专题五化学实验与科学探究.docx
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专题五化学实验与科学探究
专题五：
化学实验与科学探究
[命题趋向]
1．高考实验试题的强调"独立、探究、创新"。
分析这几年实验试题，一般是30分实验试题中有10-15分是考查基本实验的基本操作，只要学生在学习过程中独立做过实验就能顺利答出；15-20分是要通过创新思考才能得分的。
基本实验内容的分数、课本实验的变化的分数比例约占2:
3。
2．近几年高考的理科综合卷中，对实验的考查比例、对实验考查的要求都在提高。
这种提高，主要并不是实验试题比例的提高，而是对思维广阔性、敏捷性要求的提高，是对动手进行实验操作、掌握实验基本技能的要求提高，也是对实验技能在实际应用中的要求的提高。
在实验试题中，命题者着力体现了"做与不做效果不一样，开放做与封闭做效果也不一样，保守做与创新做效果会更不一样"的命题思想。
实验试题地位的提高，与《高中新课程标准》的理念是一致的。
我们以化学学科中"化学实验安全常识"这一内容为例，将《考试大纲》《教学大纲》和《高中新课程标准》进行对比（如下表）：
《考试大纲》
会处理实验安全问题
《教学大纲》
遵守实验室规则，注意安全操作，并了解实验室一般事故的预防和处理方法。
《普通高中课程标准》
形成绿色化学的观念，强化实验安全意识。
能识别化学用品安全使用标识。
从中可发现《新课程标准》中对实验的要求明显提高了，复习中要研究《新课程标准》、新教材，把握这种变化趋势。
在今后的高考试题中，肯定会更进一步地体现《新课程标准》的理念。
3．与以往的实验试题比较，近几年的高考实验试题的考查范围逐渐扩大，能力要求也逐渐提高了。
可简单地用下图来表示：
从理科综合的全卷分析，物理、化学和生物三学科的实验试题考查落点各有侧重。
如2003年理科综合卷中的物理实验题，考查了实验数据的收集（游标卡尺的读数方法等）、实验资料的加工处理（涉及到有效数字的处理、实验数据的取舍、画图法电阻）等，主要考查了设计和完成实验能力中的（4）、（5）、（6）三项能力要素；化学实验题考查了化学实验基本操作（硫酸亚铁的保存、加热法除去水溶液中的氧气等）、实验现象的解释和基本实验的变化等，主要考查了设计和完成实验能力中的（3）、（7）等能力要素；新课程卷中的生物实验题主要考查实验步骤的设计，主要考查了设计和完成实验能力中的
（2）、（3）等能力要素。
三门学科的实验试题恰好组合成一个整体，对科学探究的全过程进行较完整的考查。
[知识体系和复习重点]
1．常用仪器的识别和使用
《考试说明》中的要求是：
了解常用化学仪器的主要用途和使用方法；能绘制和识别典型的实验仪器装置图。
值得重视的是，常用实验仪器的识别和使用是高考实验题测试的热点之一。
根据高考命题特点，对此应达到下列要求：
第一，能根据实物（或装置图）写出仪器名称，熟悉各种仪器的主要用途；第二，熟练常用仪器的正确使用方法；第三，了解各种仪器的构造，能随手画出常用仪器的示意图。
常见仪器和分类如下：
2．化学实验基本操作
化学实验基本操作是化学实验的基础。
《考试说明》中只是要求"掌握化学实验的基本操作"，没有限定范围，为高考命题留下相当的空间。
研究往年高考试题，这部分内容学习中应把握以下几点：
第一，熟练掌握《教学大纲》规定范围内的化学实验基本操作规范，并能书面表达出来；第二，不仅要熟悉基本操作要领，而且知道为什么要这样操作；第三，了解特殊情况特殊的实验操作要求；第四，理解相关实验操作的异同、类似实验现象的差异、相近实验方法的联系。
目前阶段，重点范围是：
3．化学实验安全常识
