初三化学实验探究题

1、初中化学实验探究题的设计新视角初中化学实验探究题的设计新视角 2014.3 2014.3 一一. . 注重对化学变化的再思考，设计实证性实验探究题注重对化学变化的再思考，设计实证性实验探究题 1某中学化学兴趣小组在学习了金属与矿物一章后，到实验室中模拟工业炼铁的原理，探究 CO 与 Fe2O3反应后的产物（所用装置如下图所示） 。 【搜集资料】 （1）铁有多种氧化物，常见的有：Fe2O3、FeO（黑色） 、Fe3O4 （其中 Fe 元素化合价为+2、+3） ，都能与稀盐酸反应； （2）通常所说的“加热”一般使用酒精灯，火焰的温度约在 400500；而“高温”一般使用酒精喷灯或煤气灯来实现，温度

2、可达7001000； （3）铁的氧化物的热稳定性顺序是FeOFe3O4Fe2O3。 【提出猜想】Fe2O3全部参加反应后所得固体的成分可能是Fe，FeO，Fe3O4， ，（可不填满， 也可添加） 。 【实验探究】主要步骤如下： 准确称取一定质量纯净的Fe2O3固体和澄清的石灰水并按上图要求进行实验； 观察到管内固体全部变为黑色时停止加热，用磁铁靠近玻璃管，固体能被吸引； 冷却后重新称量玻璃管内的固体以及变浑的石灰水的质量； 取少量反应后的固体倒入试管中，向其中滴入足量的稀盐酸，并适当加热，发现固体逐渐溶解， 溶液呈黄绿色，但自始自终都没有气泡产生； 另取少量反应后的固体倒入试管中，向其中滴入2

3、 mL CuSO4的浓溶液，未见红色固体生成。再用磁 铁靠近试管，发现管内黑色固体仍然能被吸引。 实验所测定的有关数据如下： 实验数据 数据 数据 物质质量 玻璃管内的固体质量（g） B 装置（石灰水和广口瓶）的质量（g） 实验前 3.0 53.0 实验后 2.9 54.6 【实验分析】 （1） 根据步骤， 可确定 Fe2O3固体（填“全部”、 “部分”） 参加了反应， 理由是。 （2）根据步骤，可确定反应后的固体中一定不存在，理由是。 （ 3 ） 实 验 中 的 数 据（ 填 “ ” 或 “ ” ） 不 可 靠 ， 理 由 是。 【实验结论】 该实验中 CO 与 Fe2O3反应后的产物是（提

4、示： 根据可靠的实验数据 进行计算） 。此时发生反应的化学方程式为。 【反思与评价】 （1）步骤中所得溶液中的溶质 为 。 （2）该实验中出现这样的结果可能与哪些因素有关？请提出你的一种猜想。 二二. . 注重对实验方案的再优化，设计定量性实验探究题注重对实验方案的再优化，设计定量性实验探究题 2. 在学习了盐的性质以后，某校化学兴趣小组的同学开展了测定Na2CO3和 NaCl 的固体混合物中 Na2CO3质量 分数的探究实验。他们设计了如下的实验方案： 【方案一】气体分析法。 （1）如右图 1 所示，把 X g 的混合物与足量 稀硫酸反应后，测定产生的CO2气体的体积。 检查该装置的气密性的

5、方法是：。 （2）有同学提出以图 2 代替图 1 中的收集装置，则所测 CO2气体的体 主要缺陷对实验结果的影响 积（填“偏大”、“偏小”、“不变”） ，理由， 你的改进方案 是；广口瓶 内原有的 空气对实验结果（填“有”或“没有”）影响。如果利用 改进后的装置测得 CO2气体的体积为 VmL（此时 CO2气体的密度为 g/mL） ，则原混合物中Na2CO3质量分数的计算式 为。 （3）也有人用图 3 装置测定 CO2的质量（用碱石灰的成分是CaO 和 NaOH 的混合物，可吸收 CO2气体） 。则 图 3 实验装置主要存在哪些缺陷？ ,这些缺陷对实验结果有何影响？ . 【方案二】沉淀分析法（

