1、课题4 研究型实验课件开放与探究性实验探究性实验是一种要求更高、难度更大的一种题型，强调探索和创造，不再强调获得正确的结论，而强调过程和对过程的解释。1实验探究程序提出问题提出假设提出实验程序预测可能的结果进行实验获得实验数据分析解释实验数据得出结论。课题定向：确定实验中要解决的问题 提出假设并设计方案：构思原理、试剂选择、装置、步骤 实验操作 观察现象、记录数据 整理、思考、形成结论、发表结果2实验探究类型(1)对反应条件的探究探究一个反应发生的条件，通常需要从反应发生所处的环境，如温度、压强、使用催化剂以及溶液的浓度大小等方面进行考虑。(2)对反应途径的探究一个化学反应的发生，从反应物到最
2、终生成物都有一个反应历程，即反应途径。对反应途径的探究，就是通过分析反应发生可能的进行途径后，确定其中最可能的一种情况。(3)对实验原理的探究对实验原理的探究，就是根据实验现象或结果进行“追根溯源”，寻找产生这种实验现象或实验结果的原理，并使之与对应的原理相吻合。(4)对化学理论的探究根据实验事实提出假设的理论依据，在此基础上构思原理并设计出实验方案，若得到的实验结果与假设相符，则理论正确。(5)对反应现象的探究反应现象是反应原理的表现形式、探究反应现象，就是列举出产生这种现象所对应的各种原理、理论，要注意可能的解释是否合理、准确。(6)对物质成分的探究根据提供的实验现象、实验数据及其他相关的
3、实验内容，假设某物质可能含的成分，再以这些成分的物理性质、化学性质及特征反应设计出实验方案，最后通过分析实验结果，得出结论。(7)对反应结论的探究反应结论是实验的最终结果，反应结论可以是实验现象、数据或图表，还可以是一个化学方程式等。结论是唯一的，而对反应结论的探究方案却可以有多种，关键是要依据题给信息设计出合理、简便的实验方案。(8)对计算结果的探究计算结果是实验过程的定量体现。在设计对计算结果的探究实验方案时，要立足于计算结果的来源，对每个实验数据要反复核算，直至准确无误。(9)对化学反应类型的探究要探究某一具体反应属于何种反应类型，可根据该反应类型所具有的特征，如反应条件，产物的种类，各
4、产物的物理特征、化学特性设计实验方案，在方案中，应注意区分各类反应之间的相似之处。3解题时应注意的问题(1)在整理和分析题目给出的信息时，要注意全面系统地整理信息，并与已有的知识取得联系，充分挖掘信息的内涵和外延，将数据、图表、情境等信息进行筛选、分解、转换、去粗取精，去伪存真，由表及里，抓住本质。(2)在利用信息进行逻辑性推理过程中，要注意进行发散性思维，全方位、多角度、多层面地剖析，对一切可能的结果做出科学预测。(3)由于探究性试题会存在多种答案，在答题时，要注意题目中是否指定答案的最佳要求，通过对多种方案或答案进行逐一对比，根据原理正确、过程简单、操作方便、现象明显、精度良好以及安全环保
5、等要求，做出最佳选择。在一次学生实验中，学生用铝片分别和稀盐酸、稀硫酸反应，发现铝片与稀盐酸反应现象非常明显，而和稀硫酸几乎不反应。这和教材中“铝能跟稀盐酸或稀硫酸反应生成氢气”的说法不一致。为排除因试剂变质等因素造成的影响，该学生在教师的指导下重新进行下列实验，验证是否存在上述现象。实验用品：仪器(实验所需各种仪器均有)药品：3.0 molL1 盐酸、1.5 molL1 硫酸、3.0 molL1 硫酸；相同大小的铝片(纯度99.5%)实验过程：往三支相同的试管中分别加入相同的铝片各一片，再往试管中分别加入等体积的 3.0 molL1 盐酸、1.5 molL1 硫酸、3.0 molL1 硫酸。
6、观察反应进行到 1、2、5、15、20 分钟时铝与酸反应的情况。结果如下表：反应进程/分钟12515203.0 molL1 盐酸少量气泡较多气泡大量气泡反应剧烈铝片耗尽1.5 molL1 硫酸均无明显现象(无气泡产生)3.0 molL1 硫酸均无明显现象(无气泡产生)通过上述实验可知，无论是用 1.5 molL1 硫酸还是 3.0 molL1 硫酸，均无明显的现象。而 3.0 molL1 盐酸与铝片反应的现象却十分明显。(1)为了探究“铝与稀盐酸和稀硫酸反应现象差异的原因”，你能对问题的答案作出哪些假设或猜想(列出两种即可)?假设 1：_；假设 2：_。(2)为了验证上述假设，你设计的实验方案
