化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題如何解答

安徽 湯 偉（特級(jí)教師）

化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題如何解答

安徽 湯 偉（特級(jí)教師）

化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題能夠較好地考查考生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，是考查考生學(xué)科素養(yǎng)的較好題型，如何解答該類高考題型？下面我們以2016高考試題為例，針對(duì)該類高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題型做出分析，供參考。

1．對(duì)已知物質(zhì)性質(zhì)的探究

該類試題注重考查考生能否將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。解答該類試題的關(guān)鍵點(diǎn)是需要熟識(shí)所學(xué)物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)及其性質(zhì)演變出的各種現(xiàn)象。

例題1 （2016全國Ⅱ，28）某班同學(xué)用如下實(shí)驗(yàn)探究Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)。

回答下列問題：

（1）分別取一定量氯化鐵、氯化亞鐵固體，均配制成0．1mol／L的溶液。在FeCl2液中需加入少量鐵屬，其目的是____________________________________________________。

（2）甲組同學(xué)取2mL FeCl2溶液，加入幾滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液變紅，說明Cl2可將Fe2＋氧化。FeCl2溶液與氯水反應(yīng)的離子方程式為_________________。

（3）乙組同學(xué)認(rèn)為甲組的實(shí)驗(yàn)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，該組同學(xué)在2mL FeCl2溶液中先加入0．5mL煤油，再于液面下依次加入幾滴氯水和l滴KSCN溶液，溶液變紅，煤油的作用是______________________________________________________。

（4）丙組同學(xué)取10mL 0．1mol／L KI溶液，加入6mL 0．1mol／L FeCl3溶液混合。分別取2mL此溶液于3支試管中進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

①第一支試管中加入1mL CCl4充分振蕩、靜置，CCl4層呈紫色；

②第二只試管中加入1滴K3［Fe（CN）6］溶液，生成藍(lán)色沉淀；

③第三支試管中加入1滴KSCN溶液，溶液變紅。

實(shí)驗(yàn)②檢驗(yàn)的離子是________（填離子符號(hào)）；實(shí)驗(yàn)①和③說明：在I－過量的情況下，溶液中仍含有________（填離子符號(hào)），由此可以證明該氧化還原反應(yīng)為________。

（5）丁組同學(xué)向盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液，溶液變成棕黃色，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________；一段時(shí)間后，溶液中有氣泡出現(xiàn)，并放熱。隨后有紅褐色沉淀生成。產(chǎn)生氣泡的原因是_________________________；生成沉淀的原因是_________________________（用平衡移動(dòng)原理解釋）。

【解析】（1）亞鐵離子具有較強(qiáng)的還原性，能被空氣中的氧氣氧化，所以在配制的FeCl2溶液中加入少量鐵屬的目的是防止Fe2＋被空氣中氧氣氧化；（2）Cl2可將Fe2＋氧化成鐵離子，自身得電子生成氯離子，反應(yīng)的離子方程式為；（3）防止空氣中的氧氣將Fe2＋氧化，產(chǎn)生干擾，所以煤油的作用是隔絕空氣；（4）根據(jù)Fe2＋的檢驗(yàn)方法，向溶液中加入1滴K3［Fe（CN）6］溶液，生成藍(lán)色沉淀，一定含有亞鐵離子；則實(shí)驗(yàn)②檢驗(yàn)的離子是Fe2＋；碘易溶于CCl4，在CCl4中呈紫色，F(xiàn)e3＋遇KSCN溶液顯血紅色，實(shí)驗(yàn)①和③說明Fe3＋與I－間的反應(yīng)為可逆反應(yīng)；（5）盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液，溶液變成棕黃色，說明產(chǎn)物中有Fe3＋，反應(yīng)為H2O2＋；反應(yīng)一段時(shí)間后，溶液中有氣泡出現(xiàn)，并放熱，說明雙氧水分解產(chǎn)生氧氣，且該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而Fe3＋水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，因?yàn)榉懦龅臒岽偈沽薋e3＋水解正向進(jìn)行，生成了較多的氫氧化鐵，從而產(chǎn)生沉淀。

【答案】（1）防止Fe2＋被氧化

（3）隔絕空氣（排除氧氣對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響）

（4）Fe2＋Fe3＋可逆反應(yīng)

2．對(duì)未知產(chǎn)物的探究

通過化學(xué)反應(yīng)原理猜測(cè)可能生成哪些物質(zhì)，對(duì)這些物質(zhì)逐一進(jìn)行檢驗(yàn)來確定究竟含有哪些物質(zhì)。正確解答此類試題的關(guān)鍵是把握反應(yīng)原理，根據(jù)現(xiàn)象和原理猜測(cè)要科學(xué)、全面。

例題2 （2016全國Ⅰ，26節(jié)選）氮的氧化物（NOx）是大氣污染物之一，工業(yè)上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2，某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)NH3與NOx反應(yīng)進(jìn)行了探究。

