高考化学实验的复习和探究型实验题的解题策略教育

高考化学实验的复习和探究型实验题的解题策略教育

‎2011年黄山市化学学科高考研讨会 高考化学实验的复习和探究型实验题的解题策略 黄山市徽州一中 程来生 摘要：本文认真分析了近两年安徽省高考理综试卷化学实验题的命题特点，对2011年高考化学实验复习提出了复习方法，并就探究型实验题的解题提出了指导性策略。‎ 化学是一门以实验为基础的自然科学，在历年的高考中化学实验占的比例是比较大的。从这两年安徽自主命题的化学试卷来看，在命题过程中命题者总是在命题思路上求新求异，试题起点高，落点低。重点考查学生的基础实验技能，取得了较好的效果，应该说我省的高考题与全国其它的理综试卷化学部分相比是成功的。作为实验由于受客观条件等因素的限制，各地实验教学差距较大，为体现高考选拔的公平性，实验题的命题基本上是以课程标准、教材和考纲中规定的实验基本操作为基础，将考纲中规定的考点融入其中，并以自主学习、协作学习和探究学习的方式，考查学生的实验技能和知识的综合运用能力。‎ 一、高考实验题的特点 从这两年的高考试卷看，实验题主要分布是一道基本操作类的选择题，这道题主要是考查实验仪器结构、选择和使用，试剂的存放，物质的分离，基本实验原理的应用，这道试题学生主要是观察试卷上的实验仪器及装置要细致，对图中的文字说明要理会，在选择过程中还可以通过对比等方法进行正确选择。再是工艺流程题，工艺流程题实际上是考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决工业生产中实际问题的能力。流程题一般只有两个目的：一是从混合物中分离、提纯某一物质；另一目的就是利用某些物质制备另一物质。而且两方面的内容互相交叉。这两年都在工艺流程题中考查了实验基本操作，2009年考了用pH试纸测定溶液的pH操作、物质成分分析，2010年考了过滤时玻璃仪器的选择、实验现象的分析。综上，工艺流程题主要涉及到的考点有物质的制备、分离和提纯、一定物质的量浓度的溶液配制、离子的检验，方程式的书写和简单的计算等。试卷最后设计了一道探究型实验题，探究型实验题主要考查学生实验的综合能力和科学探究能力，实验中的数据、实验步骤和实验结果经常以图表的形式呈现出来，考查学生分析处理图表的能力，要求学生能提出合理的假设，针对假设，设计出严密的实验方案来验证，并进行正确的推理，得出科学的结论。这两年我省的实验题总分值达到了25分以上。‎ 二、高考化学实验复习 ‎1、回归课本，掌握教材中实验原理、实验操作和实验要求 立足课改教材，命题稳中求变是这几年高考命题特点，就是题在“书本之外，理在教材之中”。因此，要结合《考试说明》学好教材、创造性地使用教材。对教材要整体深化、具体细化、总体升华。‎ 例（2010年高考全国新课标卷(宁夏、黑龙江、吉林)27题）某化学兴趣小组为探究SO‎2‎的性质，按下图所示装置进行实验。‎ 请到答F列问题：‎ ‎（1）装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是 ，其中发生反应的化学方程式为 ；‎ ‎（2）实验过程中，装置B、C中发生的现象分别是 、 这些现象分别说明SO‎2‎具有的性质是 和 ；装置B中发生反应的离子方程式为 ；‎ ‎（3）装置D的目的是探究SO‎2‎与品红作用的可逆性，请写出实验操作及现象 ；‎ ‎（4）尾气可采用 溶液吸收。‎ ‎【解析】(1)装置A是实验室制取SO‎2‎的发生装置，A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是蒸馏烧瓶，其中发生反应的化学方程式为：‎Na‎2‎SO‎3‎‎+H‎2‎SO‎4‎浓=Na‎2‎SO‎4‎+SO‎2‎↑+H‎2‎O ‎(2)A中反应生成的SO‎2‎2在B中会使KMnO‎4‎溶液由紫红色变为无色，装置B中发生反应的离子方程式为‎5SO‎2‎‎+2MnO‎4‎‎-‎+2H‎2‎O=2SO‎4‎‎2-‎+2Mn‎2+‎+4‎H‎+‎，这说明SO‎2‎具有还原性；装置C中生成硫单质，现象为无色溶液出现黄色浑浊，说明SO‎2‎又具有氧化性。