爱恨情仇是探究 利剑出鞘破实验——探究性化学实验的解题技巧

河南 陈亚红

爱恨情仇是探究 利剑出鞘破实验
——探究性化学实验的解题技巧

河南 陈亚红

探究性实验题，是以化学实验题为主体的实验综合题，一般将元素周期律与元素化合物性质相结合或者将化学平衡理论、电离平衡理论、电化学理论与物质性质相结合的综合性试题。化学实验探究试题以能力立意，以研究性学习为情境，把化学知识与能力的考查融合于实验探究的过程中。探究类实验题常见的命题点是探究物质的性质和化学反应机理等。

一、解读题型 晓破题关键

1．解答探究性实验题的基本程序可用以下流程图表示：

（1）提出问题

首先要发现问题，对题给信息进行对比、质疑，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发现问题、提出问题的重要契机。

（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。实验设计中，关键点是对试剂的选择和实验条件的调控。

（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，对这些物质逐一进行检验来确定究竟含有哪些物质。虽然探究性实验主要考查学生的探究能力，但在问题中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。

二、题型分类 构建满分模板

1．物质性质验证类实验

【思维模型】

【例1】 （2015全国Ⅰ）草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其K1＝5．4×10－2，K2＝5．4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体（H2C2O4·2H2O）无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。

回答下列问题：

（1）甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是______________________________，由此可知草酸晶体分解的产物中有________。装置B的主要作用是______________________。

（2）乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置（可以重复选用）进行实验。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、___________________________。

装置H反应管中盛有的物质是________。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是________。

（3）设计实验证明：

①草酸的酸性比碳酸的强：________。

②草酸为二元酸：________。

【构建模板】

第一步 明确实验干什么

本实验有两个目的：一是验证草酸分解的产物中含有CO2和CO，二是设计实验证明草酸的酸性比碳酸强及草酸是二元酸。

第二步 论证原理用什么

（1）验证CO2的方法是该气体能使澄清石灰水变浑浊；验证CO气体的方法是用CO还原CuO，通过CuO颜色的变化及检验氧化产物来确认。

（2）依据相对强的酸制取较弱的酸的原理设计方案证明草酸的酸性强于碳酸。

（3）依据酸碱中和反应原理，可采用中和滴定的方法，计算出草酸与NaOH的物质的量之比，来判断草酸是一元酸还是二元酸。

第三步 题干信息有什么

（1）草酸的熔点低，易升华，故草酸分解产生的气体中混有草酸蒸气。

（2）草酸170℃易分解，其分解产物中有CO2和CO，题图中的澄清石灰水可用于检验CO2，浓NaOH溶液可用于除去CO中的CO2气体，以防对CO气体的检验形成干扰。

第四步 信息原理定方案

（1）先用澄清石灰水检验CO2气体的存在。

（2）检验CO气体，应先在H装置中进行CO还原CuO的反应，气体进入H装置前需除去CO中的CO2气体，从H装置中导出的气体需用澄清石灰水检验CO2气体的存在。其实验装置流程为：

（3）向NaHCO3溶液中加入草酸，若有CO2气体生成则证明草酸的酸性强于碳酸。

（4）用NaOH标准溶液来滴定一定物质的量浓度的草酸溶液，若草酸是一元酸，则草酸与NaOH的物质的量之比为1∶1；若草酸是二元酸，则草酸与NaOH的物质的量之比为1∶2。

第五步 代入流程通盘验

将第四步的方案（2）代入实验流程图中进一步验证，从而确定题目中各问题的答案是否合理、正确。

【答案】（1）有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2（冷凝水蒸气、草酸等） 防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验

（2）①F、D、G、H、D、I CuO

②H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊

（3）①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生 ②用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的两倍

【变式训练1】（2016太原模拟）亚硝酸钠（NaNO2）在纤维纺织品的染色和漂白、照相、生产橡胶、制药等领域有广泛应用，也常用于鱼类、肉类等食品的染色和防腐。但因其有毒，所以在食品行业用量有严格限制。现用下图所示仪器（夹持装置已省略）及药品，探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物的成分。

已知：①NO＋NO2＋2OH－2NO－2＋H2O

②气体液化的温度：NO2为21℃，NO为－152℃

（1）为了检验装置A中生成的气体产物，仪器的连接顺序（按左→右连接）为A、C、________、________、________。

（2）反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排除装置中的空气，目的是________________________________。

（3）再关闭弹簧夹、打开分液漏斗活塞、滴入70%硫酸后，A中产生红棕色气体。

①确认A中产生的气体含有NO，依据的现象是______________________________________________________。

②装置E的作用是________________________________。

（4）如果向D中通入过量O2，则装置B中发生反应的化学方程式为_____________。如果没有装置C，对实验结论造成的影响是_______________________________________。

（5）通过上述实验探究过程，可得出装置A中反应的化学方程式：____________________________。

2．物质性质探究类实验

【思维模型】

请回答下列问题：

（1）从装置①②③中选择合适的气体制备装置（A处）________（填序号）。

（2）装置B、C中依次放的是干燥的红色布条和湿润的红色布条，实验过程中该同学发现装置B中的布条也褪色，其原因可能是________________________________________，说明该装置存在明显的缺陷，请提出合理的改进方法：_____________________________________________________。

