例析假设法在解答实验探究题中的应用.docx

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例析假设法在解答实验探究题中的应用

例析假设法在解答实验探究题中的应用

实验探究题的命题趋向综合化，注重知识与能力的融合，既注重知识内容的考查，又注重对能力与方法的考查，这就要求我们具备一些分析问题和解决问题的方法。

在解题时如果能够大胆假设，往往会使思维开阔，取得良好的解题效果，下面结合几例2010年的中考试题进行解析。

一、对反应物是否恰好完全反应做出假设

例1．（2010哈尔滨中考试题）甲、乙同学在学完酸的化学性质后，做了如下实验：

实验结束，甲、乙同学依次将废液缓慢倒入同一洁净的废液缸中，然后进行了讨论。

【观察与讨论1】甲同学在做实验时没有观察到明显现象，于是对氢氧化钙溶液和稀盐酸能发生反应表示怀疑。

但乙同学认为，甲同学实验时向氢氧化钙溶液中应先滴几滴酚酞试液，再滴加适量的稀盐酸，当观察到

（1）时。

就可以说明两种物质能发生反应。

【观察与讨论2】当乙同学沿废液缸内壁缓慢倾倒液体时，观察到废液缸中先有气泡产生，然后又出现了白色沉淀。

经过讨论确定，甲、乙同学试管中废液含有的溶质分别是

（2）（3）（均写化学式），才会出现上述现象。

为了科学处理试验后产生的废液，甲、乙同学决定对废液缸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】

甲同学猜想：

废液中含有NaCl、CaCl2两种物质

乙同学猜想：

废液中含有NaCl、Na2CO3两种物质

【活动与探究】

甲、乙同学为了验证自己的猜想分别同时进行了如下实验：

甲同学实验：

取少量废液于试管中，向其中滴加碳酸钠溶液，无明显现象。

得出结论：

甲猜想不成立，则乙猜想成立。

乙同学实验：

取少量废液于试管中，向其中滴加氯化钙溶液，出现白色沉淀。

得出结论：

乙猜想成立，则甲猜想不成立。

【反思与评价】请对甲同学由实验现象得出的结论给予评价（4）。

【表达与交流】甲、乙同学确认了最终废液中溶质的成分。

你认为处理该废液的方法是

（5）。

解析：

此题乍一看内容繁杂，实际上解答此题的关键是只需要对所涉及的各个反应中反应物是否恰好完全反应做出假设，若反应物恰好完全反应，则废液中的溶质只有生成物，若反应结束后反应物仍有剩余，则废液中的溶质除了生成物外还有剩余的反应物。

（1）甲同学实验中发生的反应是Ca（OH）2+2HCl=CaCl2+2H2O，乙同学实验中发生的反应是Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑，甲同学废液中的溶质一定有CaCl2，还可能有Ca（OH）2或HCl中的一种，即有以下三种可能：

①CaCl2；②CaCl2和Ca（OH）2；③CaCl2和HCl。

乙同学废液中的溶质一定有NaCl，还可能有Na2CO3或HCl中的一种，即有以下三种可能：

①NaCl；②NaCl和Na2CO3；③NaCl和HCl。

当向甲同学的废液中倒入乙同学的废液，观察到废液缸中先有气泡产生，然后又出现了白色沉淀。

说明先后发生以下两个反应：

Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑和Ca2++CO32－＝CaCO3↓。

由此可知甲同学废液中的溶质一定有CaCl2和HCl，乙同学废液中的溶质一定有NaCl和Na2CO3。

（2）甲、乙同学的废液混合之后，发生的反应是Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑和CaCl2+Na2CO3==CaCO3↓+2NaCl，由“废液缸中后又出现了白色沉淀”可知废液缸中存在CaCO3，则最后废液中的溶质不可能还有HCl，废液中的溶质有以下三种可能：

①NaCl；②NaCl和Na2CO3；③NaCl和CaCl2。

当向废液样品中滴加碳酸钠溶液后无明显现象，说明废液样品中不存在CaCl2，排除了③，但还不能确定是①与②中的哪一种情况；当向废液样品中滴加氯化钙溶液后出现白色沉淀，说明废液样品中存在Na2CO3，能够确定②，即废液中含有NaCl、Na2CO3两种物质。

（3）由于废液中含有Na2CO3，所以呈碱性，应向最终废液中加入氯化钙溶液（或加入酸溶液）至中性后再倒掉废液。

答案：

（1）酚酞试液由红色变无色

（2）CaCl2、HCl（3）NaCl、Na2CO3（4）甲同学结论不正确，甲同学实验只能说明废液中无氯化钙，若废液中只含有氯化钠也无明显现象，则乙同学猜想不一定成立，所以甲同学结论不正确（5）向最终废液中加入氯化钙溶液（或加入酸溶液）至中性后再倒掉废液。

