逍遥学能 2017-01-01 15:22
一、归纳总结型：分析此类探究题时应注意：(1)阅读材料要认真、仔细，善于挖掘显性信息和隐含信息;(2)结合原有知识及相关信息，对材料进行全面分析,然后总结归纳找出解决问题的关键。
例1、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、CCl4、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。
以上是该学习小组部分交流记录及后续探究实验的记录,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CCl4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)时，淡黄色固体物质又慢慢地消失。写出淡黄色固体消失的化学反应方程式：_____________________________________。
(3)对A试管中的浓H2SO4和铜丝进行加热，很快发现C试管中品红溶液褪色，但始终未见D试管中澄清石灰水出现浑浊或沉淀。你的猜想是：________ ___ 。
设计实验验证你的猜想________________ 。
(4)根据上述研究，结合所学知识，你认为液面下方铜丝表面的黑色物质成分是_______。(写化学式)
解析：(1)由于铜与浓硫酸加热反应可生成SO2气体和水蒸气，而SO2气体易溶于水，如果不把水蒸气冷凝、回流，则影响SO2气体的检验。因此A试管上方的长导管的作用是冷凝、回流。由于SO2气体易溶于水，且易与碱反应，若将进气导管直接插入碱溶液，易发生倒吸，但SO2气体难溶于CCl4，D、E两支试管中CCl4的作用是防止倒吸。
(2)试管上部内壁析出淡黄色固体物质显然是硫，在持续加热浓硫酸(沸腾)时，硫被浓硫酸氧化生成SO2，所以淡黄色固体物质又慢慢地消失。化学反应方程式：S+2H2SO4(浓)?3SO2↑+2H2O
(3)对A试管中的浓H2SO4和铜丝进行加热，很快发现C试管中品红溶液褪色，说明产生SO2气体的速率快,但始终未见D试管中澄清石灰水出现浑浊或沉淀,这是由于SO2溶解度较大，立即生成了Ca(HSO3)2溶液的缘故。取样后，向其中加入氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成(或者加热、加盐酸检验SO2气体等方法)。
(4)根据实验1、实验2 、学生3中我查资料发现：2Cu+S=Cu2S(黑色)，可知液面下方铜丝表面的黑色物质成分是CuO、Cu2S;再由实验3可知黑色物质中还一定有CuS，因为反应Cu2S+2O2==2CuO+SO2前后固体质量不变，而反应2CuS+3O2==2CuO+2SO2前后固体质量减少。答案如下：
(1)冷凝、回流。防止倒吸。 (2)S+2H2SO4(浓)
3SO2↑+2H2O
(3)由于SO2溶解度较大，生成了Ca(HSO3)2溶液的缘故。取样后，向其中加入氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成。(或者加热、加盐酸检验SO2气体等方法)
(4)CuO、CuS、Cu2S
二、数据分析型：分析此类探究题时应注意：(1)观察数据要细致;(2)结合原有知识、分析角度要全面;(3)影响变量要遵循“多定一变”的原则。
例2、(2007海南高考)下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：
实验序号
金属质量/g
金属状态
C(H2SO4)/mol·L-1
V（H2SO4）
/mL
溶液温度/℃
金属消失的时间/s
反应前
反应后
1
0.10
丝
0.5
50
20
34
500
2
0.10
粉末
0.5
50
20
35
50
3
0.10
丝
0.7
50
20
36
250
4
0.10
丝
0.8
50
20
35
200
5
0.10
粉末
0.8
50
20
36
25
6
0.10
丝
1.0
50
20
35
125
7
0.10
丝
1.0
50
35
50
50
8
0.10
丝
1.1
50
20
34
100
9
0.10
丝
1.1
50
20
44
40
分析上述数据，回答下列问题：
(1)实验4和5表明，对反应速率有影响，反应速率越快，能表明同一规律的实验还有___________(填实验序号)。
(2)仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有__________(填实验序号)。
(3)本实验中影响反应速率的其他因素还有_____________，其实验序号是_______。
(4)实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15℃)相近，推测其原因：_____。