经常考到的化学实验安全内容有以下几点：
（1）安全操作规则。
如，气体点燃前须先验纯、有毒气体应在通风橱制取、使用有毒气体应注意尾气的处理、液体加热应防暴沸、加热法制气体和排水法收集气体结束时应先将导管从水中取出再熄灭酒精灯、一些实验中还需要加装安全瓶等等。
（2）实验废液处理方法。
如，过氧化物与有机物、硝酸盐跟硫酸、硫化物跟酸类、高锰酸钾跟浓盐酸等废液不能混合；再如，用剩的钠、钾、白磷等易燃物和氯酸钾、过氧化钠等强氧化剂不可随便倒入废液缸中。
（3）灭火器的种类和使用。
（4）常见事故的处理。
如下表：
常见事故
处理方法
酸液流到桌上
立即加适量NaHCO3至不再有气泡产生为止，再用水冲洗后，用抹布擦干。
若酸量少，湿抹布擦干即可，最后用水冲洗抹布。
酸液（非浓硫酸）沾到皮肤上
立即用较多的水冲洗，再涂上3%~5%的NaHCO3溶液。
浓硫酸沾到皮肤上
迅速用布拭去，再用水冲洗。
千万不得先用水冲洗。
碱液沾到桌上
立即加适量稀醋酸中和，再用水冲洗，最后用抹布擦干。
若只有少量，用湿抹布擦干即可，再冲洗抹布。
碱沾到皮肤上
立即用较多的水冲洗，再涂上硼酸溶液。
酒精灯不慎碰倒起火
立即用沙子或湿布盖灭
温度计水银碰破
可用硫粉覆盖吸收
液溴或苯酚沾到皮肤上
应用酒精擦洗
金属钾、钠、镁等起火
应用沙子盖灭
误服铜盐、汞盐等重金属盐
喝豆浆、牛奶或鸡蛋清解毒
4．常见气体的制取
《考试说明》、《教学大纲》和《普通高中课程标准》中这方面的要求比较一致。
中学化学中涉及到10余种常见气体的实验室制法。
从高考要求来看，应达到如下水平：
第一，掌握常见气体的制取方法；第二，能够灵活运用有关气体制取的实验的规律和方法解决新问题。
不仅要掌握课本中的常规方法，还要能够分析课本未曾出现过的其它制取气体方法。
如，氧气可以用MnO2作催化剂使过氧化氢分解的方法来制取、氯化氢可以用浓盐酸中滴加浓硫酸的方法来制取、氨气可以用将浓氨水滴入生石灰的方法制取。
主要内容可归纳为：
5．性质实验
从目前阶段来看，主要应达到下列要求。
第一，掌握常见物质制备实验（如乙酸乙酯、酚醛树脂、氢氧化亚铁、氢氧化铝等）；第二，能熟练地完成常见气体、常见离子、常见有机物的分离提纯和鉴别等实验；第三，能把物质性质实验跟元素周期律、电解质溶液、化学平衡等基本理论知识联系起来，能用实验手段来探究、验证重要基本理论中一些规律。
从内容上看可概括成下图：
6．课外实验和实验创新
现行高中化学课本中增设了家庭实验专栏，新课程标准也为学生做课外实验提出了要求。
学习化学的一个关键是要培养用化学视角观察和分析实际问题的能力，用化学实验方法来探究生活问题是提高实践能力一条重要途径。
《普通高中课程标准》对实验创新也提出了要求。
中学化学实验的创新有多方面的含义，主要有以下几点：
第一，开发化学常用实验仪器的的新功能；第二，能系统地、联系地理解中学化学实验内容，能灵活应用基本的实验操作要领，并对此进行重新组合以完成新的实验，解决新的实验问题；第三，各部分知识和实验技能的综合应用。
[典型题析]
[例1]实验室中欲使1.6g氧化铁完全被还原，事先准备的CO在标准状况下的体积为（）
（A）336mL （B）672mL （C）大于672mL （D）小于336mL
[解析]这道看起来象是一道化学计算题，实际上主要考查实验基本操作规范。
根据实验操作规范，在CO气体还原氧化铁的实验的开始阶段，必须先在装有氧化铁的试管中通入CO气体，使CO气体充满试管；在氧化铁完全被还原停止加热后，必须再通入CO气体，直到试管中反产物冷却为止。
即应"先通后撤"。
所以必定有一部分CO气体未跟氧化铁反应而流出，通入CO气体的总量必定要超过计算值。
