科学探究性试题的分类及解法.docx

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科学探究性试题的分类及解法

实验探究试专题

一、命题趋势：

化学是一门以实验为基础的学科，所以有化学实验即科学探究之说法。

近年来新课改省市化学高考命题，主要以考察探究性实验和物质制备实验为主。

这些探究性和制备性实验的试题，综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，要求考生必须冷静的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能正确作答。

探究性实验题以其创新、灵活的特点逐渐成为高考命题的热点题型。

二、试题分类

探究性试题分类的方法很多，其中从探究形式上分类，可分为参与型和自主型两种；从探究方法上分类，可分为分类（求同）、比较（求异）、归纳、概括、假说、验证等。

本文根据“化学”的定义，着重从探究内容上进行分类，可分为组成探究、结构探究、性质探究、制备和应用探究等，并列举实例分类解析，以求得到一些有益的启示。

三、探究性实验的一般思路

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，初步确定设计对策或思路－实验方案　

四、分类例析

1.组成探究

该类题型一般是从生活、生产、科研实验中找出一种未知物（可能为纯净物，也可能为混合物），要求确定其成分。

解题时应从该物质存在的环境、生成的条件、其物理性质、化学性质、用途等着手，全面分析各种可能的情况，分别设计实验来检验各种可能的成分，最后得出正确的结论。

【例1】火柴头上通常含有氯酸钾、二氧化锰、硫等物质。

某研究性学习小组进行火柴头中有关物质的实验探究。

（1）检验火柴头中含有硫。

将两根火柴放在如下图所示实验装置中漏斗下面，用一根燃着的火柴点燃它，慢慢拉动注射器活塞抽气，让火柴燃烧产生的气体通过稀品红溶液，观察到品红溶液褪色。

①燃烧产生的气体中一定含有；

②可用于替代试管中品红溶液的试剂有（填标号）。

A．稀高锰酸钾酸性溶液B．饱和石灰水

C．稀溴水D．烧碱溶液

③某同学提出用下图所示方法进行实验更为简便。

他的操

作是：

ⅰ.当图中所示火柴头燃烧完时，立即移出火柴；

ⅱ.。

⑵测定火柴头中KClO3的含量。

主要实验步骤如下：

ⅰ.刮取火柴头，小心研碎，称得质量为2.45g；

ⅱ.用适量蒸馏水充分浸泡后过滤、洗涤残渣；

ⅲ.往装有滤液和洗涤液的烧杯中加入过量的NaNO2溶液、

AgNO3溶液和稀硝酸，搅拌，充分反应后，过滤、洗涤沉淀；

ⅳ.干燥沉淀物，称得其质量为1.435g。

①实验中发生的反应是KClO3+3NaNO2+AgNO3=AgCl↓+3NaNO3+KNO3，其中

NaNO2是剂，反应中AgNO3、NaNO2均需要过量的原因是；

②实验测得火柴头中KClO3的质量分数为；

③如果第ⅱ步中未洗涤沉淀残渣，测得KClO3的质量分数将（填“偏大”、“偏小”、或“无影响”，下同）；如果第ⅲ步中未洗涤AgCl沉淀，测得KClO3的质量分数将。

【例2】三草酸合铁酸钾晶体K3[Fe（C3O4）3]·3H2O可有于摄影和蓝色印刷。

某小组将

无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解,对所得气体产物和固体产物进行实验和

探究。

请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。

限选试剂：

浓硫酸、1．0mol·L-1HNO、1．0mol·L-1盐酸、1．0mol·L-1NaOH、3%H2O2、0．1mol·L-1KI、0．1mol·L-1CuSO4、20%KSCN、澄清石灰水,氧化铜、蒸馏水。

（1）将气体产物依次通过澄清石灰水（A）、浓硫酸、灼热氧化铜（B）、澄清石灰水（C）观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊，B中有红色固体生成，则气体产物是。

（2）该小组同学查阅资料后推知，固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3。

验证固体产物中钾元素存在的方法是，现象是。

（3）固体产物中铁元素存在形式的探究。

①提出合理假设

假设1：

；假设2：

；假设3：

。

②设计实验方案证明你的假设（不要在答题卡上作答）

③实验过程

根据②中方案进行实验。

在答题卡上按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。

实验步骤

预期现象与结论

步骤1：

步骤2：

步骤3：

……

【例3】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VmL（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装置中产生的现象是。