6、如图4 所示） 。则： （1）沉淀 A 的化学式是，溶液 M 中的溶质的化学式为。 （2）确定CaCl2溶液是否过量的方法 是 。 （3）该固体混合物中Na2CO3的质量分数的计算式 为。 （4）导致测定的结果偏大的原因可能是 。 【方案三】盐酸滴定法（如图5 所示） 。则： （1）“操作 2”的名称是。 （2）根据实验数据计算该固体混合物中Na2CO3的质量分数 为。 三三. . 注重对化学工艺的再分析，设计推理性实验探究题注重对化学工艺的再分析，设计推理性实验探究题 3. 据统计，每年世界上银总消耗量的40%用于感光材料的生产，感光材料经曝光、显影、定影后,黑白片和 彩色片上的银分别达 8

7、0%、100%进入废定影液，所以废定影液中银的含量是十分惊人的。某研究性学习小 组拟对某照相公司的废定影液进行实验处理，回收其中的银和溴（Br2） 。 【相关资料链接】 定影的原理是：定影液中的硫代硫酸钠（Na2S2O3） 跟胶片或相纸上没有感光部分的溴化银（AgBr）固体 反应，生成易溶性的 Na3Ag(S2O3)2 和溴化钠（NaBr） 。 在酸的作用下，Na3Ag(S2O3)2能转化为不溶性的Ag2S。反应原理为： 6HCl+2Na3Ag(S2O3)2=6NaCl+Ag2S+3S+3SO2+H2SO4+2H2O。 废定影液中含有少量溴化银，可用锌将其中的银置换出来。 7 题 四氯化碳是一

8、种有机溶剂，常温下为液体，可溶解液溴，与水和其它无机物不相溶。 【实验流程设计】 【实验问题分析】 （1）步骤所用的盐酸需要稍过量的目的是 ，加入盐酸操作时的要求是。 （2）步骤中所发生的化学反应有（写出反应的化学方程 式） ：、 、 。 （3）“操作”的名称，所用的玻璃仪器有、。 （4）步骤是在空气中灼烧的。该反应的化学方程式：。 如果步骤反应不完全，请你提出一种改进措施。 （5）步骤通入氯气的目的是将NaBr 和 ZnBr2溶液中的 Br 置换出来，试写出NaBr 与氯气反应的化学方程 式，根据金属与盐溶液反应的规律推测出氯气和 液溴的活泼性强弱关系是：液溴氯气（填“大于”、“小于”或“等

9、于”） 。 （6）萃取是一种将互不相溶的液体混合物进行分离的方法，具体操作见右图所示(固定 A 装 置 略 ) ， 其 中A 的 仪 器 名 称 为， 经 萃 取 后 所 得 到 溶 液 的 名 称 为。 （7）操作与从石油中分离各成分原理相同。操作中有一种必要的仪器未画出，它是 ，操作的原理 是。(见上图) （8）尽管该实验后的废液倒入指定的容器中，并回收再利用，但整个实验过程仍不符合环保的要求，其原 因 是。 四四. . 注重对环保热点的再研究，设计应用性实验探究题注重对环保热点的再研究，设计应用性实验探究题 3 4. 在工业生产上规定空气中的二氧化硫的允许排放量不得超过0.02mg/m

10、，否则将危害人类的健康，造成环 境污染。某研究性学习小组欲利用“碘量法”测定某化工厂附近空气中SO2的含量，请你参与并协助他们 完成相关学习任务（部分装置如下图所示） 。 【测定原理】碘溶液吸收SO2的化学反应原理是：SO2 + I2 + 2H2O= H2SO4 + 2HI。 【测定步骤】 先准确称取 2.54mg 粉末状纯碘（I2） ，并称一定量的碘化钾（碘化钾可增大碘在水中的溶解度） ， 加水使之完全溶解，配制成1000mL 碘水，准确量取此溶液5.00mL 并稀释 10 倍，再滴加 23 滴淀 粉指示剂即得所需的碘溶液。 从中量取稀释后的碘溶液5.00mL 并倒入洗气瓶中。量取液体时需要