答案选C。
[例2]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，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]主要考查了物质溶解、过滤、沉淀洗涤等基本操作。
浓硫酸稀释过程中应特别注意，不能将浓硫酸倒入水中。
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，搅拌直到固体不再溶解。
②
过滤
装好过滤装置，将①中悬浊液沿玻璃棒加入过滤装置中进行过滤
③
稀释（或沉淀）
在另一烧杯中,放入适量蒸馏水,将②中滤液沿玻璃棒慢慢加入该烧杯中,并不断搅拌。
④
过滤
重新装一过滤器，将②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，等滤出水后，再次加水洗涤，连续2~3次。
⑥
检验沉淀是否洗净
用小试管从⑤的漏斗下口取出少量洗出液，滴入氯化钡溶液，若没有白色沉淀，说明沉淀已洗净。
[例3]根据下图中A-D的实验装置和试剂进行实验，试剂：
①盐酸、②溴水、③亚硫酸钠、④FeS、⑤CuSO4溶液、⑥品红溶液。
（1）装置A主要是由仪器_______等组装起来的，该装置作为反应器可以制备O2、H2、HCl、Cl2、CO2、H2S、SO2、NH3等气体中的__________气体。
（2）要制取二氧化硫气体，证明它既有氧化性又具有还原性，并组装一套装置：
Ⅰ．按实验连接的顺序，把a-f各导管口连接起来____________（填接口序号）。
Ⅱ．上述A-C装置中，放入的试剂是A_________B________C_______（填序号）。
Ⅲ．表现二氧化硫还原性的实验是在___________装置中，现象为___________。
表现二氧化硫氧化性的实验是在___________装置中，现象是___________。
D装置连接的烧杯中氢氧化钠溶液的作用是_______________。
[解析]试题主要考查有关气体制取的知识。
（1）A装置是由分液漏斗、圆底烧杯、双孔塞（带导管）组装而成，根据课本中学过的知识可知，该装置可用来制取氢气、氧气、二氧化碳、硫化氢、二氧化硫气体。
但要注意这里也要充分考虑课本中未曾出现的制取气体方法，如实验还可用高锰酸钾跟浓盐酸反应制氯气、氯酸钾跟浓盐酸反应制氯气、二氧化锰作催化剂使过氧化氢分解制氧气、过氧化钠跟水反应制氧气、浓盐酸跟浓硫酸作用制氯化氢等，这些方法都不需要加热，都可用装置A。
所以，题给的8种气体都可以用A装置来制取。
（2）这一问较简单。
答案为：
Ⅰ．A-c-d-e（f）-b-f（e）。
Ⅱ．A中①③；B①④；C②。
Ⅲ．C；溴水橙黄色褪去。
D；锥形瓶壁上有淡黄色固体生成。
吸收未反应完的硫化氢或二氧化硫气体，防止污染空气。
[例4]某种胃药片的制酸剂为碳酸钙，其中所含的制酸剂质量测量的实验步骤如下：
①需配制0.1mol·L-1的盐酸和0.1mol·L-1的氢氧化钠溶液；
②每次取一粒（药片质量均相同）0.2g的此胃药片，磨碎后加入20.00mL蒸馏水；
③以酚酞为指示剂，用0.1mol·L-1的氢氧化钠溶液滴定，需用去VmL达滴定终点；
④加入25.00mL0.1mol·L-1的盐酸溶液。
（1）写出实验过程的步骤（写编号顺序）______________。
（2）如图所示的仪器中配制0.1mol·L-1盐酸溶液和0.1mol·L-1氢氧化钠溶液肯定不需要的仪器是（填序号）___________，配制上述溶液还需要的玻璃仪器是（填仪器名称）_____________。
