初中化学实验探究题的解题技巧
初中化学实验探究性题体现了素质教育的要求,不仅能考查学生的基本实验技能,还能考查学生对科学探究方法和过程的理解程度,有效检测学生的科学素养,突出了新课标、新教材的特点,代表了教材改革和中考改革的方向,在近几年中考中起到了一定的导向作用,因此此类题在中考中频频出现,且分值相对较高,现已成为中考命题的热点和亮点。从历年的考试中看,初中化学实验探究的题型主要有应用型探究、构建型探究和综合型探究等,涉及的内容主要是:利用控制变量法研究影响化学反应速率的因素、在类似物质的干扰下定性探究物质的组成、利用对比实验法探索化学反应中的异常现象及其发生原因等。为了更好的提高学生对化学实验及探究题的解题能力,本人通过对近几年南京市化学实验及探究题的研究,结合自己在教学实践中改编、设计的一些实验探究题,谈谈这类试题的设计新视角。
一、创新类探究试题
创新类探究试题涉及提出问题、作出猜想或假设、设计实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素。以探究为形式或情景,可考察考生化学基础知识和基本技能,测试考生解决化学问题的思路、过程和方法。
解答探究创新类试题一般步骤是:首先要能根据题干背景
材料
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提出问题,联想到相对应的化学知识。第二,作出猜想或假设时,最重要的是要有科学依据,要从化学的视角作出科学的猜想或假设。第三,设计探究(实验)
方案
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,要围绕寻找特征反应作为论证(肯定或否定)的依据,同时应注意排除其他因素的干扰。第四,对探究问题作出解释与结论时,要通过实验、观察等多种手段获取事实和证据,或通过查阅
资料
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获取的信息,以事实为依据,应用化学原理进行
分析
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推理,不能随意编造,牵强附会。最后,从反应原理是否正确、实验方案是否完善、探究过程是否合理以及经济效益、资源利用、环境保护等方面对探究方案或过程进行反思与评价。探究题一般并不包括所有的探究要素,但上述要求是解答探究性试题的一般思路和方法。 【例】(2016年南京中考)空气中氧气含量测定的再认识。 1
【经典赏析】教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分(实验装置如图1)(该实验中选择使用汞的优点有 。
A(实验过程中没有污染
B(在汞槽中起到液封作用
C(生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气
D(能将密闭装置内空气中的氧气集合耗尽
【实验回顾】实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量(装置如图2),写出红磷燃烧的化学方程式 。兴趣小组用该方法测出的氧气含量常常远低于21%。
【提出问题】用红磷燃烧的方法为什么不能准确地测定空气中氧气的含量, 【进行猜想】(1)装置漏气;(2) 装置内氧气有剩余;
……
【实验与交流】在老师的指导下,小明分别用过量的红磷和白磷进行该实验,用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度分别为8.85%和3.21%,请从燃烧条件的角度回答产生上述结果的主要原因 。
【实验探究1】小明根据铁生锈的原理,探究用铁能否准确测定空气中氧气的含量,于是进行了实验(装置如图3)通过7天测得的数据计算空气中氧气的含量为19.13%。
【交流与反思】与用红磷燃烧的方法相比,用铁丝生锈的方法测定的主要优点及原因: 。
【实验探究2】为了加快反应速率,小明通过查阅资料,利用铁粉、炭粉、氧化钠等物质又进行了实验(装置如图4),8分钟后测得的数据如表:
实验前的体积 实验后的体积
集气瓶内空气 烧杯内蒸馏水 烧杯内剩余蒸馏水
131mL 90.0mL 63.6mL
请计算出空气中氧气含量 (计算结果保留一位小数)。
【结论与反思】通过上述实验探究,选 (填物质名称)进行实验,可较为快速地完成实验并减小实验误差。