7、是：_。【解析】根据题目给出的实验可知，实验中涉及铝片与盐酸、硫酸的反应，对应的离子反应为 2Al6H2Al33H2。稀盐酸、稀硫酸都是非氧化性的酸，在水溶液中都能电离出 H，而且在 1.5 molL1 的硫酸和 3.0 molL1 的盐酸中，氢离子的浓度相等，均为 3.0 molL1。同时，由于铝片的大小和纯度都相同，根据所发生的离子反应和反应速率理论，它们的反应速率应该相同(因其他外界条件也相同)。但实验结果却和理论推测存在一定的差异，这是为什么呢？既然氢离子浓度和铝片均相同，造成的差异应该与反应(即 2Al6H2Al33H2)所处环境的不同(Cl和SO24)有关。因此，在开展实验研究时，
8、应该通过调整反应 2Al6H2Al33H2所处的环境(采用往反应体系中加入等物质的量的 NaCl、Na2SO4 固体的措施来实现这一目的)，采用对比实验来进行研究。【答案】(1)(说明：可能存在多种假设，但只要假设合理均可)Cl能够促进金属铝与 H反应 SO24 对 H与金属铝的反应起阻碍作用(2)实验方案：取 a、b、c、d 四支相同的试管，分别往试管中加入相同大小的铝片(纯度99.5%)各一片；在 a、b、c 试管中依次加入 0.5 g NaCl(约0.01 mol)、1.4 g Na2SO4(约 0.01 mol)、1.4 g Na2SO4(约 0.01 mol)固体；再往 a、b 试管
9、中加入 1.5 molL1 硫酸 5 mL、c、d 试管中加入 3.0 molL1 盐酸 5 mL，并观察四支试管反应进行到 5 分钟时的现象，把现象填写在下表中：试管所加的酸(5 mL)加入的试剂5 分钟后实验现象a1.5 molL1 硫酸0.5 g NaCl 固体(约 0.01 mol)有气泡产生b1.5 molL1 硫酸1.4 g Na2SO4 固体(约0.01 mol)无气泡产生c3.0 molL1 盐酸1.4 g Na2SO4 固体(约0.01 mol)有气泡产生d3.0 molL1 盐酸不添加(对比)有气泡产生 某校几个研究性学习小组的学生对金属镁在空气中燃烧的产物进行探究。(1)
10、第一小组同学根据所学知识认为镁在空气中燃烧的产物就是氧化镁。请你用化学方程式表示第一小组同学的观点：_；(2)第二小组同学认为，空气中存在大量的氮气，镁也可能和氮气反应。他们设计了如图所示装置进行实验：镁条燃烧完后取出蒸发皿观察，发现蒸发皿中除有白色固体外还有少量的淡黄色固体。能支持第二小组同学的观点的实验现象除生成淡黄色固体外还有_，理由是_；(3)第三小组同学对实验中生成的淡黄色固体产生了兴趣，他们向蒸发皿中的固体滴加少量水，发现有刺激性气味的气体产生，淡黄色固体转变成白色。请写出上述过程中发生的化学反应方程式_，生成淡黄色固体的化学方程式是_；(4)第四小组同学在探究上述实验的基础上又通
11、过查阅资料得知，Al4C3 能像淡黄色固体一样，遇水也能剧烈反应。请写出 Al4C3 和水反应的化学方程式_。【解析】(1)第一小组的同学根据教材内容，镁在空气中燃烧与 O2 和 CO2 反应，其产物是氧化镁，其化学反应方程式是 2MgO2点燃 2MgO，2MgCO2点燃 2MgOC。(2)第二小组同学认为，空气中存在大量的氮气，根据生成固体的颜色与氧化镁的颜色不同分析镁也可能和氮气反应，而且钟罩中的水面上升远超过钟罩容积的 1/5，空气中 O2 的体积分数约 1/5，CO2 的体积分数很小，说明只有和 N2 反应钟罩中的水面上升才能远超过钟罩容积的 1/5。(3)第三小组同学根据向实验中生成