（3）配制上述溶液应选用的容量瓶的规格是（填字母）__________________。
（A）50mL、50mL （B）100mL、100mL （C）100mL、150mL （D）250mL、250mL
（4）写出有关的化学方程式_____________________________。
（5）胃药中含碳酸钙的质量是______________________________________。
[解析]这是中和滴定与一定物质的量浓度溶液配制的两个定量实验之间的综合，也是化学实验与化学计算的综合。
（1）这一问主要是为了考查学生对中和滴定实验过程的理解程度而设问的。
根据定量实验的要求，为了保证所得滴定结果的准确度，同一样品溶液要重复滴定2~3次。
所以，操作步骤应为：
①②④③②④③（或②①④③②④③）。
但有好多学生没有考虑要重复滴定一次，错误的答成①②④③。
（2）配制一定物质的量浓度的溶液，要用到玻璃棒、烧杯、胶头滴管、容量瓶、量筒、托盘天平等仪器。
A、C两种仪器用不到；还需要玻璃棒、烧杯两种仪器。
（3）要滴定2次以上，所以样品溶液的总体积应超过75mL，应选B。
（4）CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2OHCl+NaOH=NaCl+H2O
（5）[2.5×10-3-5×10-5（V1+V2）]×100g
[例5]"过氧乙酸"是当前抗"非典"中广泛用于医院、地壁、门窗、汽车等方向的消毒液。
下面是市售过氧乙酸商品标签：
过氧乙酸
甲、乙溶液各500mL用法：
把本品甲溶液1份，乙溶液1份在玻璃或塑料容器内混合放24小时，即可稀释使用
技术要求
含量不少于10%，一般可以用50倍纯水稀释使用（浓度为0.2%）
（1）配制过氧乙酸消毒液的甲、乙溶液的主要成分各是什么？
某校研究性学习小组为此进行以下研究，请你完成下列相关内容：
①查阅资料：
过氧乙酸消毒液是由H2O2、H2O、CH3COOH及少量H2SO4混合后，反应生成过氧乙酸（CH3COOOH）为主要消毒成份的溶液。
CH3COOOH容易放出原子氧，它与空气中微生物机体作用，达到灭菌目的。
H2O2在酸性介质中稳定，是一种强氧化剂。
②提出假设：
___________________________。
③实验验证：
实验主要步骤
实验主要现象
④得出结论：
_________________________________________________。
（2）该校根据抗"非典"消毒要求，急需配制0.2%过氧乙酸消毒液1m3，需要购进甲、乙溶液各多少瓶？
[解析]
（1）根据资料，过氧乙酸易分解放出原子氧，过氧化氢在酸性介质能稳定存在。
所以过氧化氢、乙酸不能共存于甲（或乙）同一溶液，过氧化氢宜跟硫酸共存于同一溶液中。
所以可出如下假设：
甲溶液的主要成分是H2O2、H2O、H2SO4；乙溶液的主要成分是CH3COOH、H2O。
根据以上假设，两溶液都显酸性，加入石蕊、甲基橙等指示剂都能显色，但在过氧化氢存在的溶液中有会由于漂白作用而褪成无色。
利用这一特征可设计如下操作步骤：
取少量甲、乙溶液，分别加入滴几滴紫色石蕊试剂（或甲基橙试剂），充分振荡。
实验主要现象为：
甲溶液先变红色，后又褪为无色；乙溶液由无色变成红色。
由此可证明以上甲溶液的主要成分是H2O2、H2O、H2SO4，乙溶液的主要成分是CH3COOH、H2O。
假设成立。
（2）（1m2×106mL/m3÷50）/（500ml/瓶×2）=20瓶。
[例6]已知NH3与CuO在加热条件下发生如下反应：
3CuO+2NH3=N2+3Cu+3H2O