11、用到的仪器有、 。则该溶液中所含碘的溶质质量分数的为（此时溶液的密度看作为 3 1.0g/cm ） 。 到指定的测试地点抽气，每次抽气100mL，直到反应恰好完全进行为止，记录抽气次数（ n） 。则抽气 时应如何操 作？。 小组的其他同学再到不同地点重复实验4 次（每次所取的 实验同学甲乙丙丁戊 碘溶液均为 5.00mL） 。这样做的目的是。 抽气次数8678758477 5 次实验的抽气次数记录见右表。 【交流讨论】 （1）所配制的碘溶液显色，实验中表明恰好完全反应的现象是。 （2）所配制的碘溶液浓度过浓、过稀都不合理，试分析浓度过浓不合理的原因是：。 （3）研究性学习小组用该方法测定空气中

12、的SO2含量时，所测得的数值比实际含量低，请你对可能的原 因（假设溶液配制、称量或量取及各种读数均无错误）提出一种合理假设：。 （4）实验结束后，该小组成员在相互交流的过程中一致认为实验装置应加以改进，有同学提议：可将插 入碘溶液的管子下端改成具有多孔的球泡（如右图所示） ，有利于提高实验的准确度，其理由是 。 （5）试通过计算说明该工厂附近空气中SO2的含量是否超标？ 巩固练习： 1某化学兴趣小组回收利用废旧干电池。 实验 1 回收填料中的二氧化锰和氯化铵 查阅资料：废旧干电池填料的主要成分为二氧化锰、 炭粉、氯化铵和氯化锌等，其中氯化铵、氯化锌可溶于水。 兴趣小组的同学们设计回收物质的流程

13、如图 12 所示。 （1）操作 1 和操作 2 的名称都是_ _，该操作中玻璃棒的作用是_ _。 （2）灼烧滤渣 l 的目的是_ 。 （3）己知滤液 1 中氯化铵和氯化锌的浓度相近。 在某温度下蒸发滤液 1 时，大量的氯化铵晶体先析出， 说明该温度下氯化铵溶解度_ _氯化锌的溶解度（填“” ） 。 实验 2 利用外壳回收物锌制取氢气及相关探究 （4）用锌和稀硫酸制取氢气。己知氢气密度比空气小且难溶于水，提供装置如图 13 。 应选择：发生装置为_（填编号） ，排空气法收集装置为_（填编号） 。 若用排水法收集并测定气体的体积，气体从装置 B 导管口_ _（填“ a ”或“ b ” ) 进； 选

14、用仪器 F 测量排出水的体积，仪器 F 名称是_ _。 （5）探究影响锌与稀硫酸反应快慢的因素。反应过程中，用前 10 min 内收集的氢气体积比较反应的快 慢。控制其他条件相同，进行下表四组实验，获得数据如下表。 验实 号编 a b c d 试剂 不同纯度的锌 纯锌 含杂质的锌 纯锌 纯锌 前 10 min 内产生 不同体积和浓度的稀硫酸的氢气体积(mL) 30 mL 30 % 30 mL 30 % 30 mL 20 % 40 mL 30 % 564.3 634.7 449.3 602.8 比较实验 a 和实验 b ，可以得到的结论是_ _。 为了研究硫酸浓度对反应快慢的影响，需比较实验_