解析：(1)4和5中金属质量、c(H2SO4)、V(H2SO4)、反应前溶液温度均相同，结果反应后溶液温度和反应速率不同，由反应速率的影响因素可知其原因是金属状态不同，即固体表面积的影响。固体表面积越大，反应速率越快。能表明同一规律的实验还有1和2。
(2)根据探究(1)的方法可知仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有2和5，1、3、4、6、8中任意两组的组合。(3)本实验中影响反应速率的其他因素还有温度和催化剂，其实验序号是分别是7(与6比较)和9(与8比较)。(4)实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15℃)相近，其原因是反应物物质的量相差无几，溶液体积相同，放热总值相差无几，故溶液的温度变化值(约15℃)相近。
答案：(1)固体表面积。固体表面积越大。1和2。(2)2和5，1、3、4、6、8中任意两组的组合。(3)温度和催化剂。7、9。(4)实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15℃)相近，其原因是反应物物质的量相差无几，溶液体积相同，放热总值相差无几，故溶液的温度变化值(约15℃)相近。
三、方案评价型：分析此类探究题时应注意：(1)根据试题的要求，利用自己的知识，仔细分析每个方案的可行性。(2)对每个方案进行优劣评价。评价的角度常见有绿色化学(环保)、原子经济、实验条件的可行性等。
例3、某化学课外兴趣小组在做铜与浓硝酸、稀硝酸反应实验时发现：“相同质量的铜分别与等体积且足量的浓硝酸、稀硝酸充分反应后，前者溶液颜色是绿色的，后者溶液的颜色是蓝色的。”⑴一种观点认为：这可能是Cu2+浓度差异的结果，你同意这种看法吗?(填“同意”或“不同意”)___________,原因是_______。⑵另一种观点认为：溶液呈绿色是铜与浓硝酸反应时产生的NO2溶于过量浓硝酸显黄色，加上和蓝色的硝酸铜溶液混在一起，使溶液呈绿色。为了验证推断是否正确，甲、乙、丙三位同学分别设计了三种方案进行验证：
甲同学方案：将盛绿色溶液的试管加热，看是否有红棕色气体产生。
①你认为甲同学的方案是否妥当?为什么?______________________。
②乙同学方案：用双氧水和二氧化锰制得氧气，并把氧气通入绿色溶液中，观察其溶液是否变蓝色。请用方程式表示其中的反应原理__________________。
③丙同学方案：在通风橱内，将一根下端弯成螺旋状且可抽动的铜丝插在盛有足量浓硝酸的试管甲中，立即可观察到试管中充满红棕色的NO2气体。将气体经导管通入到倾斜的另一支盛有淡蓝色Cu(NO3)2试管乙中，随着实验进行，试管乙中的溶液蓝色加深，很快又变成绿色，继续通入NO2，绿色保持不变，向上抽起铜丝，使反应停止。 写出铜与浓硝酸反应的离子方程式_____________________________。
④从环保的角度看，你认为三个方案中最好的是哪一个__________，其原因是_ 。
解析：(1)因“足量的浓硝酸、稀硝酸且体积相同，与相同质量的铜反应”，所以c(Cu2+)相同，此观点不正确。(2)①加热的目的是赶出溶液中的NO2气体，但是忘记了4HNO3=2H2O+4NO2+O2，所以甲同学的方案不妥当。②乙同学方案妥当。既然硝酸铜溶液的“绿色”是溶解了NO2的缘故，氧气通入，4NO2+O2+2H2O=4HNO3，“绿色”应变为蓝色。此即“对症下药”验证法。③丙同学方案也可以，此即反向验证法。
答案：
(1)不同意。因为铜片质量相同，溶液体积相同，生成的铜离子浓度相同。
(2)①不妥当，硝酸是过量的，即使溶液里没有二氧化氮，加热过程中因为硝酸的分解也会产生二氧化氮，应当通过观察其溶液是否变蓝色来加以验证
②4NO2+O2+2H2O=4HNO3.③Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2+2H20.④乙，因为乙方案中没有有毒气体产生。
四、完善实验型：分析此类探究题时应注意：(1)通读全题可知实验目的，实验目的和实验结论的概括要完整、简练，化学用语要规范，语言要符合逻辑。(2)考虑问题要仔细、全面。
例4、已知化合物甲和乙都不溶于水，甲可溶于质量分数大于或等于98%的硫酸，而乙不溶。现有一份甲和乙的混合物样品，通过实验进行分离，可得到固体甲。(实验中使用的过滤器是用于过滤强酸性液体的耐酸过滤器)
请填写表中空格，完成由上述混合物得到固体甲的实验设计。
序号
实验步骤
简述实验操作（不必叙述如何组装实验装置）
①
溶解
将混合物放入烧杯中，加入98%H2SO4,充分搅拌直到固体不再溶解
②
③
④
⑤
洗涤沉淀
⑥
检验沉淀是否洗净
解析：此题能考查学生是否真正做过实验并具有设计实验亲自动手完成实验的能力。特别是分离过程中要使用浓H2SO4这种特殊溶剂，对学生实验能力，特别是实验中注意事项是很好的考查。利用混合物中各种物质在一种溶剂中溶解度的不同，进行分离，是中学化学实验的基本要求。本题中用来分离甲、乙两种化学合物的溶剂比较特殊，是98%的浓H2SO4。因此本题除考查设计简单的实验能力及溶解、过滤、沉淀洗涤等实验基本操作外，还重点考查使用浓H2SO4安全操作。