12、的淡黄色固体滴加少量水，产生刺激性气味的气体和淡黄色固体转变成白色，推测氮气与镁发生了反应，其反应后的产物及其与水反应的化学方程式是：Mg3N26H2O3Mg(OH)22NH3，生成淡黄色固体的化学方程式是 3MgN2点燃 Mg3N2。(4)Al4C3像 Mg3N2一样，遇水也能剧烈反应，从 Mg3N2 和水反应的化学方程式可类推出 Al4C3 和水反应的化学方程式是 Al4C312H2O4Al(OH)33CH4。【答案】(1)2MgO2点燃 2MgO，2MgCO2点燃 2MgOC(2)钟罩中的水面上升远超过钟罩容积的 1/5 空气中 O2 的体积分数约为 1/5，CO2 的体积分数很小，只有
13、和 N2 反应钟罩中的水面上升才能远超过钟罩体积的 1/5(3)Mg3N26H2O3Mg(OH)22NH3 3MgN2点燃 Mg3N2(4)Al4C312H2O4Al(OH)33CH41从绿色化学的理念出发，下列实验不宜用如图所示装置进行的是()A不同浓度的硝酸与铜反应B稀硫酸与纯碱或小苏打反应C铝与氢氧化钠溶液或盐酸反应DH2O2 在不同催化剂作用下分解【解析】A 中产生污染环境的气体 NO、NO2 等，不符合绿色化学理念，错误。【答案】A2在实验室进行下列有关物质的制备流程中，理论上正确、操作上可行且经济上合理的是()AC 在空气中点燃 COCuO CO2NaOH溶液 Na2CO3BCuA
14、gNO3 Cu(NO3)2 溶液NaOH溶液 Cu(OH)2CCaOH2O Ca(OH)2 溶液 Na2CO3溶液 NaOH 溶液DFe点燃 Fe2O3H2SO4溶液 Fe2(SO4)3 溶液【解析】A 项碳在空气中燃烧生成 CO2，此设计操作上复杂；B 项使用 AgNO3 不经济；D 项 Fe 燃烧产物是 Fe3O4，而不是 Fe2O3。【答案】C3下列实验操作能达到实验目的的是()【解析】A 项，关闭止水夹时，溶液无法压出，左边试管内导气管应左短右长；B 项，NaHCO3 应放入内试管中；C 项，不能用加热 NH4Cl 固体制 NH3。【答案】D4下列实验装置设计正确，且能达到目的的是()
15、【解析】A 选项可以根据右边玻璃管中的刻度读数得到气体体积，正确；B 是酸式滴定管，错误；C 氨气不能使干燥的 pH 试纸显色；D 温度计的水银球应在蒸馏烧瓶支管口下沿位置，错误。【答案】A5烧碱、纯碱等都是重要的化工原料。(1)利用下图装置可以证明二氧化碳与烧碱溶液发生的反应。若将 A 与 B 连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，此时的实验现象是_，开始反应时的离子方程式是_。若其他操作不变，将 A 与 C 连接，可观察到的现象是_。(2)向 100 mL 1 molL1 烧碱溶液中通入一定量的 CO2充分反应后，将溶液在低温下蒸干得到白色固体 X，X 的组成可能有四种情况，按出现
16、的先后顺序分别是：.NaOH、Na2CO3，._，.Na2CO3、NaHCO3，._。常温下，将得到的固体 X 重新溶于水，在所得溶液中加入盐酸，使溶液的 pH7，再将溶液蒸干，得到固体的质量为_g。若要验证白色固体 X 是第种组成，依次加入的试剂为_(填序号字母)。a盐酸 bMgCl2 溶液 cBaCl2 溶液 dBa(OH)2溶液 e酚酞试液在验证的过程中，一定需要进行的操作是_(填序号字母)。a萃取 b洗涤 c过滤 d分馏若白色固体 X 为第种组成，下列实验方案中不能测定其中 NaHCO3 质量分数的是_。a取 m g X 与足量 Ba(OH)2 溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干得 n g
17、 固体b取 m g X 与足量盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧得 n g 固体c取 m g X 充分加热，减少 n gd取 m g X 与足量稀硫酸充分反应，逸出的气体被足量碱石灰吸收，增加 n g若白色固体 X 的质量为 7.0 g，则 X 的组成为_。(填“”、“”、“”或“”)。【解析】(1)加入 NaOH 溶液，CO2 被吸收，烧瓶内的压强减小；若 A 与 B 连接，则广口瓶中的水会倒吸，若 A与 C 连接，由于广口瓶中液面上方压强减小，则空气由 B进入。(2)发生的反应可能为 2NaOHCO2Na2CO3H2O、NaOHCO2NaHCO3，则、分别为 Na2CO3、NaHCO3。溶质为
