探究性实验题

1、探究性实验题东莞中学松山湖学校 童建军一、什么是探究性实验题？探究型试题涉及的知识一般为课内知识，其中注重的是研究问题、分析问题的过程和方法，设问点可以是问题的名称，信息、数据整合与应用，实验过程的完善、分析、比较、评价和改进，对给出实验现象的解释（尤其是异常现象的解释），根据实验对未知实验现象的大胆预测等。二、解答探究性实验题的策略 （1）科学性原则：所设计的实验应该符合科学道理，不能凭空捏造，也就是说实验必须符合最基本的化学原理：反应能够自发进行；反应符合氧化还原反应规律；能够用化学平衡移动原理加以解释。（2）对照性原则：设计一个对照性的实验的目的是为了使实验更加说明问题，一定要有正反两个

2、方面的实验；（3）等量性原则：实验设计中会有平行反应，所有平行反应所用试剂的取用应该是等量的；（4）单因子变量原则：对某个实验的影响，会有很多的因素，实验正是要人为控制条件，在众多变量中，只能有一个因素是变量，其余几个是一样的。三、探究性实验题的题型分析1、数据分析探究型【方法点拨】分析此类探究题时应注意：观察数据要全面、仔细；结合已有知识，分析角度要全面；影响变量要遵循“控制变量”的原则。【典型例题】(2007年高考广东卷) “碘钟”实验中，3II3 2SO42 的反应速率可以用I3 与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。某探究性学习小组在20 进行实验，得到的数据如下

3、表：实验编号c(I)/ mol·L1c()/mol·L1t/st1回答下列问题：(1)该实验的目的是_。(2)显色时间t1_。(3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律，若在40 下进行编号对应浓度的实验，显色时间t2的范围为_(填字母)。(A)22.0 s (B)22.0 s44.0 s (C)44.0 s (D)数据不足，无法判断(4)通过分析比较上表数据，得到的结论是_。解析：本题通过提供碘钟实验的有关数据，要求分析影响化学反应速率的因素，体现了对数据处理、提出假设与归纳推理等探究学习能力的考查。5组实验数据每组都是两个反应物浓度与反应时间对应，反应物浓度明显地不

4、是随意任取的，而是经过设计有规律地变化，显色时间则间接代表了反应速率，因此实验目的是为了考查反应物浓度与反应速率的关系。第、和三组数据组成一个系列，其中c(SO42)保持不变，而c(I)按倍数递增，比较第、组的t值发现它是按倍数递减的，因此推断在c(SO42)保持不变时t与c(I)成反比，因而t1 = 88.0 s × 0.040 mol·L1 /0.120 mol·L1 = 29.3 s。题中指出“温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律”，这个一般规律就是反应速率随温度升高而增大。表中数据是20获得的，若在40下进行编号对应浓度的实验，相应反应速率应当增大，反

5、应时间则减小，即小于表中所对应的22.0 s，因此选择A为答案。作为结论，应当总结出规律。定量型的探究实验应得到定量型的规律。由上述对第（2）题的分析已经推断出c(SO42)保持不变时t与c(I)成反比，而比较第、两组实验数据又可以分析得出c(I)保持不变时t与c(SO42)成反比。进一步归纳，可得到t与c(SO42)和c(I)的乘积成反比，或者说反应速率与两个反应物浓度的乘积成正比这样的结论。答案：（1）研究反应物I与S2O82的浓度对反应速率的影响；（2）29.3 s；（3）A；（4）3I + S2O82 = I3 + 2SO42的反应速率与反应物起始浓度乘积成正比（或显色时间与反应物起始

6、浓度乘积成反比）。【变式练习】(2007年高考海南卷)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·L1V(H2SO4)/mL溶液温度/金属消失的时间/s反应前反应后1丝5020345002粉末502035503丝5020362504丝5020352005粉末502036256丝5020351257丝503550508丝5020341009丝50304440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