题中所涉及的甲和乙两种化学合物在实际中如1，8-二硝基萘(
)和1，5-二硝茎萘(
)两种异构体就具有此性质。本题中样品经溶解、过滤、稀释(或沉淀)、过滤、洗涤五个实验步骤可以得到固体甲。实验时，首先将混合物样品放入大小适宜的烧杯中，加入适量98%的浓H2SO4，充分搅拌后过滤，滤液为甲的浓H2SO4溶液。再将滤液倒入水中稀释，充分搅拌，分离出化合物甲。在操作中要特别注意安全。
(1)为避免浓H2SO4洒到仪器外边或沾到手上在转移液体时一定要沿玻璃棒慢慢加入。
(2) 由于浓H2SO4溶液稀释时会放出在量的热因此从化合物甲的浓H2SO4溶液中使甲析出时，一定是边搅拌、边把甲的浓H2SO4溶液慢慢加到水中，而不能反其道而行之。
(3)为使混合物中的甲充分溶解到浓H2SO4中并使甲从浓H2SO4溶液中充分析出。在①、
③两步操作中都要注意充分搅拌溶液。
答案如下：
序号
实验步骤
实验操作及注意事项（简述）
①
溶解
将混合物放入烧杯中，加入98?H2SO4，充分搅拌直到固体不现溶解
②
过滤
安装好过滤装置，将①的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器中过滤
③
稀释
（或沉淀）
在另一烧杯中，放适量蒸馏水，将②的滤液沿用玻璃棒慢慢加入该烧杯中，并不断搅拌
④
过滤
重新安装过滤装置，将③的悬浊液沿玻璃棒加入过滤器中过滤
⑤
洗涤沉淀
向④的过滤器中注入少量蒸馏水，使水面浸过沉淀物，等水滤出后，再次加水洗涤，连洗几次
⑥
检验沉淀
是否洗净
用小试管从⑤漏斗下口取少量洗出液，滴入BaCl2溶液，没有白色沉淀，说明沉淀已选净
五、原理探究型： 分析此类探究题时应注意：(1)对于题中的异常现象要根据自己的原有知识进行大胆的排查、推测。(2)推测的正确性要靠实验的验证，如题中已给出了验证试验，要仔细分析其是否合理;如题中没给出了验证试验，自己要设计合理的实验验证。
例5、某研究性学习小组研究HNO3的氧化性，设计了如下实验：
在盛有新制FeSO4稀溶液的试管中滴入2滴KSCN溶液，观察现象，然后再滴入几滴浓HNO3，溶液的颜色变红，但是将红色溶液放置一会儿则发现溶液由红色快速变为蓝色，并产生红棕色气体，这一奇特现象激起了同学的好奇心与求知欲望，对此现象设计了探究性实验。
⑴甲同学认为是溶液中的Fe2+的干扰造成的，大家经过理性分析，认为可以排除Fe2+的干扰，理由是_____________。
⑵乙同学认为红色消失，说明Fe(SCN)3被破坏，红棕色NO2说明了某些离子与HNO3发生了氧化还原，推测可能是KSCN与HNO3作用。 根据乙同学的观点，设计了实验方案1，往浓HNO3中逐滴加入KSCN溶液，实验开始时无明显现象，一段时间后溶液慢慢变红色至深红色，突然剧烈反应产生大量气泡，放出红棕色气体，而溶液红色消失变为浅绿色，溶液温度升高;继续滴入KSCN，溶液变为浅蓝色，最后变成无色。将产生的气体通入过量的Ba(OH)2溶液，产生浑浊，并剩余一种非极性气体;向反应后的溶液中加入BaCl2溶液产生白色沉淀，加足量盐酸白色沉淀不溶解。写出向浓HNO3中滴入KSCN的离子方程式______________________。
⑶丙同学认为SCN-的性质还可进一步探究，设计了方案2，向Fe(SCN)3中分别滴加过量的氯水、溴水，溶液的红色均消失变为黄色，而加入碘水时溶液的颜色基本不变。丙同学的设计意图是____________________________。
⑷通过本次探究，可以得出以下结论，a、用SCN-间接检验Fe2+时应注意___________;b、与SCN-反应使溶液变红的不一定是Fe3+。
解析：⑴甲同学的观点显然错误,因滴入几滴浓HNO3后亚铁离子已被氧化成三价铁离子。
(2)乙同学的观点是有道理的，同时也验证了浓HNO3与KSCN反应使溶液颜色变化符合题中现象。浓HNO3与KSCN反应时由题中叙述可知其产物有NO2、CO2、非极性气体应为N2、溶液中还有SO42-。
(3)方案2中“黄色”应为Fe3+颜色，说明Fe(SCN)3被破坏，氯水、溴水氧化了SCN-，而碘水不能氧化了SCN-。说明硫氰根离子的还原性比氯离子、溴离子的还原性强，硫氰根离子的还原性比碘离子的还原性弱。
⑷通过本次探究可知：用SCN-间接检验Fe2+时应注意要加入氧化剂，但氧化剂不要过量，否则即使出现红色也不见得是Fe3+的现象，当然也不能确定Fe2+的存在。
答案：
(1)滴入几滴浓HNO3后亚铁离子已被氧化成三价铁离子。
(2)2SCN- + 20H+ + 22NO3-===2SO42- + 2CO2 + N2 + 22NO2 + 10H2O
(3)比较硫氰根离子与氯离子、溴离子、碘离子的还原性强弱。
(4)加入氧化剂如氯气等必须少量。