组在网上收集到如下信息:Fe(NO3)3溶液可以蚀刻银,制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究。

【实验】

制作银镜,并与Fe(NO3)3溶液反应,发现银镜溶解。

【提出假设】

假设1:Fe3+具有氧化性,能氧化Ag。

假设2:Fe(NO3)3溶液显酸性,在此酸性条件下能氧化Ag。

【设计实验方案,验证假设】

(1)甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2+,验证了假设1的成立。请写出Fe3+氧化Ag的离子方程式:____。

(2)乙同学设计实验验证假设2,请帮他完成表4中内容(提示:在不同条件下的还原产物较复杂,有时难以观察到气体产生)。

表4

【思考与交流】

(3)甲同学验证了假设1成立,若乙同学验证了假设2成立,则丙同学由此得出结论:Fe(NO3)3溶液中的Fe3+和都氧化了Ag。

你是否同意丙同学的结论,并简述理由:___。

思路分析：Fe(NO3)3溶液可以蚀刻银,Fe3+和酸性条件下的都具有氧化性,究竟是哪种离子的作用,需要进行探究。甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe2+,验证了假设1的成立。乙同学设计实验验证假设2,测定上述实验用的Fe(NO3)3溶液的pH,配制相同pH 的硝酸溶液,将此溶液加入有银镜的试管内,观察银镜是否消失,进而推断酸性条件下的能否氧化Ag。第3问是对实验的进一步思考,并进行理论分析。

答案：(1)(2)①测定上述实验用的Fe(NO3)3溶液的pH

②配制相同pH 的硝酸溶液,将此溶液加入有银镜的试管内

(3)不同意。甲同学检验出了Fe2+,可确定Fe3+一定氧化了Ag;乙同学虽然验证了此条件下能氧化Ag,但在硝酸铁溶液氧化Ag时,由于没有检验的还原产物,因此不能确定氧化了Ag

解题技巧：猜想型试题体现了开放性和探究性,考生要做出假设,选择合适试剂和仪器,设计实验方案,进行实验操作。分析解答此类试题,要对题给信息进行对比,分析命题意图,找出特殊现象,结合实验条件,找到解题突破口。具体步骤为:

1.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。

2.设计验证方案:提出猜想后,就要结合题给条件,设计出科学、合理、安全的实验方案,对可能的情况进行探究。

3.根据实验现象,得出结论:结合已有知识,进行推理分析或计算分析得出科学结论。

总之,理清实验目的和实验过程,缜密思维,分析每步操作的真实目的,精准解答,规范书写。相信每位考生都能考出自己满意的成绩,为金色六月的辉煌交出自己满意的答卷。