7、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

8、是7（于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)固体反应物的表面积；表面积越大；1和2(或4和5) (2)1、3、4、6、8；或2和5 (3)反应温度；6和7，8和9 (4)可能是硫酸过量，金属全反应，放出的热量相等，所以使等体积溶液的温度升高值相近。2、实验方案评价型【方法点拨】分析此类探究题时应注意：（1）根据题的要求，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

9、、实验条件的可行性等。【典型例题】（2007年高考上海卷）某课外研究小组，用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应制取胆矾。其设计的实验过程为：（1）铜中含有大量的有机物，可采用灼烧的方法除去有机物，灼烧时将瓷坩埚置于 上（用以下所给仪器的编号填入，下同)，取用坩埚应使用 ，灼烧后的坩埚应放在 上，不能直接放在桌面上。实验所用仪器：a、蒸发皿 b、石棉网 c、泥三角d、表面皿e、坩埚钳f、试管夹（2）杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，用以制取胆矾。灼烧后含有少量铜的可能原因是 a、灼烧过程中部分氧化铜被还原 b、灼烧不充分铜未被完全氧化c、氧化铜在加热过程中分解生成铜 d、该条件

10、下铜无法被氧气氧化（3）通过途径实现用粗制氧化铜制取胆矾，必须进行的实验操作步骤：酸溶、加热通氧气、过滤、 、冷却结晶、 、自然干燥（4）由粗制氧化铜通过两种途径制取胆矾，与途径相比，途径有明显的两个优点是： 、 （5）在测定所得胆矾（CuSO4·xH2O）中结晶水x值的实验过程中：称量操作至少进行 次（6）若测定结果x值偏高，可能的原因是 a、加热温度过高 b、胆矾晶体的颗粒较大c、加热后放在空气中冷却 d、 胆矾晶体部分风化解析：本题通过以杂铜为原料，经过一系列实验操作及化学变化，设计制备胆矾晶体，是一个综合性的实验试题，对实验设计、反应原理、实验操作步骤及实验评价等进行全面考查

11、，试题突出基础，又体现对实验能力的测试。（1）属于基本实验操作，再加上从备选答案中进行选择，比较容易得出；（2）杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，所以有可能铜未被完全氧化。当然，由于杂铜中含有有机物，在灼烧时有机物也可能将氧化铜还原（如乙醇），所以a、b正确；（3）从反应过程看，胆矾要从溶液中析出，所以过滤后要对溶液进行蒸发（有学生选洗涤，那是对滤渣的处理），冷却结晶，即有晶体析出，通过过滤得出晶体，风干即得纯净胆矾晶体；（4）是对两个方案的评价，由于粗制氧化铜中含有铜单质，采取方案I必须通过与浓硫酸反应才能充分反应，反应过程中伴随着二氧化硫的产生，同时制备等量的胆矾消耗硫酸的量

12、也较多，而方案II则相反；（4）在测定胆矾结晶水时，首先要称量空坩埚的质量，称取一定量的胆矾晶体，加热后冷却后称量，然后再加热冷却再称量，使两次质量差少于，因此至少称量4次；（5）通过对实验进行分析，质量变化越大，测定的X值就越高，因此加热温度过高，使硫酸铜分解，剩下的质量变小，X偏高，胆矾颗粒较大，胆矾在加热时不能充分分解，质量变化较小，X值偏低，加热后在空气中冷却，会吸收一定量的水蒸气，使质量差变小，X值偏低，胆矾晶体部分风化，晶体加热前后质量变化也较小，X值偏低，所以a正确。答案：（1）ceb（2）a b（3）蒸发、过滤（4）产生等量胆矾途径消耗硫酸少 途径不会产生污染大气的气体（5）4

13、（6）a【变式练习】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。”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_。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你认为甲同学的方案是否妥当？为什么？_ 。乙同学方案：用双氧水

14、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_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_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

15、确。（2）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。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”应改变蓝色。此即“对症下药”验证法。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）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。4NO2+O2+2H2O=4HNO3Cu+4H+2NO3-=Cu2+2NO2+2H20