15、_和实验_ _（填编号） 。 控制其他条件相同，需控制的条件是_ _（例举一种条件即可） 。 2 氯气 （Cl2） 是黄绿色气体， 氯气溶于水部分以 Cl2分子存在于溶液中， 部分与水反应 Cl2H2OHClHClO。 产物中，次氯酸 HClO 是一种弱酸。氯气溶于水所得溶液称为氯水。把品红试纸（染有品红颜料的滤纸） 放入氯水中，品红试纸褪色。下图是实验室制取氯气的成套装置图，请填空： X 饱和 食盐水 浓硫酸 蒸馏水 仪器 X 的名称是：。 从反应物的状态和反应条件看，装置甲属于型气体发生装置。 氯气在装置丁中被收集，其收集方法为，装置戊中可得到氯水。 晓红对“氯水使品红试纸褪色”产生兴趣，

16、她所在的学习小组进行了如下探究，请你一起来完成： 【提出问题】氯水中的什么成分使品红试纸褪色？ 【猜想】猜想 1：氯水中的水使品红试纸褪色；猜想 2：氯水中的 Cl2使品红试纸褪色； 猜想 3：氯水中的盐酸使品红试纸褪色； 猜想 4：氯水中的（填化学式）使品红试纸褪色。 【实验探究】 实验操作 把品红试纸放入水中 把品红试纸放入干燥的氯气中 实 验 现 象 试纸不褪色 结论 猜想 2 不成立 猜想 3 不成立 （A）猜想 1 不成立 试纸不褪色 【结论】学习小组通过讨论，找到了氯水中使品红试纸褪色的物质。 【反思】向氯水中滴加几滴紫色石蕊试液，会观察到的现象是。 1. 在课堂实验中，对于物质是

17、否发生化学变化、变化后生成什么，仅凭一些表面的现象难以让学生信服， 有时也经常出现某些实验后的产物与预期的情况不一致，有的是产物中含有杂质，有的是直接得不到预期的 产物，这些往往需要通过实验来进一步证实。教师要善于把握住这些在课堂实验中生成的问题，引导学生抓 住化学变化的本质进行探究，并设计一些实证性实验探究题，培养学生严谨的科学态度，严密的思维能力。 解析： 【提出猜想】对于可能生成的三种物质Fe 、Fe3O4、FeO 运用组合思维就可得到答案。 【实验分析】 （1） 固体全部变黑说明不存在Fe2O3。 （2）步骤验证了固体不具有铁的性质，从而确定不存在铁。 （3）实验 中进行定量分析，从原

18、理上两组数据都可以计算出Fe2O3 失去的氧元素的质量；但仔细分析装置发现：装置 B 是用石灰水来吸收 CO2 气体，石灰水本来较稀且B 中的导管伸入广口瓶太浅，这将导致生成的CO2 未被 完全吸收， 因此数据不可靠。【实验结论】 数据： 反应前后铁元素质量不变， 失去的氧元素质量为m (O)=3.0g 2.9g=0.1g，所以生成物中铁、氧元素的质量分别为 2.1g、0.8g；于是可推出生成物的化学式为 Fe3O4。根 据反应物和生成物可写出：CO+3Fe2O3 2Fe3O4+CO2。 【反思与评价】 （1）根据信息可知：Fe3O4 中 Fe 元素 化合价为+2、+3，所以反应后的溶液中的溶

19、质为 HCl、FeCl2、FeCl3 。 （2）铁的氧化物的热稳定性顺序是 FeOFe3O4Fe2O3，所以可推理出：还原性的顺序是 Fe2O3Fe3O4FeOFe。因此，可以提出以下猜 想：可能是因为使用酒精灯的缘故或加热的时间不够长导致反应的温度不够高， 从而未能使 Fe2O3 中的铁充 分被还原出来。接下来还可以提出改进方案，继续进行实验探究。 评析：这类对化学变化再思考而设计的实验探究题，要求学生仔细分析实验过程，抓住实验的细节：反应物（种类、纯度、用 量） 、实验操作的步骤、反应的条件等因素。解决问题的过程中要抓住化学变化的本质、充分运用题目的信息并结合质量守恒 定律进行理性分析、判