‎ ‎(3)‎ ‎SO‎2‎还具有漂白性，可使品红溶液褪色，但SO‎2‎的漂白是不稳定的，物质受热会恢复原来的颜色，表现为可逆性。装置D的目的是探究SO‎2‎与品红作用的可逆性，请写出实验操作及现象：品红溶液褪色后，关闭分液漏斗活塞，点燃酒精灯加热，溶液恢复红色。‎ ‎(4)尾气为SO‎2‎酸性气体，可用NaOH溶液吸收。‎ ‎【答案】 (1)蒸馏烧瓶 Na‎2‎SO‎3‎‎+H‎2‎SO‎4‎浓=Na‎2‎SO‎4‎+SO‎2‎↑+H‎2‎O (2)溶液由紫红色变为无色，无色溶液出现黄色浑浊、还原性和氧化性‎5SO‎2‎‎+2MnO‎4‎‎-‎+2H‎2‎O=2SO‎4‎‎2-‎+2Mn‎2+‎+4‎H‎+‎ ‎ ‎(3)品红溶液褪色后，关闭分液漏斗活塞，点燃酒精灯加热，溶液恢复红色 (4)NaOH 人教版新教材必修1、必修2、选修3、选修4和选修5中含有的实验约63个，与实验相关的科学探究约22个，与实验相关的实践活动3个，总共约83个。这些实验涵盖了实验基本操作、物质的制备、检验、分离和提纯等知识，涉及的常用仪器有20余种。在后阶段复习过程中，教师要认真精读所有的实验，准确把握实验要领，分析实验结果，对实验进行深层次的探究，引领学生深入理解实验原理，掌握实验基本操作方法和常用仪器的使用方法，将量筒、滴定管、容量瓶、温度计、天平等量具的使用整理出详实的资料供学生浏览，在教学复习过程中，充分利用课本中的实验引领学生探究。深挖实验素材，‎ 如必修2第四章中的实验4-1铝热反应和实验4-2海带中碘的检验，这里面就有大量的实验素质值得我们进行探究，铝热反应后得到的物质成分的探究，海带灰中的Mg‎2+‎、SO‎4‎‎2-‎等离子的检验，海带中碘的含量测定。细读重点实验，如一定物质的量浓度溶液的配制、中和滴定等实验必须认真细致研读，特别是对实验误差的分析。再如银镜反应和醛与新制的氢氧化铜反应的实验中银氨溶液配制和氢氧化铜的制取以及淀粉、蔗糖水解产物的检验，这些实验的操作顺序对实验结果都会产生影响。‎ ‎2、温习课本实验，提高实验复习效率 距高考也就70天的时间了，对于实验来说，已经无法将很多实验重复再做了，就是再做也不一定能提高学生实验题的得分，复习从现实来说就是追分，因此我们教师要将课本上的所有实验要进行一次全面的疏理，整合实验素材，为学生提供一些可探究的问题或由学生自己提出问题，组织学生进行实验设计，再通过交流研讨评价，确定最佳实验方案。教师同时可以整理多媒体素材，利用现代教育技术手段演示。在复习过程中更需要将基本理论与实验进行整合，在化学理论和化学原理复习中善于发现实验素材。但切忌盲目地提出一些既不科学又脱离实际和考纲的实验。‎ ‎3、规范实验答题，提高实验题得分 实验题失分的一个重要因素在于答题语言不规范、不严密、不简洁、不科学，出现错别字，每年高考在这方面失分的考生不在少数。如“平衡向正反应方向移动”表述为“反应向正反应方向进行”，“无明显现象”答成“无现象”，“滴入几滴溶液”写成“加入少量溶液”或没有体现量的多少。解决这一问题的最佳方法是多看试卷的参考答案，教师在上课或试题分析后要向学生提供规范的表述，特别是在要求表述实验过程、实验现象、实验结论时，要认真斟酌。实验题审题要细，要认真细致观察实验装置和图表，特别是图旁备注的文字以及图象中不易察觉的线条，分析试题中的装置与教材中或已经做过的题目中有什么不同，始终牢记和紧扣实验目的和假设，弄清试题的要求，提高从试题中快速获取有效信息和处理信息的能力。