一道原創(chuàng)中考化學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究題評(píng)析

福建省廈門(mén)市翔安第一中學(xué)(361101) 洪茲田 陳女婷

1 原創(chuàng)試題命制

1.1 試題呈現(xiàn)

英國(guó)化學(xué)家瑞利曾通過(guò)以下兩種方法制取氮?dú)?，并測(cè)定其密度。

方法一:將潔凈的空氣通過(guò)如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，收集所得的氣體，測(cè)得其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為1.257 2 g/L。

A B C圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

(1)裝置A中NaOH溶液的作用是除去空氣中的二氧化碳，該反應(yīng)的化學(xué)方程式________。

(2)裝置B中濃硫酸的作用是________。

(3)裝置C是利用銅絲除去空氣中氧氣，該反應(yīng)的化學(xué)方程式________，所用的銅絲最好繞成螺旋狀，其目的是________，能用于除去空氣中的氧氣且不生成新氣體的物質(zhì)還有________(填名稱)。

(4)方法二中物質(zhì)X化學(xué)式為_(kāi)_______。

(5)工業(yè)上分離液態(tài)空氣可獲得氮?dú)夂脱鯕猓撌聦?shí)________(填“能”或“不能”)證明空氣是混合物。從物質(zhì)的變化上看，利用該法獲得氮?dú)馀c利用方法二獲得氮?dú)獾谋举|(zhì)區(qū)別是________。

兩種方法測(cè)得的氮?dú)饷芏却嬖?.006 4 g/L的差異。瑞利沒(méi)有放過(guò)這一微小的差異，又用笑氣(N2O)、氨、一氧化氮等來(lái)制取氮?dú)?，獲得的結(jié)果仍然一樣。后來(lái)在化學(xué)家拉姆塞的幫助下，經(jīng)過(guò)十幾年的努力，找到了問(wèn)題的癥結(jié)，發(fā)現(xiàn)了稀有氣體氬氣。

(6)亞硝酸鈉和氯化銨、笑氣(N2O)、氨、一氧化氮等均可制得氮?dú)?，因?yàn)樗鼈兘M成的共同點(diǎn)是:________。

(7)瑞利使用的研究方法主要是________(填標(biāo)號(hào))。

a.調(diào)查法

b.實(shí)驗(yàn)法

c.模型法

d.資料檢索法

(8)若操作過(guò)程與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)均無(wú)錯(cuò)誤，且氮?dú)庖呀?jīng)完全干燥。聯(lián)系所學(xué)的空氣成分的相關(guān)知識(shí)回答，相同條件下，方法一制得的氮?dú)獗确椒ǘ频玫牡獨(dú)饷芏却蟮目赡茉?________。

(9)瑞利從小數(shù)點(diǎn)第三位數(shù)的微小差異導(dǎo)致重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，你受到的啟發(fā)是________(填標(biāo)號(hào))。

a.要相信權(quán)威，權(quán)威一定是正確的

b.實(shí)驗(yàn)探究為未知事物的探索提供了依據(jù)

c.科學(xué)研究中遇到疑惑就趁早放棄，不要浪費(fèi)時(shí)間

d.應(yīng)學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度和敢于懷疑的精神

e.實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)微小的差異可以忽略不計(jì)

1.2 參考答案

(1)CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O。

(2)除去空氣中的水蒸氣。

(4)H2O。

(5)能；前者沒(méi)有新物質(zhì)生成，后者有新物質(zhì)的生成。

(6)都含有氮元素。

(7)b。

(8)方法一制得的氮?dú)庵羞€含有密度比氮?dú)獯蟮臍怏w，導(dǎo)致密度偏大。

(9)bd。

1.3 詳細(xì)解析

(2)濃硫酸具有吸水性，通過(guò)濃硫酸的目的是為了除去空氣中的水蒸氣。

(4)根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知參加反應(yīng)的各種原子的種類和個(gè)數(shù)都不會(huì)改變，故物質(zhì)X化學(xué)式為H2O。

(5)分離液態(tài)空氣獲得氮?dú)夂脱鯕鈱儆谖锢碜兓?，說(shuō)明空氣中含有氮?dú)夂脱鯕獾炔煌臍鈶B(tài)物質(zhì)，從而證明空氣是混合物。從物質(zhì)的變化上看，利用該方法獲得氮?dú)鈱儆谖锢碜兓?，沒(méi)有新物質(zhì)生成。而利用方法二獲得氮?dú)鈱儆诨瘜W(xué)變化，有新物質(zhì)生成。

(6)根據(jù)質(zhì)量守恒定律，化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變。亞硝酸鈉和氯化銨、笑氣(N2O)、氨、一氧化氮等均可制得氮?dú)?，因?yàn)樗鼈兘M成上都含有氮元素。

(7)瑞利研究使用的方法是研究者根據(jù)研究目的，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、記錄、分析，揭示出其原因和規(guī)律，得出事物之間有必然聯(lián)系的一種研究方法，屬于實(shí)驗(yàn)法。故選b。

(8)實(shí)驗(yàn)一制得的氣體中除了氮?dú)馔?，還含有密度比氮?dú)獯蟮臍怏w氬氣，而實(shí)驗(yàn)二制得的氣體為純凈的氮?dú)?，故方法一制得的氮?dú)獗确椒ǘ频玫牡獨(dú)饷芏却蟆?/p>