【拓展延伸】铜也能与空气中氧气、水、二氧化碳反应而锈蚀,生成铜绿[铜绿的主要成分为Cu(OH)CO],若将图3装置中的粗铁丝换成足量的铜丝进行实验,请判断能否比较223
准确地测定空气中氧气的含量,并说明理由。 【考点】测定空气里氧气含量的探究。
【分析】【经典赏析】根据使用汞的优点进行分析解答,
【实验回顾】根据磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷解答,
【进行猜想】根据本探究实验一般要注意以下几点:?装置的气密性好,?所用药品红磷的量~必须是足量,?读数时一定要冷却到原温度,?生成物的状态一般要求是固态等(
【实验与交流】根据白磷的着火点比红磷的着火点低解答,
【交流与反思】根据用铁丝生锈的方法测定的主要优点装置内残留的氧气更少~实验结果更准确解答,
【实验探究2】根据烧杯内蒸馏水减少的体积为氧气的体积解答,
【结论与反思】根据题中信息分析解答,
【拓展延伸】根据生成铜绿的条件解答。
【解析】
【经典赏析】
教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分,实验装置如图1,(该实验中选择使用汞的优点有在汞槽中起到液封作用,生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气,能将密闭装置内空气中的氧气集合耗尽~故选BCD,
【实验回顾】磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷~反应的化学方程式为:4P+5O2PO, 225
【进行猜想】实验中所取的红磷不足,或实验前没有夹弹簧夹、实验装置可能未冷却就打开弹簧夹等,,
【实验与交流】小明分别用过量的红磷和白磷进行该实验~用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度分别为8.85%和3.21%~请从燃烧条件的角度回答产生上述结果的主要原因。故答:白磷的着火点比红磷的着火点低,
【交流与反思】铁丝在水、氧气的条件下很容易生锈~与用红磷燃烧的方法相比~用铁丝生锈的方法测定的主要优点及原因:装置内残留的氧气更少~实验结果更准确, 【实验探究2】烧杯内蒸馏水减少的体积为氧气的体积=90mL,63.6mL=26.4mL 空气中氧气含量=100%?20.2%
【结论与反思】
通过上述实验探究~选择铁粉、炭粉、氧化钠和蒸馏水或白磷等物质进行实验~可较为快速地完成实验并减小实验误差。
【拓展延伸】铜也能与空气中氧气、水、二氧化碳反应而锈蚀~生成铜绿[铜绿的主要成分为Cu,OH,CO]~若将图3装置中的粗铁丝换成足量的铜丝进行实验~不能比较准确地223
测定空气中氧气的含量~因为空气中二氧化碳含量约只有0.03%~铜不能将装置中的氧气几乎耗尽。
二、实验方案的设计与评价
1(实验方案的设计
实验方案的设计以选择题、填空题和实验探究题形式出现,要求根据实验目的,对实验过程中的用品、方法、步骤等进行方案的制定。
(1)设计实验方案的原则
?科学:实验原理正确,实验流程合理。
?简约:在实验设计时,实验材料容易获得,实验装置比较简单,实验操作过程比较简便,实验步骤比较少,实验时间比较短。
?可行:符合一般实验条件,易达到目的要求,操作正确。
?安全:如点燃可燃性气体前要先检验气体的纯度,以防发生爆炸。
?经济:实验设备、实验原料、消耗的能源花费少。
?环保:如进行有毒气体的性质实验时,应注意尾气的处理等。
(2)实验步骤
根据实验目的、结合实验原理?确定实验装置和药品?制定实验操作步骤?进行实验?观察实验现象?得出结论。
【例2】(2015年无锡中考)下列实验方案不合理的是( )
A(用观察颜色的方法鉴别磷矿粉和硝酸钾
B(用植物的花瓣制作指示剂,检验溶液的酸碱性
C(用水鉴别NHNO、Na0H、NaCl三种固体 43
D(用FeSO溶液、Cu和Ag比较Fe、Cu和Ag的金属活动性 4
【考点】化学实验方案设计与评价,金属活动性顺序及其应用,酸碱指示剂及其性质,化肥的简易鉴别,酸、碱、盐的鉴别。
【分析】A(根据磷矿粉是灰白色的~硝酸钾是白色的晶体~进行分析判断。
B(根据某些植物的花瓣中含有能够遇酸碱会变色的物质分析判断。
C(根据三种物质与同种试剂反应产生的不同现象来鉴别它们~若两种物质与同种物
质反应的现象
相同~则无法鉴别它们。