注意试题稳中有变，常考常新，如中和滴定实验是今年新增的考点，要注意氧化还原滴定法、反滴定法与中和滴定实验的联系，切忌一看这题做过的，结果一出来就发现与平时做的题目是有区别的，这是考生常犯的错误。新教材中增加的实验不能遗漏，如选修4中的实验2-5 Cr‎2‎O‎7‎‎2-‎‎+H‎2‎O⇌2CrO‎4‎‎2-‎+2‎H‎+‎的平衡移动实验、氯化铁水解条件的探究实验等。‎ 三、探究型实验题解题策略 ‎（一）探究型实验题的设计思路 提出假设 ‎→实验探究 →‎得出结论 ‎1、准确地把握实验目的 ‎ ‎2、利用已学知识，分析如何实现这个目的－－实验原理 ‎3、结合实验材料，初步确定设计对策－－实验方案 ‎（二）探究型实验题设计的类型及解法 ‎1、未知产物的探究 ‎【例1】某课外兴趣小组为了探究铁与硫在隔绝空气的条件下反应所得固体M的成分，设计了如右图装置。倾斜A使稀硫酸(足量)与固体M充分反应，待反应停止后，B装置增重，C装置中溶液无变化，反应后进入量气管气体的体积为V mL（已折算成标准状况），由上述实验事实可知：‎ ‎（1）固体M中一定有的物质是 （填化学式）,理由是 。‎ ‎（2）B装置的名称是 。写出B装置 中反应的离子方程式 。‎ ‎（3）C装置的作用是 ，如果实验中没有B装置，则C装置中产生的现象 。‎ ‎（4）稀硫酸和固体M反应后溶液中还残留淡黄色固体，该固体是 ，要分离出该固体，在实验操作中，除烧杯外还需要用到的玻璃仪器是 。‎ ‎（5）通过进一步实验，测得固体M中各种成分的质量之和小于反应前铁粉和硫粉的质量之和，产生这种现象的原因可能是 。‎ a．M中有未反应的铁和硫 ‎ b．测定气体体积时水准管的水面高于量气管的水面 c．A中留有反应生成的气体 ‎ d．气体进入D装置前未用浓硫酸干燥 ‎【反思】通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质一一的检验来推测出究竟含有哪些物质。虽然探究性实验主要考察学生的探究能力，但在问题的设置上常常包含了对实验基础知识 的考查比如：常见物质分离提纯方法：结晶法、蒸馏法、过滤法、升华法、萃取、渗析法等。2、常见气体的制备、净化、干燥、收集方法。熟悉重点操作：（1）气密性检查；（2）量气操作；（3）防倒吸、防污染操作。‎ ‎2、物质成分的探究 ‎【例2】工业碳酸钠由于生产过程中原料盐和工艺等原因，常会含有Na2SO4、NaCl中的一种或两种杂质。现有工业碳酸钠样品，某化学研究性学习小组就工业碳酸钠中含有这两种杂质进行探究。实验室有以下仪器和试剂可供使用： ‎ 仪器：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹； ‎ 试剂：1.0mol·L-1 H2SO4、1.0mol·L-1 HNO3、1.0mol·L-1 HCl、NaOH稀溶液、0.1mol·L-1 AgNO3、0.1mol·L-1 BaCl2、0.1mol·L-1 Ba(NO3)2、蒸馏水。以下是部分探究过程： ‎ ‎（1）提出假设：根据题意，工业碳酸钠中含有的杂质有 种可能的情况。‎ ‎（2）设计实验方案：基于工业碳酸钠中两种杂质均存在这一假设，设计出实验方案。 ‎ ‎（3）根据（2）的实验方案，进行实验。请在表格中写出实验操作步骤、预期的现象及结论。‎ ‎（1）提出假设：根据题意，工业碳酸钠中含有的杂质有 种可能的情况。‎ ‎（2）设计实验方案：基于工业碳酸钠中两种杂质均存在这一假设，设计出实验方案。‎ ‎（3）根据（2）的实验方案，进行实验。请在表格中写出实验操作步骤、预期的现象及结论。‎ 编号 实验操作 预期现象和结论 ‎①‎ 取少许样品于试管中，加蒸馏水溶解。