凸顯化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，破解實(shí)驗(yàn)探究綜合題

馮存良

在知識(shí)點(diǎn)的涵蓋上，探究型實(shí)驗(yàn)題既可以考查化學(xué)基本概念、基本理論，又可以考查元素化合物的相關(guān)知識(shí)，而且符合“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，因此探究型實(shí)驗(yàn)題將會(huì)是以后高考試題中的一個(gè)亮點(diǎn)。探究型實(shí)驗(yàn)題物質(zhì)陌生、設(shè)問(wèn)巧妙，在解題中，考生有畏懼感，因此非常有必要把看似無(wú)序的探究性實(shí)驗(yàn)大題進(jìn)行分類，在解題技法上對(duì)考生進(jìn)行點(diǎn)撥，讓他們?cè)谟?xùn)練中內(nèi)化解題技法，找準(zhǔn)突破口，循路徑進(jìn)行解題。

一、解讀題型，曉破題關(guān)鍵

探究型實(shí)驗(yàn)試題一般有以下幾種命題形式：探究化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，探究化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的反?，F(xiàn)象，探究對(duì)經(jīng)典問(wèn)題的質(zhì)疑，探究未知物的成分，探究物質(zhì)的性質(zhì)，探究化學(xué)反應(yīng)的條件以及探究化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象等。

1.解答探究性實(shí)驗(yàn)題的基本步驟

（1）提出問(wèn)題。首先要發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將題目信息進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)思考提出值得探究的問(wèn)題。此外，實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象也是考生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的重要切入點(diǎn)。

（2）提出猜想。所謂猜想，就是根據(jù)已有知識(shí)對(duì)問(wèn)題的解決提出的幾種可能的情況。有一些問(wèn)題，結(jié)論有多種可能（這就是猜想），只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

（3）設(shè)計(jì)驗(yàn)證方案。提出猜想后，就要結(jié)合題目條件，設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理、安全的實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)可能的情況進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)試劑的選擇和對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的調(diào)控。

（4）觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行推理分析或計(jì)算分析得出結(jié)論。

2.知命題規(guī)律，曉解題技法

（1）對(duì)未知產(chǎn)物的探究。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)原理猜測(cè)可能生成哪些物質(zhì)，通過(guò)對(duì)這些物質(zhì)逐一進(jìn)行檢驗(yàn)來(lái)確定究竟含有哪些物質(zhì)。雖然探究型實(shí)驗(yàn)題主要考查學(xué)生的探究能力，但問(wèn)題常常包含了對(duì)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的考查。

（2）對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的探究。在探究過(guò)程中往往可以利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，即設(shè)置幾組平行實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行對(duì)照和比較，從而研究和揭示某種規(guī)律，解釋某種現(xiàn)象形成的原因或證明某種反應(yīng)機(jī)理。

3.探究型實(shí)驗(yàn)題的解題要領(lǐng)

（1）細(xì)心審題是關(guān)鍵：要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理?/p>

（2）認(rèn)真分析是核心：①原理分析;②材料分析;③變量分析;④結(jié)果分析。

（3）正確表達(dá)是保障：大多數(shù)學(xué)生有實(shí)驗(yàn)思路，就是拿不到分，因此我們?cè)诒磉_(dá)過(guò)程中一定要做到條理清晰，表述規(guī)范。

二、題型分類，構(gòu)建滿分模板

1.以物質(zhì)制備為主線探究型實(shí)驗(yàn)題（見(jiàn)【思維模型】）

【例1】苯甲醛（CHO）是有機(jī)制備中的一種重要原料。實(shí)驗(yàn)室常用苯甲醛與NaOH反應(yīng)制備苯甲醇和苯

甲酸鈉（2+ ?NaOH+ ? ?），再由苯

甲酸鈉酸化得到苯甲酸。

實(shí)驗(yàn)步驟：

步驟①：向如圖1所示三頸燒瓶c中加入碎瓷片、適量NaOH、水和a g苯甲醛，向冷凝管中通入冷水。

步驟②：攪拌、加熱三頸燒瓶c，充分反應(yīng)后，將c中液體冷卻后倒入分液漏斗中，用乙醚萃取、分液，將乙醚層依次用25%亞硫酸氫鈉溶液、水洗滌，水層保留待用。

步驟③：將乙醚層倒入盛有少量無(wú)水MgSO4的錐形瓶中進(jìn)行干燥，混勻、靜置后采用一定的方法分離，收集苯甲醇。

步驟④：將步驟②中得到的水層和適量濃鹽酸混合均勻，析出白色固體。冷卻、抽濾得粗產(chǎn)品，將粗產(chǎn)品提純得一定量的苯甲酸。

回答下列問(wèn)題：

（1）步驟①中，冷凝管的作用是 ? ? ? ? ? ?? ? ，從 ? ?? ? ? （填“a”或“b”）口通入冷水。

（2）步驟②中，先用25%亞硫酸氫鈉溶液洗滌乙醚層的作用是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?;再用水洗滌的作用是 ? ? 。將分液漏斗中兩層液體分離開(kāi)時(shí)，乙醚層在 ? ? ? ?（填“上層”或“下層”）。