回答下列問題：

（2）氨氣與二氧化氮的反應(yīng)

將上述收集到的NH3充入注射器X中，硬質(zhì)玻璃管Y中加入少量催化劑，充入NO2（兩端用夾子K1、K2夾好）。在一定溫度下按圖示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

______操作步驟____________實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋原因打開K1，推動(dòng)注射器活塞，使X中的氣體緩慢通入Y管中_____________________________________________①Y 管中________②反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________將注射器活塞退回原處并固定，待裝置恢復(fù)到室溫________________________________________________________Y管中有少量水珠生成的氣態(tài)水凝聚打開K2_____________________③________________④__________________

3．對(duì)變化規(guī)律的探究

物質(zhì)性質(zhì)遞變規(guī)律的探究是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的一個(gè)重要內(nèi)容。中學(xué)化學(xué)教材中學(xué)習(xí)了眾多的變化規(guī)律，如同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)規(guī)律，物質(zhì)的酸（堿）性強(qiáng)弱規(guī)律，等等，這些規(guī)律都是通過實(shí)驗(yàn)探究和相關(guān)理論結(jié)合得出的重要結(jié)論，現(xiàn)在它們?nèi)匀皇歉呖济}的一些經(jīng)典情境。解答該類問題的關(guān)鍵點(diǎn)是注意控制變量法應(yīng)用，即在其他條件相同的前提下，只改變一個(gè)條件對(duì)研究對(duì)象的影響規(guī)律。注意：選擇數(shù)據(jù)要有效，且變量統(tǒng)一，否則無法做出正確判斷。

例題3 （2016北京，28）以Na2SO3溶液和不同金屬的硫酸鹽溶液作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，探究鹽的性質(zhì)和鹽溶液間反應(yīng)的多樣性。

試劑_______________實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象___________滴管________試管飽和Ag2SO4溶液Ⅰ．產(chǎn)生白色沉淀Ⅱ．溶液變綠，繼續(xù)滴0．2mol·L－1Na2SO3溶液0．2mol·L－1CuSO4溶液加產(chǎn)生棕黃色沉淀Ⅲ．開始無明顯變化，繼續(xù)滴加產(chǎn)生白色2mL 0．1mol·L－1Al2（SO4）3溶液沉淀

（1）經(jīng)檢驗(yàn)，現(xiàn)象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3。用離子方程式解釋現(xiàn)象Ⅰ：___________________________________。

（2）經(jīng)檢驗(yàn)，現(xiàn)象Ⅱ的棕黃色沉淀中不含SO2－4，含有Cu＋、Cu2＋和SO2－3。

①用稀硫酸證實(shí)沉淀中含有Cu＋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_____。

②通過下列實(shí)驗(yàn)證實(shí)，沉淀中含有Cu2＋和SO2－3。

a．白色沉淀A是BaSO4，試劑1是________。

b．證實(shí)沉淀中含有Cu2＋和SO2－3的理由是__________。

（3）已知：Al2（SO3）3在水溶液中不存在。經(jīng)檢驗(yàn)，現(xiàn)象Ⅲ的白色沉淀中無SO2－4，該白色沉淀既能溶于強(qiáng)酸，又能溶于強(qiáng)堿，還可使酸性KMnO4溶液褪色。

①推測(cè)沉淀中含有SO2－3和________。

②對(duì)于沉淀中亞硫酸根的存在形式提出兩種假設(shè)：i．被Al（OH）3所吸附；ii．存在于鋁的堿式鹽中。對(duì)假設(shè)ii設(shè)計(jì)了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了假設(shè)ii成立。

a．將對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案補(bǔ)充完整。

步驟一：

步驟二：________（按上圖形式呈現(xiàn)）。

b．假設(shè)ii成立的實(shí)驗(yàn)證據(jù)是______________________。

（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)，亞硫酸鹽的性質(zhì)有________。鹽溶液間反應(yīng)的多樣性與________有關(guān)。

【解析】（1）根據(jù)現(xiàn)象Ⅰ中的白色沉淀是Ag2SO3，可以得出離子方程式為↓；（2）根據(jù)信息Cu＋的相關(guān)性質(zhì)，可以得出加入酸后會(huì)有紅色固體銅洗出；確認(rèn)白色沉淀為硫酸鋇，一般選取鹽酸和氯化鋇試劑檢驗(yàn)，即試劑1是鹽酸酸化的BaCl2溶液；證實(shí)沉淀中含有Cu＋和SO2－3的理由是棕黃色沉淀與KI溶液反應(yīng)生成白色沉淀（CuI），證明含有Cu＋，白色沉淀A為硫酸鋇，證明含有SO2－3；（3）①根據(jù)題意可知實(shí)驗(yàn)Ⅲ的白色沉淀中無SO2－4，該白色沉淀既能溶于強(qiáng)酸，又能溶于強(qiáng)堿，還可使酸性KMnO4溶液褪色，則①推測(cè)沉淀中含有亞硫酸根和氫氧化鋁。②鋁的堿式鹽與氫氧化鈉反應(yīng)消耗的氫氧化鈉的含量大于氫氧化鋁，所以反應(yīng)應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)定量對(duì)比試驗(yàn)，根據(jù)白色固體消耗氫氧化鈉的量不同來證實(shí)假設(shè)ⅱ成立，即V1明顯大于V2，可說明沉淀中亞硫酸根存在于堿式鹽中。（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)白色沉淀能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明亞硫酸鹽具有還原性，另外亞硫酸根水解呈堿性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象考點(diǎn)鹽溶液間反應(yīng)的多樣性與鹽的性質(zhì)和溶液的酸堿性有關(guān)。