20、断和推理。类似上述实验的素材还有：酸碱中和反应的确认、烧碱变质的研究、 “氧立得”制氧奥秘、“污 渍爆炸盐”除顽固污渍的奥秘、“暖手宝”发热的原理、镁在空气中的燃烧的产物、一氧化碳还原氧化铜的产物、氢气在氧气中 燃烧的产物、镁条放入氯化铜溶液中的产物、乙醇燃烧的产物、钠与硫酸铜溶液反应的产物等。 2. 在科学实验中经常需要进行定量研究，实验前要围绕实验目的进行思考：运用什么原理？需要测定的哪 些数据？怎样来测定这些数据？有哪些方法？哪些数据是有效的？测定的过程中可能有哪些因素干扰？怎 样避免干扰？教师把这些问题综合起来，设计一些定量性实验探究题，可培养学生开放性思维，使学生学会 对所学的化学原

21、理进行综合应用。在搜集多种方案的过程中又培养学生缜密的思维和实验评价能力，学会分 析误差的原因并设计实验来减少误差，保证实验数据的真实性。解析解析： 【方案一】 （1）考查气密性的检查方 法：关闭 A 处活塞，将注射器活塞拉出一定距离， 一段时间后松开活塞，观察活塞是否回到原位。 （2）因 CO2 能溶于水且与水反应，导致结果偏小；改进方案是将广口瓶中的水改为饱和的CO2 水溶液或在水面上覆盖一 层植物油等。 因实验结束后瓶内残留的CO2 气体与排出的空气体积相等， 所以广口瓶内的空气对结果无影响。 Na2CO3 的质量分数为 106V/44X。 （3）图 3 装置的缺陷主要体现在：产生的 C

22、O2 气体中混有水蒸气，同 时被碱石灰吸收，导致结果偏大；反应结束后装置内残留的CO2 气体不能全部排出，导致结果偏小；球 形干燥管与空气相通，也会吸收空气中的CO2 和水蒸气，导致结果偏大；球形干燥管内的碱石灰与CO2 接 触不充分（U 型管的效果会更好） ，吸收不完全，导致结果偏小；实验开始时，装置内的空气中会有部分 CO2 也会被碱石灰吸收，导致结果偏大等。 【方案二】 （1）溶液 M 中的溶质是 NaCl 和过量的 CaCl2。 （2）用 CaCl2 溶液过量的目的是将 Na2CO3 全部转化为沉淀。检验方法：静置，向上层清液中继续滴加CaCl2 溶液， 若无沉淀说明 CaCl2 溶液

23、已过量。 （3）106Y/100X。 （4）沉淀未洗涤干净或可能干燥不充分。 【方案三】 （1） 反应后得到 NaCl 溶液，其中含有少量盐酸，可通过蒸发的操作获得NaCl 固体，同时也除去盐酸。 （2）设原 固体混合物中 NaCl 的质量为 x，则参加反应的 Na2CO3 的质量为 11.6gx，生成的 NaCl 质量为 12.7gx， 所以 Na2CO3 的质量分数为(11.6g1g)11.6g100%=91.4%。本题还可以再问：是否有其它的测定方法？ 评析：这类对实验方案再优化而设计的实验探究题，要求学生对涉及的化学原理要比较熟悉，实验目的比较明确，学 会运用“头脑风暴”法搜集多种方案

24、并进行评价和选优。 解决问题的过程中要结合实验的情景， 对测定的数据进行思考、 分析， 排找实验不严密的部分并设法改进。类似上述问题的素材还有：测定变质后的烧碱固体中 NaOH 的质量分数、测定空气中氧气 含量、测定 Cu-Zn 合金中 Cu、Zn 的含量、测定人呼出的气体或竹节内的气体或鱼鳔内的气体中氧气的含量等。 3. 在化工生产、化工研究中，通常会设计了一些清晰的工艺流程，演绎真实的化学。有的虽然比较复杂， 但涉及的化学原理和思想却是基本的；有的虽然涉及到学生没有学到的知识，但通过信息处理和类比就可以 得到解决。教师可根据这些流程来设计一些推理性实验探究题，对培养学生的信息处理能力、推理