二、对反应是否发生的假设

例2．（2010年南京中考化学试题）一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物（如CO、CH4等）为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。

（1）工业上用天然气和水蒸气在高温条件下发生反应，得到CO和H2，该反应的化学方程式为，得到的CO和H2的混合气被称为合成气，合成气在工业上可用于合成一系列化工原料和新型燃料，还可用于冶炼某些金属。

（2）某化学兴趣小组的同学在实验室模拟了合成气的制备，并设计实验验证合成气的还原性。

I．用甲烷和水蒸气在高温条件下反应得到合成气．根据

（1）中所写的化学方程式．合成气中CO和H2的质量比为。

Ⅱ．用合成气还原足量氧化铜．实验装置如下图所示：

【设计实验步骤]

①连接好装置并检查气密性。

②装入药品，通人一段时间合成气。

③分别称量装置D、E的质量。

④缓缓通入合成气，加热装置C，使其充分反应。

⑤停止加热，继续通入合成气至恢复到室温。

⑥再次分别称量装置D、E的质量。

装置D的质量

装置E的质量

反应前

292．4g

198．2g

反应后

296．0g

201．5g

[进行实验]该小组的同学按上述步骤进行实验，并记录了实验现象和数据：

称量数据如右表所示。

[现象分析和数据处理]

①甲同学根据装置C中的现象，认为是合成气中的CO和H2还原了CuO。

②乙同学通过对上表数据的分析，推测除了CO和H2以外，制得的合成气中可能还有未反应的CH4，且CH4也还原了CuO。

试通过计算说明他的推测依据。

解析：

此题的中心问题是合成气中的CO和H2还原了CuO，通过计算证实CH4也还原了CuO，我们解答此类问题可用极端假设法，极端假设法是采用极限思维方式解决模糊问题的一种特殊的思维方法，它采用的是“抓两端、定中间”的方法，即将题设条件构造为问题的两个极端，然后依据有关化学知识确定其中间量值。

装置D增加的质量是反应后生成的水的质量，装置E增加的质量是反应后生成的二氧化碳的质量，根据水的质量和二氧化碳的质量可以求出生成物中碳元素与氢元素的质量比为9：

4，根据反应前后元素质量守恒，可知反应物中碳元素与氢元素的质量比为9：

4。

分别做出两种极端假设并求出相应的碳元素与氢元素的质量比：

如果只有CO和H2还原足量CuO，碳元素与氢元素的质量比为2：

1；

如果只有CH4还原足量CuO，生成物中碳元素与氢元素的质量比为3:

1，9：

4介于2：

1和3：

1之间，可知除了CO和H2以外，CH4也还原了CuO。

答案：

（1）CH4+H2O

CO+3H2

（2）I．14：

3[现象分析和数据处理]

②如果只有CO和H2还原足量CuO，合成气中CO与H2的分子个数比为1：

3，生成物中碳元素与氢元素的质量比为2：

1

如果只有CH4还原足量CuO，生成物中碳元素与氢元素的质量比为3:

1，

现测得CO2的质量：

201．5g--198．2g=3．3g，H20的质量：

896．0g一292．4g=3．6g，

生成物中碳元素与氢元素的质量比：

（3·3g×

）：

（3．6g×

）=9：

4

9：

4介于2：

1和3：

1之间

由此可推测出，除了CO和H2以外，制得的合成气中可能还有未反应的CH4，且CH4也还原了CuO。

三、对排除干扰物质的过程做出假设

例3．（2010年嘉兴中考试题）小明在购买氢气球时，看到摊主正在把废旧铝锅碎片投入盛有某种液体的铁制容器中，盖上容器盖子后，氢气就从导管口出来。

小明根据初中学过的科学知识，认为铁制容器中的液体肯定不是稀硫酸或盐酸。

这种液体到底是什么？

第二天小明请教老师，老师没有直接告诉答案，而是在实验室配制了一种液体后，对小明说：

铁制容器中装的就是这种液体，它是一种常见化合物的溶液。

还提供了相关信息，请小明自己动手探究。

提供的信息：

许多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色。

如：

钾──紫色；钠──黄色；钡──黄绿色；钙──砖红色。

下表是小明的实验步骤和现象记录：

序号

实验步骤

实验现象

①

观察溶液

无色液体

②

取少量该溶液于试管中，滴加紫色石蕊试液

紫色石蕊试液变蓝色

③

另取少量溶液在酒精灯火焰上灼烧

火焰呈现黄色

④

取少量该溶液于试管中，先滴加硫酸铜溶液，再滴加稀盐酸

先有蓝色沉淀生成，加入稀盐酸后沉淀消失，无其它明显现象

回顾与解释：

（1）小明认为铁制容器中的液体肯定不是稀硫酸或盐酸，理由是。

（2）在步骤④中，小明加入稀盐酸的目的是防止的干扰（填写离子符号）。

（3）小明通过实验，可得出该溶液中的溶质是。

（4）小明想进一步了解铝和这种溶液反应的原理，再次请教科学老师，老师启发小明说：

铝和这种溶质以及水发生反应，生成含有偏铝酸根离子（AlO2－）的盐和氢气两种物质。

请你尝试写出该反应的化学方程式：

。

解析：

（1）铁制容器中的液体肯定不是稀硫酸或盐酸，因为铁能和稀硫酸或盐酸反应；

（2）要想知道在步骤④中，小明加入稀盐酸的目的是防止哪种离子的干扰，我们不妨做出步骤④不加稀盐酸的假设，实验步骤变为“取少量该溶液于试管中，先滴加硫酸铜溶液”，实验现象变为“有蓝色沉淀生成”，联系所学知识Cu（OH）2和CuCO3都是蓝色沉淀，由于CuCO3+2HCl==CuCl2+H2O+CO2↑，而步骤④中“加入稀盐酸后沉淀消失，无其它明显现象”排除了蓝色沉淀是CuCO3的可能性，所以加入稀盐酸的目的是防止CO32－的干扰；（3）由③可知含有钠离子，由②和④可知含有氢氧根离子，可得出该溶液中的溶质是氢氧化钠。

答案：

（1）铁能和稀硫酸或盐酸反应

（2）CO32－（3）氢氧化钠（NaOH）

（4）2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑

四、对物质的质量做出假设

例4．（2010年贵港中考试题）为了回收硝酸亚铁和硝酸银的混合溶液中的银，设计了如下的实验方案：

若溶液乙为浅绿色溶液，则溶液乙中溶质的组成可能是________________或____________（填物质的名称或化学式）。

解析：

在硝酸亚铁和硝酸银的混合溶液中加入锌，锌先与硝酸银反应生成银和硝酸锌，待硝酸银反应完，锌才和硝酸亚铁反应生成铁和硝酸锌，现在溶液乙为浅绿色溶液，说明硝酸亚铁是有剩余的。

我们可以对“一定量锌粉”的量做出假设：

（1）可能锌粉的量足以把硝酸银反应完，又和一部分硝酸亚铁反应；

（2）可能锌粉的量恰好与硝酸银反应完，没有和硝酸亚铁反应；（3）可能锌粉的量不足以把硝酸银反应完。

（1）和

（2）中溶液乙溶质的组成为Zn（NO3）2、Fe（NO3）2，（3）中溶液乙溶质的组成为Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3。

答案：

Zn（NO3）2、Fe（NO3）2Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3

五、对物质的化学式做出假设

例5．（2010年镇江中考试题）固体成分定量测定：

已知Cu（OH）2的分解温度为66℃～68℃，CuCO3的分解温度为200℃～220℃。

设固体的组成为aCu（OH）2?

bCuCO3。

小组同学用热分析仪对固体进行热分解，获得相关数据，绘成固体质量变化与分解温度的关系如右图，请根据图示回答下列问题：

（1）写出AB、CD段发生反应的化学方程式：

AB段：

；CD段：

；

（2）若将24．0g剩余固体继续加热到更高的温度，发现固体

质量减少了2．4g后质量不再改变，写出此过程中可能发生反应的化学方程式：

。

解析：

（1）根据反应的温度可知AB段发生反应的化学方程式：

Cu（OH）2

CuO+H2O，CD段发生反应的化学方程式：

CuCO3

CuO+CO2↑；

（2）CuO分解，固体

质量减少的一定是氧元素的质量（生成的氧气的质量），铜元素的质量反应前后是不变的，所以生成物中铜元素的质量为24．0g氧化铜中铜元素的质量19．2g，生成物中氧元素的质量为24．0g—2．4g—19．2g=2．4g，设另一生成物的化学式为CuxOy，根据铜、氧元素质量比可求化学式为Cu2O，化学方程式为4CuO

2Cu2O+O2↑。

答案：

（1）Cu（OH）2

CuO+H2OCuCO3

CuO+CO2↑

（2）4CuO

2Cu2O+O2↑