（3）为了验证氯气的氧化性，将氯气通入Na2SO3溶液中，写出氯气与Na2SO3溶液反应的离子方程式：________。

（4）氯气通入饱和NaHCO3溶液能产生无色气体，已知酸性：盐酸＞碳酸＞次氯酸，该实验证明氯气与水反应的生成物中含有________。

【构建模板】

第一步 明确实验目的

本实验的目的是用“84”消毒液与硫酸反应制取氯气，并探究氯气可能具有性质。

第二步 逆推实验原理

根据题给装置的信息再结合所学知识，可推测本实验探究氯气的强氧化性及与水的歧化反应，所涉及的反应原理为

第三步 回归题干找对应

第四步 符合验证定答案

对本实验的目的、原理及所要回答的问题，整体分析，相互检验，来确定答案的正确性。

【答案】（1）②

（2）产生的氯气中含有水蒸气，二者反应生成次氯酸在装置A、B之间增加盛有浓硫酸的洗气瓶（或干燥装置）

（4）HCl（或盐酸）

【变式训练2】（2016黑龙江大庆模拟）某小组同学为探究H2O2、H2SO3、Br2的氧化性强弱，设计如下实验（夹持仪器已略去，装置的气密性已检验）。

实验记录如下：

______________实验操作实验现象Ⅰ打开活塞a，滴加氯水，关闭____活塞a A中溶液变为红棕色Ⅱ吹入热空气A中红棕色明显变浅；B中有气泡，产生大量白色沉淀，混合液颜色无明显变化Ⅲ停止吹入空气，打开活塞b，逐滴加入H2O2溶液开始时颜色无明显变化；继续滴加H2O2溶液，一段时间后，混合液逐渐变成红棕色

请回答下列问题：

（1）A中反应的离子方程式是______________________。

（2）实验操作Ⅱ中吹入热空气的目的是_____________。

（3）装置C 的作用是_____________________，盛放的溶液是________。

（4）实验现象Ⅲ中，混合液逐渐变成红棕色，其对应的离子方程式为_____________________。

（5）由上述实验得出的结论是______________________。

（6）实验反思

①有同学认为实验操作Ⅱ吹入的热空气会干扰（5）中结论的得出，你认为是否干扰，理由是___________________。

②实验现象Ⅲ中，开始时颜色无明显变化的原因是（写出一条即可）：________________________________________。

预计2017年高考考查方向有：给定实验情景或物质性质，要求考生设计实验方案；提出实验问题，要求考生选择仪器、药品，组装实验装置，确定实验步骤，评价实验方案；结合给定的实验情景分析现象并得出什么结论等。

【变式训练参考答案】

1．（1）E D B

（2）防止可能产生的NO被氧化成NO2，造成对A中反应产物检验的干扰

（3）①装置D中通入氧气后出现红棕色气体 ②冷凝，使NO2完全液化

（4）4NO2＋O2＋4NaOH4NaNO3＋2H2O 水蒸气会与NO2反应产生NO，造成对NO的来源认识不清

【解析】（1）为了检验装置A中生成的气体产物，在仪器A中制取气体，然后在装置C中用浓硫酸对气体进行干燥处理；然后把气体通过E冰水浴，检验NO2的产生，再把气体通过D装置，检验是否产生NO气体，由于NO、NO2都是大气污染物，为了防止大气污染，最后把气体通过NaOH溶液进行尾气处理。（2）反应前应打开弹簧夹，先通入一段时间氮气，排除装置中的空气，目的是防止空气中的氧气可能产生的NO被氧化成NO2，造成对A中反应产物检验的干扰。（3）①确认A中产生的气体含有NO，依据的现象是装置D中通入氧气后出现红棕色气体，反应是2NO＋O2，②装置E的作用是冷凝，使NO2完全液化，防止影响NO的检验。（4）如果向D中通入过量O2，则从该装置逸出的气体为NO2，则在装置B中发生反应的化学方程式为。如果没有装置C，水蒸气会与NO2反应产生NO，造成对NO的来源认识不清。（5）通过上述实验探究过程，可得出装置A中反应产生的气体中含有NO、NO2，根据电子守恒和原子守恒，可得反应的化学方程式是NO2↑＋NO↑＋H2O。

2．（1）2Br－＋Cl2Br2＋2Cl－

（2）吹出单质Br2

（3）吸收尾气 NaOH溶液

（4）H2O2＋2Br－＋2H＋Br2＋2H2O

（5）氧化性：H2O2＞Br2＞H2SO3

（6）①不干扰，无论热空气是否参与氧化H2SO3，只要观察到产生白色沉淀的同时无明显颜色变化，即能证明Br2氧化了H2SO3②H2SO3有剩余（H2O2浓度小或Br－与H2O2反应慢等原因都可）

【解析】（2）吹入热空气的目的是吹出Br2。（6）解题时注意审题，实验现象Ⅱ是A中红棕色明显变浅，B中混合液颜色无明显变化，说明Br2被吹出，在B中与H2SO3发生了反应。

（作者单位：河南省鄢陵县第二高级中学）