(9)瑞利沒(méi)有放過(guò)兩種方法測(cè)得的氮?dú)獯嬖?.006 4 g/L這一微小的差異，并在化學(xué)家拉姆塞的幫助下，經(jīng)過(guò)十幾年的努力，發(fā)現(xiàn)了稀有氣體氬氣。這使我們了解到，實(shí)驗(yàn)探究能為未知事物的探索提供了依據(jù)，在科學(xué)探究的過(guò)程中不能放過(guò)任何細(xì)節(jié)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)微小的差異應(yīng)認(rèn)真尋找原因，不能輕言放棄。我們應(yīng)學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、敢于懷疑的態(tài)度和不放過(guò)細(xì)節(jié)，堅(jiān)韌不拔的精神。故選bd。

2 命題素材資料

大約在氮?dú)獍l(fā)現(xiàn)的百年之后，英國(guó)化學(xué)家瑞利(Rayleigh,J.W.S.1842—1919)，一方面從空氣中除掉氧氣、二氧化碳、水蒸氣得到氮?dú)?；另一方面將氮化物分解制得氮?dú)?。他把這兩種來(lái)源不同的氮?dú)膺M(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在正常狀態(tài)下前者的密度是1.257 2 g/L，后者的密度是1.250 8 g/L，為什么空氣中的氮?dú)饷芏纫笮┠?？是不是其中還有較重的不活潑氣體？英國(guó)化學(xué)家拉姆塞(Ramsay,W.1852—1916)用燃燒的鎂與空氣中的氮?dú)庾饔?，以除去空氣中的氮，結(jié)果剩下少量的稀有氣體。經(jīng)光譜檢驗(yàn)，證明是一種新的氣體元素叫做氬。后幾年,他用分級(jí)蒸餾法，從粗制的氬中分離出其他3種稀有氣體——氖、氪、氙。1895年，拉姆塞用硫酸處理瀝青油礦，產(chǎn)生一種氣體，用光譜鑒定為氦。由于他先后發(fā)現(xiàn)氦、氖、氪、氬、氙，獲得了1904年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

3 命題內(nèi)容與考試說(shuō)明的對(duì)應(yīng)關(guān)系

本題考查的內(nèi)容領(lǐng)域?yàn)榛瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)與探究，初中學(xué)業(yè)考試大綱指出“科學(xué)探究能力包含提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制訂計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評(píng)價(jià)、表達(dá)與交流等要素”。中考化學(xué)考試說(shuō)明對(duì)“化學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究的能力”提出如下要求:能提出簡(jiǎn)單有價(jià)值的問(wèn)題，并進(jìn)行合理的猜想與假設(shè)；能設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)或改進(jìn)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案；能進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究；能初步分析或處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出合理結(jié)論。具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

表 命題內(nèi)容與考點(diǎn)分析、考試說(shuō)明要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系

4 考查知識(shí)內(nèi)容和能力要求

4.1 考查的知識(shí)內(nèi)容

(1)元素化合物的性質(zhì)。

(2)物質(zhì)除雜或凈化的探究。

(3)空氣的組成及其測(cè)定原理。

(4)物理變化與化學(xué)變化的區(qū)別。

(5)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)。

(6)質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用。

(7)化學(xué)的研究方法。

(8)分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)誤差分析。

4.2 考查的能力要求

本題考查了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)需要掌握的三大能力。

4.2.1 接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力

通過(guò)對(duì)試題提供的文字、實(shí)驗(yàn)裝置圖等文本信息進(jìn)行初步加工和提取實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，整合所學(xué)的“空氣中氧氣含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)”的知識(shí)，深刻理解兩種制取氮?dú)夥椒ǖ幕驹怼?/p>

4.2.2 分析和解決化學(xué)問(wèn)題的能力

考查學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)的元素化合物的性質(zhì)、空氣的組成及其測(cè)定原理等知識(shí)，解釋方法一實(shí)驗(yàn)裝置中所用藥品的作用；能夠運(yùn)用所學(xué)的質(zhì)量守恒定律的知識(shí)推理與判斷物質(zhì)的元素組成和化學(xué)方程式中缺少的化學(xué)式；能夠在理解制取氮?dú)獾膬煞N方法的基礎(chǔ)上，對(duì)兩種方法測(cè)得的氮?dú)饷芏却嬖诘奈⑿〔町愡M(jìn)行分析，并將可能的原因進(jìn)行歸納和表達(dá)。

4.2.3 實(shí)驗(yàn)與探究的能力

考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、物質(zhì)的除雜、混合物分離的方法、初步分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出合理結(jié)論的能力。

5 試題價(jià)值和難度情況分析

從化學(xué)視角出發(fā)，能夠分析和解決化學(xué)問(wèn)題是學(xué)生應(yīng)具備的學(xué)科素養(yǎng)。本題以英國(guó)化學(xué)家瑞利不放棄“兩種方法制取的氮?dú)庠诿芏葦?shù)據(jù)上存在的微小差異”，得出重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)為素材，讓學(xué)生追尋科學(xué)家發(fā)現(xiàn)稀有氣體氬的足跡。試題重點(diǎn)考查了氣體的除雜和分離方法、質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用、元素化合物的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)誤差分析等知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也較好地考查了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力(如讀題、讀圖能力)、思維能力。

試題命題手法新穎，在設(shè)計(jì)上除了實(shí)現(xiàn)相關(guān)考查目標(biāo)外，還有利于引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注化學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的探究精神。本試題起點(diǎn)高、落點(diǎn)和難度適中，較好地體現(xiàn)了中考命題原則中的“科學(xué)性、導(dǎo)向性、基礎(chǔ)性、應(yīng)用性”的思想。