25、和类比思 维的能力非常有益，可以让学生学到分析和解决化学问题的方法，感悟到化学的真实性。 解析：解析： （1）在定影过程中产生了 Na3Ag(S2O3)2，需要用酸来处理，转化成 Ag2S；为使反应充分进行，因 而所用的酸是稍过量的，同时在操作时要求边加边用玻璃棒搅拌（或振荡） 。 （2）步骤中加锌粉的目的是 消耗三种物质：过量的盐酸、反应后生成的硫酸以及原废液中的 AgBr。 （3）考查了过滤操作。 （4）步骤 中灼烧反应为：Ag2S + O2 2Ag + SO2，该反应本质上是用氧气将其中的硫元素转化成SO2，因此，氧气要充 足，必要时可放在有氧气的环境中或添加某中在加热时释放出氧气的物质

26、，使硫化银完全被氧化。 （5）非金 属与盐溶液发生的置换反应，类似于金属与盐溶液发生的置换反应，进而可迁移类推得出非金属的活动性： 液溴小于氯气。 （6）考查了溶液的命名方法（溴的四氯化碳溶液） ，使用的分液漏斗进行萃取操作（这种操 作方法学生是见过的：在教材中曾涉及到 “从大豆中提取油脂”） 。 （7）尽管初中对蒸馏不作要求，但学生已经 熟悉石油中各成分的分离以及分离液态空气的事实，这些事实的共同原理都是利用液体中各成分的沸点不同 进行分离的，学生可以迁移。 （8）这是对实验流程是否存在污染的评价。这就要求学生从新在整体上审视工 艺流程，不难看出：在步骤中加热时产生了SO2 气体未经处理，会

27、造成空气污染，这是不完美的地方。本 题还可以再设问：如何消除步骤的污染？ 评析：这类对化学工艺再分析而设计的实验探究题通常以框图的形式出现，它能较好地实现知识点之间的联 系与沟通，要求学生提取题目中提供的有效信息，分析并进行加工，对工艺流程有完整的印象，从整体上把 握实验目的。解决问题的过程中，要学会迁移类推教材中的相关知识，综合进行分析、判断和推理。类似上 述化学工艺的素材还有：用纯碱制取烧碱、电解饱和食盐水制取烧碱、牙膏中的摩擦剂碳酸钙粉的制取、豆 腐的制作、废水的治理、侯氏联合制碱法、从海带中提取碘、废电池的再生、绿矾的制备等。 4. 环境保护、节能减排是当今热点的话题。这类问题的应用性

28、强，需要学生将所学的化学知识运用到实际 情景中，在解决问题的过程中提高能力。教师在平时可有意识地关注这些问题，在查阅相关资料的基础上来 改编、设计一些实验探究题，引导学生运用化学的基本思想、基本方法来解决实际问题，挖掘学生的学习潜 能，增强学生保护环境的意识，关爱健康的意识等，让学生从化学与社会的联系中体会和感悟到学习化学的 价值。解析：解析： 【测定步骤】本题是溶液的配制与稀释问题。思路为： 1000mL 碘溶液 (I2)=2.5410-6， 另取 5.00mL 稀释 10 倍后 (I2)= 2.5410-7。根据图示，空气的流向是从左向右，因此在抽气时应打 开 a 阀门，关闭 b 阀门，向外拉动注射器活塞。实验要排除偶然性，取样要可靠，实验要多次，这样便于 取平均值，减少实验的误差。 【交流讨论】 （1）因碘水中含有淀粉，碘与淀粉作用呈蓝色。实验原理是用SO2 与碘反应，当碘完全耗完时，溶液由蓝色变为无色。（2）浓度过浓，含有的碘较多，需要的反应物SO2 较多， 从而会导致抽气的次数过多，时间过长，废时麻烦，且容易导致误差的产生。 （3）该实验成功的关键是：要 让空气中的 SO2 与碘溶液充分反应，因此要做到注射器压送气体速度不宜过快、