（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

2.结构探究

结构决定性质，性质反映结构。

此类试题一般在已知物质组成的基础上，推测其可能的结构，再根据不同结构的物质的不同性质设计实验来确定其正确的结构。

【例】已知某液态有机物的分子式为C2H6O2。

（1）根据价键理论，某同学的猜想是（写出可能的结构简式；已知分子中若有两个羟基连在同一个碳原子上，则属不稳定结构，可不考虑）。

A：

；B：

；C：

；D：

。

（2）根据以上猜想，某化学学习小组进行定量研究，他们用一定量的该物质与足量的钠在一定条件下反应产生的氢气的体积进而确定其结构。

若该物质不与钠反应，则为结构；若该物质与钠反应且与产生的氢气的物质的量之比为1︰1，则为结构；若该物质与钠反应且与产生的氢气的物质的量之比为2︰1，则为结构[填

（1）猜想中的序号]。

（3）请帮助他们画出实验装置图。

（4）实验中测得的数据经处理如下：

组次

样品质量（g）

气体体积（已换算成标准状况）（mL）

第1组

3.1

562.2

第2组

3.1

558.6

第3组

3.1

505.3

通过计算推导该物质的结构简式为：

。

3.性质探究

通常是已知物质的组成、结构，根据类比的方法推测其可能的性质，再由实验来验证。

【例1】（11分）某研究性学习小组为探究铜、锌与浓盐酸反应，设计实验探究方案如下：

（一）实验用品：

纯锌片、铜片、37%的浓盐酸、蒸馏水、氯化铜溶液

（二）实验记录：

交流卡片

主题：

Zn、Cu与浓盐酸间的实验

A．将锌放入浓盐酸间的实验

B．将锌与铜片贴在一起，一同放入浓盐酸中，反应快速放出气体

C．当实验B中锌片完全溶解后，将溶液加热，又产生大量气体，得到无色溶液

D．将实验C反应后的溶液隔绝空气，加入适量水，出现白色沉淀

（三）背景资料

资料卡片

主题：

生成一价铜的反应

1

必修一，P116：

4CuO===2Cu2O+O2↑

2《无机化学》下册，p705：

2Cu2++4I-==2CuI（白色）↓+I2

3《无机化学》下册，p706：

氯化亚铜（CuCl）在不同浓度的KCl溶液中可形成[CuCl4]3+等无色离子。

（四）请你参与以下探究

（1）实验A反应速度明显比B小，原因是

（2）根据“铜位于金属活动顺序表氢之后，与稀盐酸不反应，而在实验C中加热时又产生气体”的事实，作出如下推断：

①有同学认为“实验C中加热时产生的气体是溶解在溶液中的H2”，你认为是否有道理，理由是。

②某同学作了如下猜想：

是否成立？

请你设计实验方案加以验证。

猜想

验证方法

预测现象及结论

认为铜片中可能含有锌等杂质

（3）某同学对实验D中的白色沉淀进行分析：

“不可能是CuCl2，因为CuCl2能溶于水且溶液显蓝色；也不可能是ZnCl2，因为稀释后溶液更稀，不会析出ZnCl2晶体。

若利用资料卡片资料①②大胆猜想，白色沉淀可能是CuCl。

请你帮他设计验证方案（若有多处方案，只设计两个）。

猜想

预设验证方法

猜想的现象与结论

白色沉淀

是氯化亚铜

（4）指导老师肯定了实验D中的白色沉淀是CuCl；并指出生成沉淀的原因，实际上是[CuCl4]3-等离子与CuCl（s）、Cl-三者之间所形成的沉淀溶解平衡移动的结果。

请写出这一平衡关系式（用离子方程式表示）

。

【例2】过氧化氢是重要的氧化剂、还原剂，它的水溶液又称为双氧水，常用作消毒、杀菌、漂白等。

某化学兴趣小组取一定量的过氧化氢溶液，准确测定了过氧化氢的含量，并探究了过氧化氢的性质。

Ⅰ.测定过氧化的含量

请填写下列空白：

（1）移取10.00m密度为ρg/mL的过氧化氢溶液至250mL___________（填仪器名称）中，加水衡释至刻度，摇匀。

移取稀释后的过氧化氢溶液25.00mL至锥形瓶中，加入稀硫酸酸化，用蒸馏水稀释，作被测试样。

（2）用高锰酸钾标准溶液滴定被测试样，其反应的离子方程式如下，请将相关物质的化学计量数及化学式填写在方框里。

（3）滴定时，将高锰酸钾标准溶液注入______________________（填“酸式”或“碱式”）滴定管中。

滴定到达终点的现象是__________________________________________

______________________________________________________________。

（4）复滴定三次，平均耗用cmol/LKMnO4标准溶液VmL，则原过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为______________________________________。