16、乙，因为乙方案中没有有毒气体产生。3、完善实验方案型【方法点拨】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。【典型例题】(2007年高考广东卷)已知某混合金属粉末中，除铝外还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在5以上。请设计合理实验探究该混合金属粉末中铁、铜元素的存在。仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；1 molL-1硫酸、2 molL-1硝酸、2 molL-1NaOH溶液、20KSCN溶液。完成以下实验探究过程：（1）提出假设假设1 该混合金属粉末

17、中除铝外还含有 元素；假设2 该混合金属粉末中除铝外还含有 元素；假设3 该混合金属粉末中除铝外还含有Fe、Cu元素。（2）设计实验方案基于假设3，设计出实验方案（不要在答题卡上作答）。（3）实验过程 根据（2）的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。提示 I. 在答题卡上按以下方式作答，注意前后内容对应； II. 注意文字简洁，确保不超过答题卡空间。 编号实验操作预期现象与结论解析：针对混合金属粉末中除铝外还含有Fe、Cu元素，设计实验方案探究该混合金属粉末中铁、铜元素的存在，首先要考虑到以下4个因素：该混合金属粉末中有铝、铜、铁三种金属粉末，要检验则必需将金属粉末溶解；溶解后，

18、铜离子和铁离子均有颜色，相互之间有干扰，所以在检验铜、铁之前必需将两种金属进行完全分离；铝离子没有颜色，不干扰铜、铁离子通过颜色进行检验，但铝离子的存在会导致铜、铁检验时出现其它实验现象，如出现白色沉淀、沉淀溶解等，所以在检验铜、铁之前最好将铝完全分离掉；试题提供了三种试剂可用来溶解金属粉末，其中，NaOH溶液仅能溶解铝、稀硫酸溶液仅能溶解铁，而硝酸对三种金属均具有溶解作用。根据题意及提供的试剂，可以定下大致的实验方案：先加入过量NaOH溶液完全除去铝，然后加入过量硫酸实现铁、铜完全分离，最后经过滤分离出来的含铁滤液和含铜滤渣分别进行检验。试题所提供的试剂中有KSCN，所以铁的检验最好通过稀硝

19、酸氧化亚铁离子、然后加入KSCN使溶液变血红色来进行。而铜离子的检验则通过用硝酸溶解后溶液呈蓝色（铜离子特征色），为进一步验证，应加入NaOH溶液，能产生蓝色沉淀，则确定金属粉末中含铜。在本试题中还有一个要重点关注的问题就是试剂的用量，在本题中有三个地方要严格控制试剂用量：要想完全除去铝，加入的NaOH溶液必需过量；要想铜、铁完全分离，加入的稀硫酸必需过量；检验铁时，由于稀硝酸是强氧化剂，加入过量的稀硝酸会导致后加入的KSCN被氧化，影响实验结果，所以用稀硝酸氧化二价铁离子时，稀硝酸必需加入少量，不能过量。答案：(1) Fe, Cu (3)  实验操作预期现象与结论用药匙取少许样品，

20、加入试管A中，再用滴管取过量NaOH溶液并滴加到试管A中，充分反应后，静置，弃去上层清液，剩余固体备用。样品部分溶解，并有气体放出。往试管A的剩余固体中加入过量稀硫酸，充分反应后，静置。取上清液于试管B中，剩余固体备用。固体部分溶解，并有气体放出，溶液呈浅绿色，可能含铁。往试管B中加入少许稀硝酸，再滴加KSCN溶液。溶液先变成黄色，加KSCN后呈血红色，结合可知，一定含铁。往中剩余固体中加入稀硝酸，再滴加NaOH溶液。固体溶解，有无色刺激性气体产生并很快变成红棕色，溶液呈蓝色，加NaOH溶液后有蓝色沉淀产生，一定含铜。【变式练习】某种催化剂为铁的氧化物。化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的