向试管中加足量的‎1.0mol·L‎-1‎ HNO‎3‎（或加入‎1.0mol·L‎-1‎ HNO‎3‎至溶液中不再有气体放出为止）‎ 有气体产生，说明样品中含有Na‎2‎CO‎3‎ ‎ ‎②‎ 向试管中加入‎0.1mol·L‎-1‎ Ba(NO‎3‎)‎‎2‎溶液。若有沉淀产生，继续加入‎0.1mol·L‎-1‎ Ba(NO‎3‎)‎‎2‎溶液至过量。‎ 有沉淀产生，则含Na‎2‎SO‎4‎ ‎ ‎③‎ 将试管静置片刻后，取上层清液于另一支试管中，加入‎0.1mol·L‎-1‎ AgNO‎3‎溶液。‎ 有沉淀产生，则含NaCl ‎ ‎【反思】通过可能的组成方式合理猜想，设计具体的实验方案来验证对应的猜想。设计中既包含了对实验基础知识 的考查，又要考虑实验设计的科学性、安全性、简约性、可操作性。对于物质性质掌握的熟练程度是解题的关键，这种探究题要与元素化合物知识有机的联系起来。 ‎ ‎3、物质性质的探究 ‎【例3】某学生按图示方向将A装置与下面所示装置相连 ，设计如下实验，请帮助完成实验报告。‎ ‎（一）实验目的：研究铁与浓硫酸的反应 ‎（二）实验药品：铁钉、浓硫酸、酸性高锰酸钾溶液、品红溶液、氧化铜、硫酸铜溶液 ‎（三）实验步骤：‎ 实验内容和步骤 实验现象 结论 ‎①连接好装置并检查气密性 ‎ ‎——‎ ‎——‎ ‎②将铁钉加入到烧瓶中，在向其中滴加浓硫酸 ‎ 未见明显现象 铁遇冷的浓硫酸发生钝化 ‎ ‎③先点燃A再点燃G处酒精灯 ‎ 片刻后烧瓶中溶液有颜色变化，并有气泡产生。‎ 铁表面的氧化物被破坏并发生反应，溶液有Fe3+生成，并伴随有SO2气体产生。 ‎ ‎（四） 问题探究：‎ 该学生在实验过程中，观察到D装置中溶液颜色逐渐变浅，E装置中溶液颜色未见明显变化，再过一段时间后，G装置中氧化铜粉末由黑色转变为红色，气球H逐渐鼓起，此时E装置中溶液颜色仍未明 显变化。‎ ‎⑴ G装置中氧化铜由黑变红，请结合化学方程式说明原因是 。‎ ‎⑵ 为证明铁钉与浓硫酸在不加热时是否发生反应，可采用的方法是 。‎ 对比实验：取两根无锈铁钉，一根放置在冷的浓硫酸浸泡一段时间后，一根不做任何处理；然后将两根铁钉分别置于等浓度的硫酸铜溶液中，观察铁钉表面是否有红色物质析出：若在冷的浓硫酸中浸泡过的铁钉上没有红色物质析出，则表明在不加热时，铁钉与浓硫酸发生反应，否则铁钉与浓硫酸不发生反应。‎ 该学生在实验过程中，观察到D装置中溶液颜色逐渐变浅，E装置中溶液颜色未见明显变化，再过一段时间后，G装置中氧化铜粉末由黑色转变为红色，气球H逐渐鼓起，此时E装置中溶液颜色仍未明 显变化。‎ ‎⑴ G装置中氧化铜由黑变红，请结合化学方程式说明原因是 。‎ ‎⑵ 为证明铁钉与浓硫酸在不加热时是否发生反应，可采用的方法是 。‎ 对比实验：取两根无锈铁钉，一根放置在冷的浓硫酸浸泡一段时间后，一根不做任何处理；然后将两根铁钉分别置于等浓度的硫酸铜溶液中，观察铁钉表面是否有红色物质析出：若在冷的浓硫酸中浸泡过的铁钉上没有红色物质析出，则表明在不加热时，铁钉与浓硫酸发生反应，否则铁钉与浓硫酸不发生反应。‎ ‎【反思.】在探究过程中往往可以通过对比实验，即设置几组平行实验来对照，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。无论是无机物、还是有机物性质的探究，都必须在牢牢掌握元素化合物知识的基础上，大胆猜想，细心论证，脱离了元素化合物知识孤立的看实验问题是不科学的。只有灵活运用已有的元素化合物知识，就能变探究性实验为验证性实验，使复杂问题简单化。‎ ‎4、化学反应原理的探究 ‎【例4】某研究性学习小组为了探索镁粉与溴水反应的机理，做了如下四组实验：‎ ‎（1）将镁粉投入冷水中，未见任何现象；‎ ‎（2）将镁粉放入溴水中，观察到只是开始时产生极少量的气泡，但溴水的颜色逐渐褪去；‎ ‎（3）将镁粉放入液溴中，未观察到任何明显现象；‎ ‎（4）向含足量镁粉的液溴中滴加几滴水，观察到溴的红棕色很快褪去。