某学校化学兴趣小组要证明如图A装置中产生的气体成分。
请从下图中选择适当的装置（各装置可以重复使用）完成下列各个问题：
（1）正确的排列序号为____________。
（2）D中盛装____________试剂，作用是___________________。
（3）C装置需使用二次，它的第一次作用是_________，第二次作用是___________。
（4）B装置的作用是_____________。
[解析]试题主要考查实验设计能力。
仔细阅读试题后可发现，题中要求的实验目的是"证明A装置中产生的气体成分"。
特别要注意的是，在氯化铵溶液中加入金属钠，反应后会产生NH3、H2两种成分，所以实际上要求证明的气体有两种，实验设计中要考虑两种气体检验时会不会相互干扰、根据怎样的先后顺序加以检验才不会相互干扰等等。
（1）由于氨气、氢气两种物质都能跟氧化铜反应，所以实验设计中要特别注意这一点。
根据氨和氢气的性质，可以用石蕊试纸来检验氨气，用灼热的氧化铜检验氢气。
为了防止氨气对检验氢气的干扰，就先检验氨气，再把过量的氨气吸收完后，最后检验氢气。
所以装置的连接顺序应为：
A→C→D→C→B。
（2）D装置中应盛装浓硫酸，用于吸收过量的氨气。
（3）第一个装置C是用来检验是否有氨气；第二个装置C是用于检验氨气是否已被完全吸收。
（4）检验是否有氢气生成。
[考题预测和专题训练]
1．现有50mL某溶液，需加热，可供选择的仪器有①试管、②50mL烧杯、③100mL烧杯、④试管夹、⑤坩锅、⑥三角架、⑦泥三角、⑧石棉网、⑨酒精灯，正确的组合是（）
（A）①④⑧⑨ （B）③⑥⑧⑨ （C）⑤⑥⑦⑨ （D）②⑥⑧⑨
2．只用胶头滴管和试管，不用其它试剂无法把下列各组溶液检验开来的（浓度均为0.1mol·L-1）是（）
（A）氯化钙和碳酸钠溶液 （B）硝酸银溶液和氨水
（C）稀硫酸和碳酸钠溶液 （D）偏铝酸钠和盐酸溶液
3．下列对实验仪器名称的标注或实验操作，正确的是（）
4．分离和提纯下列各混合物的方法正确的是（）
①乙醇中混有苯酚（蒸馏） ②二氧化硅中混有碘（升华）
③硝酸钾中混有氯化钠（结晶） ④氢氧化铁胶体中混有氯化铁（水解）
⑤生石灰中混有石灰石（溶解过滤） ⑥乙酸乙酯中混有乙酸钠溶液（萃取分液）
⑦食盐中混有氯化铵（加热） ⑧高级脂肪酸溶液中混有丙三醇（盐析，过滤）
（A）②④⑤⑥ （B）②③④⑥⑦ （C）①②③⑥⑦⑧ （D）全部
5．用98%的浓硫酸（密度1.84g·mL-1）配制100mL1mol·L-1的稀硫酸。
现给出下列配制中可能用到的仪器：
①100mL量筒②10mL量筒③50mL烧杯④托盘天平⑤100mL容量瓶⑥胶头滴管⑦玻璃棒。
按使用仪器的先后顺序作出的下列排列中正确的是（）
（A）④③⑥⑦⑤⑥ （B）②⑥③⑦⑤⑥ （C）①③⑤⑦⑤⑥ （D）②③⑥⑦⑤⑥
6．为了除去氯化钾中含有的少量硫酸镁的氯化钙杂质，需进行下列六项操作，先后次序正确的是（）。
①加水溶解②加热蒸发得到晶体③加入过量的氯化钡溶液④加入适量的盐酸⑤加入过量碳酸钾和氢氧化钾⑥过滤
（A）①④③⑤⑥② （B）①⑤③④⑥② （C）①③④⑥⑤② （D）①③⑤⑥④②
7．下列实验操作中，仪器需插入液面下的有（）
①制备氢氧化亚铁，用胶头滴管将氢氧化钠溶液滴入硫酸亚铁溶液中；②制备氢气，简易装置中长颈漏斗的下端管口；③分馏石油时测量温度所有用的温度计水银球；④用乙醇制备乙烯时所用的温度计水银球；⑤用水吸收氨气时的导气管；⑥向试管中的氯化钡溶液中滴加稀硫酸。
（A）③⑤⑥ （B）②⑤ （C）①②④ （D）②③④⑤
8．下列物质久置空气中均易变质，其中通过观察法不能确定是否变质的是（）