（5）若滴定前滴定管尖嘴中有气泡，滴定后气泡消失，则测定结果_________（填“偏

高”或“偏低”或“不变”）。

II．探究过氧化氢的性质

该化学举小组根据所提供的实验条件设计了两个实验，分别证明了过氧化氢的氧化性和不稳定性。

（实验条件：

试剂只有过氧化氢溶液、氯水、碘化钾演粉溶液、饱和硫化氢溶液，实验仪器及用品可自选。

）

请将他们的实验方法和实验现象填入下表：

实验内容

实验方法

实验现象

验证氧化性

验证不稳定性

4.制备探究

【例1.】利用下图所示装置制取氧气并进行相关的实验探究。

⑴将3.9g过氧化钠放入烧瓶中，加入100mLH2O，用排水法收集气体。

①过氧化钠与水反应的化学方程式为：

；

②集气瓶充满气体后，怎么从水槽中取出集气瓶？

简述操作方法。

。

⑵已知：

酚酞在c（OH-）为1.0×10-4mol/L～2.5mol/L时呈红色，且0.5min内不会褪色；H2O2

具有氧化性和漂白性。

取上述实验得到的溶液于试管中，滴入2滴酚酞试液，溶液变红，片

刻红色褪去。

①有人认为“红色迅速褪去”是由于溶液中c（OH-）过大造成的，试通过估算并对比数据

加以说明。

②还有人认为“红色迅速褪去”是因为溶液中存在H2O2。

试设计实验证明烧瓶内的溶液

中可能含有H2O2存在，请简述实验操作。

。

③补充实验，证明“红色迅速褪去”与溶液中存在H2O2有关，请简述实验操作。

。

【例2】如图所示实验装置是验证氯化铵受热分解的产物是氨气和氯化氢气体，并将分解产物重新化合生成氯化铵。

（1）U型管B处所盛放的固体物质是。

（2）证明氯化铵的分解产物分别是氯化氢和氨气的操作（控制活塞操作）和现象是：

①，当说明有NH3气体生成。

②，当说明有HCl生成。

（3）若要在乙瓶中观察HCl和NH3重新化合和成NH4Cl的实验现象，某学生的实验操作为；关闭止水夹K1，打开止水夹K2，当丙中导管口有白雾生成时，关闭止水夹K2，打开止水夹K1，即可观察到实验现象，你认为该学生的实验操作是否正确？

为什么？

【例3】以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱。

有关反应的化学方程式为：

NH3+CO2+H2O=NH4HCO3；NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O

⑴碳酸氢铵与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的原因是（填标号）。

A．碳酸氢钠难溶于水B．碳酸氢钠受热易分解

C．碳酸氢钠的溶解度相对较小，所以在溶液中首先结晶析出

⑵某探究活动小组根据上述制碱原理，进行碳酸氢钠的制备实验，同学们按各自设计的方案实验。

①一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠，实验装置如下图所示（图中夹持、固定用的仪器未画出）。

试回答下列有关问题：

（Ⅰ）乙装置中的试剂是；

（Ⅱ）丁装置中稀硫酸的作用是。

（Ⅲ）实验结束后，分离出NaHCO3晶体的操作是（填分离操作的名称）。

②另一位同学用图中戊装置（其它装置未画出）进行实验。

（Ⅰ）实验时，须先从管通入气体，再从管中通入气体。

（Ⅱ）有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置，理由是

。

⑶请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法：

。

五．实验方案探究

【例】

某研究性小组借助A-D的仪器装置完成有关实验

【实验一】收集NO气体。

（1）用装置A收集NO气体，正确的操作上（填序号）。

a.从①口进气，用排水法集气b.从①口进气，用排气法集气

c.从②口进气，用排水法集气d..从②口进气，用排气法集气

【实验二】为了探究镀锌薄铁板上的锌的质量分数

和镀层厚度，查询得知锌易溶于碱：

Zn+2NaOH=Na2ZnO3+H2↑据此，截取面积为S的双面镀锌薄铁板试样，剪碎、称得质量为m1g。

用固体烧碱和水作试剂，拟出下列实验方案并进行相关实验。

方案甲：

通过测量试样与碱反应生成的氢气体积来实现探究木目标。

（2）选用B和（填仪器标号）两个装置进行实验。

（3）测得充分反应后生成氢气的体积为VL（标准状况），

=。

（4）计算镀层厚度，还需要检索的一个物理量是。

（5）若装置B中的恒压分液漏斗改为普通分液漏斗，测量结果将（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