D(根据金属活动性顺序~验证金属的活动性顺序是否合理~可根据“反应则活泼~
不反应则不活
泼”进行分析判断~通过分析方案所能得到的结论~确定是否能得出Fe、Cu和Ag三种金属的活动性顺序。
【解析】A(磷矿粉是灰白色的~硝酸钾是白色的晶体~用观察颜色的方法可以鉴别磷矿粉
和硝酸钾~故
选项实验方案合理。
B(某些植物的花瓣中含有遇酸碱会变色的物质~可检验溶液的酸碱性~故选项实验方案合理。
C(NHNO溶于水吸热~氢氧化钠溶于水放出大量的热~氯化钠溶于水温度几乎无变化~43
可以鉴别~故选项实验方案合理。
D(Cu和Ag与FeSO溶液均不反应~说明了活动性铁,铜~铁,银~但无法确定银和铜的4
活动性强弱~故选项实验方案不合理。
故选:D。
【点评】本题难度不是很大~化学实验方案的设计是考查学生能力的主要类型~同时也是实验教与学难点~在具体设计时要对其原理透彻理解~可根据物质的物理性质和化学性质结合实验目的进行分析判断。
2(实验方案的评价
实验方案的评价一般以选择题、填空题和实验探究题形式出现,要求从某一角度或几个方面对实验方案进行评价,排除不合理的或不够优化的方案。
(1)实验方案的评价是指用批判的思想对题中所设计的实验方案、实验步骤、实验装置、现象描述、结论分析等方面进行否定或指出不合理的地方,从而使实验得到优化。
(2)原则
?化学反应原理是否正确。
实验操作方法是否可行。 ?
?是否经济合理。
?推理过程是否严密。
?对环境是否会产生危害等。
【例3】(2014绍兴中考)实验小组的同学向盛有2mL稀硫酸的试管中加入2mL氢氧化钠溶液,未观察到明显现象。
【提出问题】两者是否发生了化学反应,
【实验探究】将盛有上述实验混合液的试管标为?,如图甲。
小华:测得实验所用稀硫酸pH,7,试管?中溶液pH,7,于是得出结论:________。
小敏:取两支试管,编号为?和?,分别加入稀硫酸和试管?中溶液各2mL,逐滴滴加NaCO溶液至过量,实验过程与现象如图乙,由此他得出了与小华一样的实验结论。 23
【反思评价】小军认为小敏在实验设计中存在不够严密的地方,请帮他指出:________________________________________________________________________。
【交流讨论】试管?溶液中有哪些溶质,同学小孟分析了两位同学的实验过程,一致认为没有HSO,其理由是________。在此基础上同学小孟提出两种推理: 24
推理1:含有NaSO、NaCO和NaOH 2423
推理2:含有NaSO、NaCO。 2423
【解析】
【实验探究】小华测得实验所用稀硫酸pH,7~试管?中溶液pH,7~酸碱度发生了较大的改变~说明稀硫酸与氢氧化钠发生了化学反应,
【反思评价】小敏:取两支试管~编号为?和?~分别加入稀硫酸和试管?(显碱性)中溶液各2mL~逐滴滴加NaCO溶液至过量~稀硫酸与碳酸钠溶液反应产生气泡~试管?(显23
碱性)与碳酸钠溶液反应无气泡产生~说明试管?中的全部溶液与2mL稀硫酸作对比实验~因此实验设计不严密~因为试管?和?需要保证里面的硫酸量是相同的(假设硫酸和氢氧化
钠没发生反应)~如果两者没有发生反应~试管?中的全部溶液才含有2mL硫酸~因此该实验应该用试管?中的全部溶液与2mL稀硫酸作对比实验,
【交流讨论】试管?中的溶液pH,7~显碱性~试管?中滴入碳酸钠溶液无气泡产生~说明不含HSO。 24
【例4】(2015年株洲中考)甲、乙两同学在学完酸的化学性质后,做了如下实验:
【观察与讨论1】甲同学在做实验时观察到的明显现象是 。再滴加无色酚酞溶液,无明显现象(已知CaCl溶液呈中性)。 2
【观察与讨论2】乙同学在做实验时开始没有观察到气泡产生,于是对碳酸钠能否与盐酸反应表示怀疑。甲同学通过查阅资料得知:在碳酸钠溶液中滴加少量稀盐酸,先发生反应NaCO+HClNaCl+NaHCO,继续滴加稀盐酸,再发生反应NaHCO+HClNaCl+HO+CO?。所233322以甲同学认为,乙同学实验时还应 ,才能观察到有气泡产生。
【观察与讨论3】甲同学先将废液缓慢倒入一洁净的废液杯中,乙同学在观察到气泡产生后,也将实验废液缓慢倒入该废液杯中,没有观察到明显现象。经过讨论确定,甲同学的试管中废液含有的溶质一定有 (填化学式,下同),乙同学的试管中废液含有的溶质一定有 。
为了处理实验后产生的废液,甲、乙同学决定对废液杯中最终废液溶质的成分进行探究。
【提出问题】最终废液中含有什么溶质?