（A）FeSO4 （B）Na2SO3 （C）C6H5OH （D）CaC2
9．某同学想用实验证明高锰酸钾溶液的紫红色是MnO4-离子的颜色，而不是K+离子的颜色，他设计了下列实验步骤中没有意义的是（）
（A）将高锰酸钾晶体加热分解，所得固体质量减少
（B）观察氯化钾溶液没有颜色，表明溶液中K+无色
（C）在氯化钾溶液中加入适量锌粉振荡，静置后未见明显变化，表明锌与K+无反应
（D）在高锰酸钾溶液中加入适量锌粉振荡，静置后见紫红色褪去，表明MnO4-离子为紫红色
10．下面是一套检验气体性质的实验装置。
向装置中缓慢地通入气体X若关闭活塞，则品红溶液无变化而澄清石灰水变浑浊；若打开活塞，则品红溶液褪色。
据此判断气体X和洗气瓶内溶液Y分别可能是（）
①
②
③
④
X
SO2
H2S
CO2
Cl2
Y
饱和NaHCO3
浓硫酸
Na2SO3溶液
Na2CO3溶液
（A）①④ （B）①②
（C）②③ （D）③④
11．重新阅读课本中有关实验内容，并思考下列问题：
（1）实验室制乙酸乙酯实验中，产物乙酸乙酯是用什么方法从反应装置中分离出来的？
产物乙酸乙酸蒸气是通过什么方法进行冷凝的？
产物乙酸乙酯是什么方法进行提纯的？
（2）实验室制取乙烯的实验中产物乙烯、水蒸气和二氧化硫、二氧化碳的怎样证明？
残留液（大量硫酸）怎样处理？
（3）怎样利用乙醛的制取实验来证明催化剂的功能？
（4）硝酸钾溶液中含有硝酸铁怎样除去？
若是硫酸钾溶液中含有铁离子（硫酸铁）能否用同样的方法除去？
油脂水解怎样判断反应终点（利用溶解性）？
用温度计检别浓硫酸、稀硫酸？
12．用脱脂棉包住约0.2g过氧化钠粉末，置于石棉网上，往脱脂棉上滴水，可观察到脱脂棉剧烈燃烧起来。
（1）由上述实验现象所得出的有关过氧化钠跟水反应的结论是：
第一，有氧气生成；第二，________________。
过氧化钠跟水反应的化学方程式___________，其中还原剂是_____________________________。
（2）某研究性学习小组拟用如图所示装置进行实验，以证明上述结论。
用以验证第一条结论的实验方法是_____________。
用以验证第二条结论的实验方法及现象是_______。
（3）实验
（2）往试管中加水至固体完全溶解且不再有气泡生成后，取出试管，往试管中滴入酚酞试液，发现溶液变红，振荡后，红色褪去。
为探究此现象，该小组同学从查阅有关资料中得知：
过氧化钠跟水反应可生成过氧化氢，过氧化氢具有强氧化性和漂白性。
请设计一个简单的实验，证明过氧化钠和足量水充分反应后的溶液中有过氧化氢存在。
现有硫化钠溶液、亚硫酸钠溶液、硫酸亚铁溶液、碘化钾溶液、红色布条等，请从中选择试剂，加以验证。
（只要求列出实验所用的试剂及观察到的现象）。
试剂：
_______________。
现象：
________________。
13．乙醛在催化剂存在的条件下，可以被空气氧化成乙酸。
依据此原理设计实验制得并在试管C中收集到少量乙酸溶液（如图所示：
试管A中装有40％的乙醛水溶液、氧化铜粉末；试管C中装有适量蒸馏水；烧杯B中装有某液体）。
已知在600C～800C时用双连打气球鼓入空气即可发生乙醛的氧化反应，连续鼓入十几次反应基本完全。
有关物质的沸点见下：
物质
乙醛
乙酸
甘油
乙二醇
水
沸点/℃
20.8
117.9
290
197.2
100
请回答下列问题：
（1）试管A内在600C～800C时发生的主要反应的化学方程式为（注明反应条件）_______。
（2）如图所示在实验的不同阶段，需要调整温度计在试
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