（3）步驟③中，分離出苯甲醇的方法是 ? ? ? ? ? ，先出來(lái)的物質(zhì)是 ? ? ? ? ? 。

（4）步驟④中，水層和濃鹽酸混合后產(chǎn)生苯甲酸的離子方程式為 ? ? ? ? ? ? ? ? ?;將反應(yīng)后的混合物冷卻的目的是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

（5）將步驟④中得到的一定量苯甲酸配成100 mL溶液，取25.00 mL溶液，用0.1 mol·L-1的KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，消耗KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均體積為24.00 mL，則苯甲醛的轉(zhuǎn)化率為 ? ? ? ? ? 。

【解題模板】

1.明確反應(yīng)原理

實(shí)驗(yàn)室制備苯甲酸：先用苯甲醛與NaOH反應(yīng)制備苯甲醇和苯甲酸鈉（2CHO+NaOHCH2OH+ COONa） ，再由苯甲酸鈉酸化得到苯甲酸。

2.熟知實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)用到的主要儀器有三頸燒瓶、球形冷凝管及攪拌棒，其中，球形冷凝管在有機(jī)實(shí)驗(yàn)中常作為反應(yīng)裝置來(lái)冷凝反應(yīng)物蒸氣，使反應(yīng)物冷凝回流，用于提高原料的利用率，根據(jù)冷凝管下口進(jìn)水、上口出水原則，應(yīng)從b口通入冷水。

3.分析實(shí)驗(yàn)步驟

步驟②中乙醚層先用25%亞硫酸氫鈉溶液洗滌，其原因是根據(jù)題中信息知亞硫酸氫鈉可以與苯甲醛反應(yīng)，不與苯甲醇反應(yīng)，用亞硫酸氫鈉溶液洗滌除去乙醚層中未反應(yīng)的苯甲醛。步驟③中，錐形瓶中的MgSO4可除去水，剩下苯甲醇和乙醚，由題干中有機(jī)物相關(guān)的物理性質(zhì)知，乙醚的沸點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于苯甲醇的沸點(diǎn)，故可用蒸餾法分離二者。步驟④中將反應(yīng)物冷卻是降低苯甲酸在水中的溶解度，使其盡可能多地析出。

4.產(chǎn)率（純度）計(jì)算

設(shè)a g苯甲醛中發(fā)生轉(zhuǎn)化的苯甲醛的質(zhì)量為x，根據(jù)題意得出關(guān)系式：

2C6H5CHO～C6H5COOH～KOH

2×106 g ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 mol

x ? ? 0.1 mol·L-1×0.024 L×

解得x=2.0352 g。則苯甲醛的轉(zhuǎn)化率為2.0352 g/a g× 100%=%。

【例2】綠礬是含有一定量結(jié)晶水的硫酸亞鐵，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要的用途。某化學(xué)興趣小組對(duì)綠礬的一些性質(zhì)進(jìn)行探究。回答下列問(wèn)題：

（1）在試管中加入少量綠礬樣品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液顏色無(wú)明顯變化。再向試管中通入空氣，溶液逐漸變紅。由此可知： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

（2）為測(cè)定綠礬中結(jié)晶水含量，將石英玻璃管（帶兩端開(kāi)關(guān)K1和K2）（設(shè)為裝置A）稱重，記為m1 g。將樣品裝入石英玻璃管中，再次將裝置A稱重，記為m2 g。按上圖連接好裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

①儀器B的名稱是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

②將下列實(shí)驗(yàn)操作步驟正確排序 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （填標(biāo)號(hào)）;重復(fù)上述操作步驟，直至A恒重，記為m3 g。

a. 點(diǎn)燃酒精燈，加熱 b. 熄滅酒精燈 c. 關(guān)閉K1和K2 ? ? ?d. 打開(kāi)K1和K2，緩緩?fù)ㄈ隢2 e. 稱量A f. 冷卻到室溫

③根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，計(jì)算綠礬化學(xué)式中結(jié)晶水?dāng)?shù)目x= （列式表示）。若實(shí)驗(yàn)時(shí)按a、d次序操作，則使x ? ? ? ? ? ?（填“偏大”“偏小”或“無(wú)影響”）。

（3）為探究硫酸亞鐵的分解產(chǎn)物，將（2）中已恒重的裝置A接入下圖所示的裝置中，打開(kāi)K1和K2，緩緩?fù)ㄈ隢2，加熱。實(shí)驗(yàn)后反應(yīng)管中殘留固體為紅色粉末。