【猜想与假设】猜想1:废液中含有 两种溶质。
猜想2:废液中含有 三种溶质。
猜想3:废液中含有NaHCO、CaCl、NaCl三种溶质。 32
【活动与探究】甲、乙同学为了验证猜想,进行了如下实验:
甲同学实验:取少量废液于试管中,向其中滴加盐酸,无气泡产生。
乙同学实验:取少量废液于试管中,向其中滴加紫色石蕊试液,溶液变红色。
【结论与反思】(1)猜想 (填“1”“2”或“3”)正确。
(2)要得到相同的结论,还可采用很多种方法。如加入氧化铁粉末,可观察到溶液呈 色,该反应的化学方程式为 。
【表达与交流】甲、乙同学确认了最终废液中溶质的成分,若直接排放,可能造成的危害是 , 你认为处理该废液的方法
是 。
【解析】
【观察与讨论1】氢氧化钙悬浊液能与稀盐酸发生反应生成氯化钙和水,所以悬浊液变澄清,
【观察与讨论2】由题给信息可知只有加入足量的稀盐酸才能产生气泡,所以需要继续加入稀盐酸,才能观察到有气泡产生,
【观察与讨论3】根据上述讨论可知甲同学的试管中废液含有的溶质一定有CaCl,乙同2学的试管中废液含有的溶质一定有NaCl,
【猜想与假设】如果甲、乙实验中都恰好完全反应,废液中含有CaCl、NaCl两种溶质;2如果盐酸过量,废液中含有CaCl、NaCl、HCl三种溶质, 2
【活动与探究】废液中滴加盐酸,无气泡产生,说明溶液中不含有碳酸氢钠;废液中滴加紫色石蕊试液,溶液变红色,说明溶液中含有氯化氢,
【结论与反思】(1)由以上分析可知,猜想2正确;(2)由于废液中含有稀盐酸,加入氧化铁粉末后能生成黄色的氯化铁溶液,
【表达与交流】含有稀盐酸的废液直接排放,会腐蚀下水道、酸化水体、土壤等;向废液中加入适量的大理石或熟石灰调节成中性再排放。
【小结】 本题是一道能力较高的综合题,以实验探究为背景,考查了化学方程式的书写、实验过程中物质成分的推断等。对考生要求较高,需要掌握牢固的基础知识,综合运用知识分析解决问题的能力,平时加强此类题的训练,掌握解题方法、解题技巧。
当然,化学实验探究题的设计视角还有很多,教师在教学中还可以在知识的跨度、广度、与实际的联系上多综合,在知识的迁移上多思考,在实验的异常现象上多分析,精心挑选素材,从化学学科的基本思想、基本方法入手,以能力立意为核心,突出知识的应用,突出对学习方法、学习能力的考查,调整设问的角度和层次,同时要遵“本”(遵守教材、课程
标准
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)、循纲(考试说明、教学要求),在不超越学生应有的知识和技能的前提下,设计出更新、更有价值的实验探究题,引导学生展开探究,培养学生应用知识解决实际问题的能力。