方案乙：

通过称量试样与碱反应前后的质量实现探究目标。

选用仪器C做实验，试样经充分反应，滤出不溶物、洗涤、烘干，称得其质量为m2g。

（6）

。

方案丙：

通过称量试样与碱反应前后仪器、试样和试剂的总质量（其差值即为H2的质量）实现探究目标。

实验同样使用仪器C。

（7）从实验误差角度分析，方案丙方案乙（填“优于”、“劣于”或“等同于”）。

五、巩固练习

1.三氧化二铁和氧化亚铜都是红色粉末，常用作颜料。

某校一化学实验小组通过实验来探

究一红色粉末是Fe2O3、Cu2O或二者混合物。

探究过程如下：

查阅资料：

Cu2O是一种碱性氧化物,溶于稀硫酸生成Cu和CuSO4,在空气中加热生成CuO提出假设

假设1：

红色粉末是Fe2O3假设2：

红色粉末是Cu2O

假设3：

红色粉末是Fe2O3和Cu2O的混合物

设计探究实验:

取少量粉末放入足量稀硫酸中，在所得溶液中再滴加KSCN试剂。

⑴若假设1成立，则实验现象是。

⑵若滴加KSCN试剂后溶液不变红色，则证明原固体粉末中一定不含三氧化二铁。

你认为这种说法合理吗？

，简述你的理由（不需写出反应的方程式）

⑶若固体粉末完全溶解无固体存在,滴加KSCN试剂时溶液不变红色,则证明原固体

粉末是，写出发生反应的离子方程式

。

探究延伸：

经实验分析，确定红色粉末为Fe2O3和Cu2O的混合物。

⑷实验小组欲用加热法测定Cu2O的质量分数。

取ag固体粉末在空气中充分加热，待质

量不再变化时，称其质量为bg（b>a），则混合物中Cu2O的质量分数为。

⑸某铝土矿样品经测定是由Al2O3、Fe2O3、FeO、SiO2等氧化物组成，请设计一简单

实验，确定矿物中含有+2价的铁（写出所用试剂，操作方法和结论）。

2．甲酸（CH2O2），俗称蚁酸，结构式为：

某化学兴趣小组的同学在分析甲酸的组成和结构

后，对甲酸的性质提出如下猜想并设计了相关实

验加以验证：

猜想I：

甲酸具有酸性；

实验I：

在甲酸溶液中滴加紫色石蕊试液；

猜想II：

甲酸能发生银镜反应；

实验II：

（步骤如图12所示）；

回答下列问题：

⑴请你再设计出至少2个实验方案来验证甲酸的酸性：

、；

⑵请你进一步设计实验方案证明甲酸是弱酸：

；

⑶依图12所示的实验，加热20分钟后并没有出现预期的实验现象。

该小组同学预期的实验现象是，请你从理论上简单解释实验中没有出现该现象的原因；

⑷在仔细分析甲酸分子组成元素的基础上，请你再提出一个甲酸在浓硫酸作用下可能具有的性质的猜想并设计一个实验方案验证你的猜想：

①你提出的猜想是；

②你设计的实验方案是：

甲酸

实验方案形式：

物质

现象………结论

3.（13分）某校研究性学习小组选择使用下列仪器和药品，验证由铜和适量浓硝酸反应产生的气体中含有NO（实验中使用的N2和O2的用量可自由控制）。

已知：

①NO+NO2+2OH－=2NO2－+H2O；②气体液化温度：

NO2：

21℃、NO：

－152℃

（1）现有甲、乙、丙三位同学分别设计了以下三个实验方案（用仪器的连接顺序表示）。

甲：

A→C→F→D→B乙：

A→B→C→E丙：

A→F→D→B

甲、乙、丙三位同学提出的实验方案是否能验证Cu与适量浓HNO3反应产生的气体中含有NO（填“能”或“不能”）

甲：

________；乙：

________；丙：

_________

具体说明不能验证的主要原因（能验证的方案，不必回答原因）：

甲方案：

_________________________________________________。

乙方案：

_________________________________________________。

丙方案：

_________________________________________________。

（2）实验开始时首先通入足量的N2，其目的是：

__________________________。

（3）确认气体中含NO的现象是：

________________________________。

（4）如果O2过量，则装置B中发生反应的离子方程式是：

____________________________。

2.4.6

4．（15分）已知SiO2、SO2和CO2都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；Mg和Na的化学性质也具有一定相似性。