18、 NaCl，根据 Na、Cl守恒，m(NaCl)0.1 L1 molL158.5 gmol15.85 g。先加 BaCl2溶液生成白色沉淀(证明有 Na2CO3)，再加 b 生成白色沉淀(证明有 NaOH)，验证过程中一定要过滤，否则无法说明后来有沉淀生成。a 选项中沉淀的质量即为碳酸钡的质量，根据碳酸钡的质量和原混合物的总质量可以列式求出碳酸钠和碳酸氢钠的质量分数，正确；b 选项中 n g 固体为生成的氯化钠的质量，根据钠原子守恒和原混合物总质量可列式计算出碳酸氢钠的质量分数，正确；c 选项采用差量法，减少的质量为碳酸氢钠分解生成的二氧化碳和水的质量，由此可求出碳酸氢钠的质量，进而求出碳酸氢
19、钠的质量分数，正确；d 选项中碱石灰增加的质量为盐与酸反应生成的二氧化碳及溶液中挥发出来的水蒸气的质量，因此不能通过数据准确计算出碳酸氢钠的质量分数，不正确。可采用极值法来判断，若全部为 Na2CO3，则有 5.3 g；若全部为 NaHCO3，则有 8.4 g，固体 X 的质量为 7 g，故其为碳酸钠和碳酸氢钠的混合物。【答案】(1)水沿导管由广口瓶进入烧瓶 CO22OHCO23 H2O 广口瓶中的长导管口有气泡产生(2)Na2CO3 NaHCO3 5.85 cb(或 ce)c d 6(福建高考)实验室常用 MnO2 与浓盐酸反应制备 Cl2(发生装置如右图所示)。(1)制备实验开始时，先检查
20、装置气密性，接下来的操作依次是_(填序号)。A往烧瓶中加入 MnO2 粉末B加热C往烧瓶中加入浓盐酸(2)制备反应会因盐酸浓度下降而停止。为测定反应残余液中盐酸的浓度，探究小组同学提出下列实验方案：甲方案：与足量 AgNO3 溶液反应，称量生成的 AgCl质量。乙方案：采用酸碱中和滴定法测定。丙方案：与已知量 CaCO3(过量)反应，称量剩余的CaCO3 质量。丁方案：与足量 Zn 反应，测量生成的 H2 体积。继而进行下列判断和实验：判定甲方案不可行，理由是_。进行乙方案实验：准确量取残余清液稀释一定倍数后作为试样。a量取试样 20.00 mL，用 0.100 0 molL1 NaOH 标准
21、溶液滴定，消耗 22.00 mL，该次滴定测得试样中盐酸浓度为_molL1；b平行滴定后获得实验结果。判断丙方案的实验结果_(填“偏大”“偏小”或“准确”)。已知：Ksp(CaCO3)2.8109、Ksp(MnCO3)2.31011进行丁方案实验：装置如右图所示(夹持器具已略去)。()使 Y 形管中的残余清液与锌粒反应的正确操作是将_转移到_中。()反应完毕，每间隔 1 分钟读取气体体积，气体体积逐次减小，直至不变。气体体积逐次减小的原因是_(排除仪器和实验操作的影响因素)。【解析】(1)注意加药品时先加入固体 MnO2，再通过分液漏斗加入浓盐酸，最后才能加热。(2)根据反应的离子方程式：Mn
22、O24H2ClMn2Cl22H2O，可以看出反应残余液中 c(Cl)c(H)，用甲方案测得的是 c(Cl)，而不是 c(H)。根据 c(盐酸)V(盐酸)c(氢氧化钠)V(氢氧化钠)，c(盐酸)c(氢氧化钠)V(氢氧化钠)/V(盐酸)22.00 mL0.100 0 molL1/20.00 mL0.110 0 molL1。由于 Ksp(MnCO3)Ksp(CaCO3)，过量的 CaCO3 要转化为一部分 MnCO3，由于 M(MnCO3)M(CaCO3)，故最终剩余的固体质量增加，导致测得的 c(H)偏小。Zn 与盐酸反应放热，因此，冷却后气体的体积将缩小。【答案】(1)ACB(按序号写出三项)(