21、价态进行探究：将适量稀硝酸加入少许样品中，加热溶解；取少许溶液，滴加KSCN溶液后出现红色。一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为+3的结论。（1）请指出该结论是否合理并说明理由     。（2）请完成对铁元素价态的探究：限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹：3 mol·L-1H2SO4/3 H2O2、6 mol·L-1HNO3/0.01 mol·L-1KmnO4、NaOH稀溶液、0.1 mol·L-1Kl、20 KSCN、蒸馏水。提出合理假设假设1：；假设2：；假设3：。设

22、计实验方案证明你的假设（不要在答题卡上作答）实验过程根据的实验方案，进行实验。请在答题卡上按下表格式写出实验操作步骤、预期现象与结论。实验操作预期现象与结论步骤1：步骤2：步骤3：答案：(1)   该结论不正确。稀HNO3有强氧化性，若该铁的价态为+2价，则被氧化为+3价同样可使KSCN溶液变血红色。(2) 假设1：催化剂中铁元素的价态为+3价；假设2：催化剂中铁元素的价态为+2价；假设3：催化剂中铁元素的价态既有+3价也有+2价。 实验操作预期现象与结论步骤1：将适量稀H2SO4加入少许样品于试管中，加热溶解； 溶液呈黄绿色，说明溶液中含Fe2+或Fe3+。步骤2：取少量

23、溶液，滴加酸性KMnO4溶液。若KMnO4溶液的紫红色褪去为无色溶液，则说明催化剂中铁元素的价态含+2价；若不褪色，则说明催化剂中铁元素的价态不含+2价。步骤3：另取少量溶液，滴加KSCN溶液。若溶液变为血红色，则说明催化剂中铁元素的价态含+3价；若溶液无明显变化，则说明催化剂中铁元素的价态不含+3价。4、物质性质探究型【方法点拨】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实验，自己要设计合理的实验验证。【典型例题】（2006年高考全国理综I)在呼吸

24、面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。，请选用适当的化学试剂和实验用品，用上图中的实验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂。A是制取C02的装置。写出A中发生反应的化学方程式：_。填写表中空格： 仪器 加入试剂 加入该试剂的目的 B 饱和NaHC03溶液 C D 写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式：_。 试管F中收集满气体后，下一步实验操作是：_。解析：本题的命题意图是验证Na2O2的性质（所谓供养剂是因其与水或二氧化碳反应能提供氧气）。涉及知识点较多，有一定的综合性。实验目的就是验证过氧化钠与水或二氧化碳的反应。实验仪器中的A是二氧化碳发生装置，B、D是除杂装置，C是反应装置，E是收集装

25、置。本实验可能存在的杂质气体有：制取二氧化碳是的HCl和水，但由于过氧化钠与二氧化碳和水都能反应产生氧气，故水不必除去。本题涉及CO2实验室制法，实验室用碳酸钙和盐酸反应指取CO2所得气体中，由于盐酸具有挥发性，所制备气体中含有氯化氢气体和水蒸汽，氯化氢气体也会与过氧化钠反应，因此需要用饱和碳酸钠溶液进行洗气，以除去HCl气体，水蒸汽和CO2气体都会与过氧化钠反应生成氧气，所以不必除去水蒸汽，紧接着，让含有少量水蒸汽的CO2气体通过过氧化钠（过氧化钠是粉末状物质，为了防止被气体吃入导气管，最好是用石棉绒包住过氧化钠）进行反应，然后用氢氧化钠除去位反应的CO2，最后用排水法收集氧气，进行检验。不

26、难看出题目涉及知识点都来自课本中的主干知识，要求学生在备考时一定要重视课本。并规范答题。答案：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2B：饱和NaHCO3、除CO2中的HCl；C：Na2O2粉末、反应物；D：NaOH溶液、除去未反应的CO2(注：C中实际加入过氧化钠和石棉绒的混合物，这里只要求填写化学试剂)2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2把E中的导管移出水面，关闭分液漏斗活塞，用姆指堵住试管口，取出试管，立即把带火星的木条伸入试管口内，木条复燃，证明试管中收集的气体是氧气。【变式练习】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。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_。乙同学认为红色消失，说明Fe(SCN)3被破坏，红棕色NO2说明