【答案】（1）2Ag＋

（2）①有紅色固體生成 ②a．HCl和BaCl2溶液 b．在I－的作用下，Cu2＋轉(zhuǎn)化為白色沉淀CuI，SO2－3轉(zhuǎn)化為SO2－4

（3）①Al3＋、OH－

（4）亞硫酸鹽的溶解性、氧化還原性、在水溶液中的酸堿性 兩種鹽溶液中陰、陽離子的性質(zhì)和反應(yīng)條件

4．對(duì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)的探究

實(shí)驗(yàn)探究中還常常設(shè)計(jì)到一些實(shí)驗(yàn)方案的選取或設(shè)計(jì)，如何正確評(píng)價(jià)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，需要我們能夠從多個(gè)角度分析，解題的關(guān)鍵點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要科學(xué)、簡(jiǎn)約、環(huán)保等。

例題4 （2016海南，17節(jié)選）某廢催化劑含58．2%的SiO2、21．0%的ZnO、4．5%的ZnS和12．8%的CuS。某同學(xué)用15．0g該廢催化劑為原料，回收其中的鋅和銅。采用的實(shí)驗(yàn)方案如下：

回答下列問題：

（1）在下列裝置中，第一次浸出必須用________，第二次浸出應(yīng)選用________。（填標(biāo)號(hào)）

（2）第二次浸出時(shí)，向盛有濾液1的反應(yīng)器中加入稀硫酸，后滴入過氧化氫溶液。若順序相反，會(huì)造成_____________________。濾渣2的主要成分是________________。

【解析】（1）根據(jù)題意，第一次浸出時(shí)會(huì)因?yàn)閆nS與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生有毒H2S氣體，該氣體需要進(jìn)行尾氣的處理，所以選D裝置；第二次反應(yīng)為CuSO4＋S＋2H2O，不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，可以選取裝置A。（2）第二次浸出時(shí)，向盛有濾液1的反應(yīng)器中先加入稀硫酸，后滴入過氧化氫溶液，若順序相反，顯然會(huì)造成H2O2與固體顆粒接觸分解。

【答案】（1）D A （2）H2O2與固體顆粒接觸分解

例題5 （2016四川，9節(jié)選）CuCl廣泛應(yīng)用于化工和印染等行業(yè)。某研究性學(xué)習(xí)小組擬熱分解CuCl2·2H2O制備CuCl，并進(jìn)行相關(guān)探究。

【資料查閱】

【實(shí)驗(yàn)探究】該小組用下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（夾持儀器略）。

請(qǐng)回答下列問題：

（2）實(shí)驗(yàn)操作的先后順序是a→_________→c（填操作編號(hào)）。

a．檢查裝置的氣密性后加入藥品

b．熄滅酒精燈，冷卻

c．在“氣體入口”處干燥HCl

d．點(diǎn)燃酒精燈，加熱

e．停止通入HCl，然后通入N2

（5）反應(yīng)結(jié)束后，取出CuCl產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中含有少量的CuCl2或CuO雜質(zhì)，根據(jù)資料信息分析：

①若雜質(zhì)是CuCl2，則產(chǎn)生的原因是________________。

②若雜質(zhì)是CuO，則產(chǎn)生的原因是_________________。

【解析】本題以熱分解CuCl2·2H2O制備CuCl為載體考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究、化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，解答本題首先要根據(jù)題給資料明確實(shí)驗(yàn)的原理，厘清題給裝置圖中每一個(gè)裝置的作用和相關(guān)反應(yīng)，結(jié)合CuCl2·2H2O、CuCl易水解，CuCl易被氧化的性質(zhì)知實(shí)驗(yàn)過程中要注意防止空氣的干擾，確定裝置的連接順序；針對(duì)問題（5），要根據(jù)雜質(zhì)的成分結(jié)合題給資料分析雜質(zhì)產(chǎn)生的原因。

【答案】（2）c d b （5）①加熱時(shí)間不足或溫度偏低②通入HCl的量不足

（作者單位：安徽省靈璧中學(xué)）