‎ 则下列关于镁与溴水的反应机理的论述中正确的是（ ）‎ A 镁粉只能直接与溴水中的溴反应 B 水是镁粉与溴发生反应的催化剂 C （2）中产生的极少量气泡是由于镁粉与水反应得到 D 镁粉与溴水中的H+发生反应，导致平衡移动使溴水褪色 ‎【变式】在溴水中加入镁粉，溴水褪色。对于褪色的原因，甲认为是溴溶于水后，溴和水发生了可逆反应:Br2+H2OHBr+HBrO 当向溴水中加入镁粉之后，则发生以下两种反应： ‎ ‎ Mg+2HBr=MgBr2＋H2↑ ‎ ‎ Mg+2HBrO=Mg(BrO)2+H2↑‎ 由于上述反应的发生，使溴水中的平衡向正反应方向移动，从而使溴水褪色。乙认为，镁是活泼金属，在溴水中存在大量的溴，应该是溴与镁粉直接反应：Mg+Br2=MgBr2，而使溴水褪色。如何设计方案探究甲和乙的解释是否正确？‎ 探究方案：‎ ‎1.在溴水中加入镁粉，立即观察现象，若短时间内有有大量气体产生，则甲的解释正确。若短时间内没有大量气体产生，则乙的解释正确。‎ ‎2.把镁粉加入到溴的四氯化碳溶液中，看溴的四氯化碳溶液是否褪色，若不褪色，说明镁不能与干燥的溴发生反应。若褪色，说明乙是对的。‎ ‎【反思】可见，重大的发现可能就来自于平时的生活中，只要你勤于发现，勇于探究；在对所研究事物或现象的原因未知情况下，根据已有的认识，在观察和实验的基础上，通过对化学事实和现象的归纳、‎ 类比，作出判断性解释或说明，这就是化学中的假说；事实上，在化学发展史上，化学理论的形成和发展就是化学假说不断被提出、证实和证伪的过程。‎ ‎5、对实验方案的探究 ‎【例5】Na2CO3溶液和CuSO4溶液混合后，产生蓝色沉淀，请你推测可能有哪些产物？并设计实验来验证。‎ ‎[提示] 经查资料得知：CuCO3和Cu(OH)2均不带结晶水。 ‎ 假设一： 。 ‎ 假设二： 。 ‎ 假设三: 。‎ 方案一：向洗涤干净并低温烘干的沉淀中加入盐酸，证明生成物中含CuCO3，另取沉淀加热灼烧，检验生成的水，证明生成物中含Cu(OH)2。‎ ‎ ‎ 方案二：将洗涤干净并低温烘干的沉淀直接加热灼烧，将生成的气体依次通过无水硫酸铜、澄清石灰水，检验生成的水或二氧化碳，证明生成物中含Cu(OH)2或CuCO3或两者兼有。 ‎ ‎【思考】装置B、C能否调换位置？该装置有没有不严密之处？‎ ‎【反思.】对实验方案的探究，首先要明确实验目的和要求，然后结合问题运用有关化学知识和实验技能对实验的仪器、步骤、方法进行逐步的分析研究。其中，有关方案的设计要特别明确：首先原理要具有科学性，不能凭空捏造。最后实验装置要简易，操作必须安全可行，效果要明显。‎ 探究性实验习题，充分体现了新课程理念，考察了学生通过化学实验获取化学知识的能力。在探究过程中要力求做到：‎ 获取信息 提出假设 实验探究 得出结论 已有知识 题给信息 整合知识 发散思维 认真分析 抓住关键 细致推敲 排除干扰 ‎（三）探究型实验题的解题技巧 ‎ 紧扣主题：实验路线、方法恰当，实验仪器、试剂简单易得，仪器连接科学，操作顺序规范，实验过程快捷、安全、环保，实验现象明显。 ‎ 联系问题：牢记元素及化合物知识，合理猜测，细心论证，灵活运用元素及化合物知识，变探究为验证，将复杂问题简单化。 ‎ 思维发散：实验目的明确；实验原理科学；实验假设合理；错误操作后果；实验观察全面；结论合理。‎ 总之，探究型实验题一般都具有较大的开放度。新课标下的高考时的胜者，不是复制了多少知识与解题方法的考生，而是创造性地使用知识和方法的强者。为此，在练习上，要学会“一题多解、一题多变、多题同解、错例众评”，同样在实验中也要善于进行归类整合，如气体的制取装置总共就三大类，这是培养思维的一条重要途径。‎