①C、D中的溶液依次為 ? ? ? ? ? ? ?（填標(biāo)號(hào)）。C、D中有氣泡冒出，并可觀察到的現(xiàn)象分別為 ? ? ? ? ? ? ?。

a. 品紅 b. NaOH c. BaCl2 d. Ba（NO3）2 e. 濃H2SO4

②寫(xiě)出硫酸亞鐵高溫分解反應(yīng)的化學(xué)方程式： ? ? ? ? ? ? ? ? 。

【解題模板】

1.明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

①FeSO4易被空氣中的氧氣氧化;②測(cè)定綠礬中結(jié)晶水含量;③探究硫酸亞鐵的分解產(chǎn)物。

2.分析確定原理

①二價(jià)鐵離子遇KSCN溶液不變色，三價(jià)鐵離子遇KSCN溶液變紅色;②加熱前后的固體質(zhì)量差就是綠礬中結(jié)晶水的質(zhì)量;③用BaCl2溶液檢驗(yàn)分解產(chǎn)物中的SO3，再用品紅溶液檢驗(yàn)分解產(chǎn)物中的SO2。

3.通覽實(shí)驗(yàn)裝置

此裝置通入N2排出裝置中的空氣，避免空氣中的氧氣將綠礬氧化。

C裝置用于檢驗(yàn)SO3的存在，D裝置用于檢驗(yàn)SO2的存在。

4.逐項(xiàng)分析定答案

（1）向綠礬溶液中加入KSCN溶液，溶液顏色無(wú)明顯變化，說(shuō)明樣品中不含三價(jià)鐵;再向試管中通入空氣，溶液逐漸變紅，說(shuō)明FeSO4易被空氣中的氧氣氧化。（2）①儀器B是干燥管。②根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募熬G礬易被氧化的性質(zhì)可知，實(shí)驗(yàn)時(shí)先打開(kāi)K1和K2，緩緩?fù)ㄈ隢2排出裝置中的空氣，避免空氣中的氧氣將綠礬氧化;再點(diǎn)燃酒精燈進(jìn)行加熱;一段時(shí)間后熄滅酒精燈，冷卻至室溫，關(guān)閉K1和K2，再稱量A。故正確的操作順序是dabfce。③根據(jù)題意，綠礬樣品的質(zhì)量為（m2-m1）g，綠礬中結(jié)晶水的質(zhì)量為（m2-m3）g，則FeSO4的質(zhì)量為（m3-m1）g，設(shè)綠礬的化學(xué)式為FeSO4·xH2O，則

FeSO4·xH2OFeSO4 + xH2O

152? 18x

（m3-m1）g（m2-m3）g

由=解得x=·。如果實(shí)驗(yàn)

時(shí)按照a、d次序操作，則部分綠礬被氧化，導(dǎo)致m3增大，則測(cè)出結(jié)晶水的值x會(huì)偏小。（3）實(shí)驗(yàn)后殘留的紅色固體是Fe2O3。根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，反應(yīng)中硫元素的化合價(jià)必然降低，生成SO2。根據(jù)得失電子守恒和原子守恒可寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式：2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。由

于SO3極易溶于水且能與水反應(yīng)生成H2SO4，故欲檢驗(yàn)SO2和SO3，必須先用BaCl2溶液檢驗(yàn)SO3，再用品紅溶液檢驗(yàn)SO2。

【高分錦囊】

1.性質(zhì)探究型實(shí)驗(yàn)的增分點(diǎn)

在離子檢驗(yàn)、氣體成分檢驗(yàn)的過(guò)程中，要嚴(yán)格掌握檢驗(yàn)的先后順序，防止檢驗(yàn)過(guò)程中各成分相互干擾。

若有水蒸氣生成，先檢驗(yàn)水蒸氣，再檢驗(yàn)其他成分，如C和濃H2SO4的反應(yīng)，產(chǎn)物有SO2、CO2和H2O（g），通過(guò)實(shí)驗(yàn)可檢驗(yàn)三種氣體物質(zhì)的存在，但SO2、CO2都要通過(guò)溶液進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)檢驗(yàn)H2O（g）有干擾。

對(duì)于需要進(jìn)行轉(zhuǎn)化才能檢驗(yàn)的成分，如CO的檢驗(yàn)，要注意氣體中是否含有CO2，如果有CO2，應(yīng)先除去CO2再對(duì)CO實(shí)施轉(zhuǎn)化，最后再檢驗(yàn)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物CO2，如HOOC—COOHCO2↑+CO↑+H2O↑中CO的檢驗(yàn)。

（4）要重視試劑名稱的描述，如有些試劑的準(zhǔn)確描述為無(wú)水硫酸銅、澄清石灰水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸、飽和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外還應(yīng)注意某些儀器的規(guī)格。

2. 探究型實(shí)驗(yàn)題的“四大易錯(cuò)點(diǎn)”

（1）評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中忽視反應(yīng)條件設(shè)置與控制;回答問(wèn)題時(shí)遺漏某一限制條件;易想當(dāng)然;等等。

（2）實(shí)驗(yàn)探究中易將待探究的結(jié)果當(dāng)成已知內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，造成明確的探究指向，束縛探究思維。

（3）實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中提出的假設(shè)不夠完整，遺漏某種情況;有時(shí)也會(huì)在方案設(shè)計(jì)中遺漏某一種可能，造成方案不完整，或非此即彼的情況。

（4）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路有誤，從已知數(shù)據(jù)中找不到合理的規(guī)律，無(wú)法將綜合實(shí)驗(yàn)解答完整。