23、2)残余清液中，n(Cl)n(H)(或其他合理答案)0.110 0偏小()Zn 粒 残余清液(按顺序写出两项)()装置内气体尚未冷却至室温7(江苏高考)次硫酸氢钠甲醛(NaHSO2HCHO2H2O)在印染、医药以及原子能工业中应用广泛。以 Na2SO3、SO2、HCHO 和锌粉为原料制备次硫酸氢钠甲醛的实验步骤如下：步骤 1：在烧瓶中(装置如图所示)加入一定量 Na2SO3 和水，搅拌溶解，缓慢通入SO2，至溶液 pH约为 4，制得 NaHSO3溶液。步骤 2：将装置 A 中导气管换成橡皮塞。向烧瓶中加入稍过量的锌粉和一定量甲醛溶液，在 8090 下，反应约 3 h，冷却至室温，抽滤。步骤 3
24、：将滤液真空蒸发浓缩，冷却结晶。(1)装置 B 的烧杯中应加入的溶液是_。(2)步骤 2 中，反应生成的 Zn(OH)2 会覆盖在锌粉表面阻止反应进行，防止该现象发生的措施是_。冷凝管中回流的主要物质除 H2O 外还有_(填化学式)。(3)抽滤装置所包含的仪器除减压系统外还有_、_(填仪器名称)。滤渣的主要成分有_、_(填化学式)。(4)次硫酸氢钠甲醛具有强还原性，且在 120 以上发生分解。步骤 3 中不在敞口容器中蒸发浓缩的原因是_。【解析】(1)实验中未参与反应的 SO2 气体会经过导气管进入 B 装置，可用 NaOH 溶液吸收 SO2，以防止污染环境。(2)为防止 Zn(OH)2 覆盖
25、在锌粉表面阻止反应进行，可快速搅拌，避免固体在三颈烧瓶底部沉积。HCHO 易挥发，在 8090 条件下会大量挥发，加冷凝管，可使 HCHO 冷凝回流，提高 HCHO 的利用率。(3)抽滤装置不同于普通过滤装置，由减压系统(一般用真空泵)、吸滤瓶和布氏漏斗等组成。抽滤后，滤渣中含有未反应的锌粉及反应产生的 Zn(OH)2 等。(4)次硫酸氢钠甲醛具有强还原性，在敞口容器中蒸发浓缩，可被空气中的 O2 氧化而变质。【答案】(1)NaOH 溶液(2)快速搅拌 HCHO(3)吸滤瓶 布氏漏斗 Zn(OH)2 Zn(4)防止产物被空气氧化8某化学兴趣小组为了测定铁碳合金(铁和碳两种单质的混合物)中铁的质
26、量分数，并探究浓硫酸的某些性质，设计了如图所示的实验装置(夹持仪器已省略)和实验方案进行探究。.测定铁碳合金中铁的质量分数(1)检查上述装置气密性的一种方法是关闭分液漏斗的活塞，在装置 E 后面连上一根导管，然后_，则证明装置的气密性良好。(2)装置 C 中发生反应的离子方程式为_。(3)实验开始前称量装置 E 的质量，将 a g 铁碳合金样品放入装置 A 中，再加入足量的浓硫酸，待装置 A 中不再有气体放出时，停止加热，通入 N2 一段时间后拆下装置 E 并称量质量，装置 E 的质量增加 b g。则铁碳合金中铁的质量分数为_(用含 a、b 的代数式表示)。(4)甲同学认为依据此实验测得的数据
27、计算铁碳合金中铁的质量分数可能会偏低，原因是空气中的 CO2、H2O 进入装置 E 中，使 b 增大。你认为改进的方法是_。.探究浓硫酸的某些性质(5)向装置 A 的烧瓶中滴加足量的浓硫酸，未点燃酒精灯前，装置 A、B 中均无明显现象，其原因是_。(6)装置 A 中铁与浓硫酸共热发生反应的化学方程式是_。【解析】(1)利用加热法检查装置的气密性，关闭分液漏斗的活塞，只留一个出气口，将导管口插入水中，微热烧瓶，导管口产生气泡，停止加热后在导管末端形成一段水柱且长时间不会回落。(2)装置 C 中酸性高锰酸钾溶液氧化二氧化硫：5SO22MnO4 2H2O5SO24 2Mn24H。(3)装置 E 增加
28、的质量是二氧化碳的质量，由此可以求铁碳合金中碳的质量，从而求得铁的质量分数为 1 3b11a。(4)防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置 E，需要再加一个吸收装置。(5)铁在常温下遇浓硫酸会发生钝化，碳和浓硫酸在加热条件下才可以反应。(6)类似铜和浓硫酸的反应，铁被氧化成三价铁。【答案】(1)将导管插入水中，微热烧瓶，导管口产生气泡，停止加热后在导管末端形成一段水柱且长时间不会回落(2)5SO22MnO4 2H2O5SO24 2Mn24H(3)1 3b11a(4)在装置 E 的后面再连接一个与 E 相同的装置(5)常温下，Fe 被浓硫酸钝化，碳与浓 H2SO4 不反应(6)2Fe6H2SO4(浓)Fe2(SO4)33SO26H2O再见！