I．某兴趣小组用如图所示装置进行

Mg与SO2反应的实验。

（1）选择制取SO2的合适试剂

。

①10%和H2SO4溶液

②80%的H2SO4溶液③Na2SO3固体④CaSO3固体

（2）写出装置B中发生的主要反应的化学方程式。

装置C中的NaOH溶液的作用是。

（3）你认为该装置是否有不足之处？

。

如果有，请指出错误

。

II．某研究小组进行了“实验室制Si”的研究，它们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：

①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si

②Mg在点燃引发的条件下即可与SiO2反应

③金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐与SiH4

④SiH4在空气中自然

他们在研究报靠中记载着“……选用合适的物质在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量……在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，且“实验室制si”的产率也只有预期值的63%左右。

（4）该小组“实验室制Si”的化学方程式是。

（5）你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是

。

5、中学教材上有如下介绍：

在氢氧化钠浓溶液中加入氧化钙，加热，制成的白色固体就是碱石灰。

有两个实验小组的同学决定通过实验探究碱石灰的组成。

（1）第一小组设计方案的流程如下：

①写出n（OH-）、n（Ca2+）和n（Na+）的关系：

n（Na+）=。

②设n（Na+）=xmol、n（Ca2+）=ymol，请填写下表：

碱石灰的可能组成

NaOH、CaO

NaOH、CaO、Ca（OH）2

NaOH、Ca（OH）2

NaOH、Ca（OH）2、H2O

N（Na+）和n（Ca2+）的关系

40x+56y=4

（2）第二小组同学查得如下资料：

Ca（OH）2在2500C时不分解、NaOH在5800C时不分解。

他们设计了如下方案并得出相关数据：

取市售碱石灰4.0g，在2500C时加热至恒重，测得固体质量减少了0.6g，剩余固体在5800C时继续加热至恒重，固体质量又减少了0.7g。

请讲过计算确定该碱石灰各成分的质量分数。

6．（14分）某研究性学习小组为研究Cu与浓H2SO4的反应，设计如下实验探究方案（装置中的固定仪器和酒精灯均未画出）

实验选用细铜丝、98.3%H2SO4、品红溶液、澄清石灰水、CC14、NaOH溶液等药品，铜丝被卷成螺旋状，一端没入浓H2SO4中，另一端露置在液面上方。

以下是该学习小组部分交流记录及后续探究实验的记录。

材料一：

小组交流滴录

学生1：

加热前，无现象发生；加热后，液面下铜丝变黑，产生气泡，有细小黑色颗粒状物质从铜丝表面进入浓硫酸中，黑色物质是什么？

值得探究！

学生2：

我也观察到黑色颗粒状物质，后来逐渐转变为灰白色固体，我想该灰白色固体极有可能是未溶于浓硫酸CuSO4。

学生3：

你们是否注意到液面以上的铜丝也发黑，而且试管上部内壁有少量淡黄色S固体凝聚，会不会液面以上的铜丝成硫发生了反应，我查资料发现：

2Cu+S=Cu2S（黑色）。

材料二：

探究实验剪辑

实验1：

将光亮的铜丝在酒精灯火焰上灼烧变黑，然后插入稀硫酸中，铜丝重新变得光亮，溶液呈蓝绿色；将光亮的铜丝置入加热的硫蒸气中变黑，然后插入稀硫酸中无变化。

实验2：

截取浓硫酸液面上方变黑的铜丝，插入稀硫酸中无变化；将浓硫酸液面下方变黑的铜丝，插入稀硫酸、黑色明显变浅，溶液呈蓝绿色。

实验3：

将溶液中的黑色颗粒状物质，经过滤、稀硫酸洗、蒸馏水洗、干燥后放入氧气流中加热，然后冷却，用电子天平称重发现质量减少10%左右。

根据上述材料回答下列问题：

（1）A试管上方的长导管的作用是；D、E两支试管中CC14的作用是。

（2）加热过程中，观察到A试管中出现大量白色烟雾，起初部分烟雾在试管上部内壁析出淡黄色固体物质，在持续加热浓硫酸（沸腾）