76 化学实验方法探究.docx

76 化学实验方法探究.docx

《76 化学实验方法探究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《76 化学实验方法探究.docx（27页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

76化学实验方法探究

第七单元化学实验探究

7．6化学实验的探究

【知识结构】

【考点诠释】

1．化学实验探究的内容

物实验探究的内容十分广泛，包括“物质组成、物质结构、物质性质、物质变化规律、物质反应条件、物质的制备、检验、分离和提纯的方法探究、化学概念之间关系、化学理论确认”等。

2．化学实验探究的含义

化学实验的探究从本质上说，就是运用证据对化学及与化学有关的问题进行解释，并进行检验，从而得出结论的过程。

（1）问题是科学探究的起点。

（2）解释是科学探究的核心。

（3）解释是需要证据的；解释实质上就是一种假设，证据就是假设提出的依据。

对同一个问题可以提出多种解释，从而形成多个假设。

（4）假设的检验同样需要证据；验证实质上就是进一步收集证据，证实或证伪解释的过程。

（5）被证明是正确的解释，就是问题的结论。

（6）“问题”、“证据”和“解释”是反映科学探究本质的最核心的要素。

3．化学实验探究的方法

根据化学实验探究的含义，实验探究的方法主要有：

观察，猜想，假设，检验、推理、归纳等。

4．化学实验探究的能力要求

（1）必须具备提出问题的能力。

能根据实验事实，提出有质量、有水平的问题，这是实验探究的前提；

（2）必须具备解释问题的能力。

为了解释提出的问题，应学会从多角度、多方面、多渠道提出各种假设进行解释。

（3）必须具备收集证据的能力。

为了证实提出的假设，必须多方收集相关证据，证实或证伪相关的解释。

（4）必须具备分析推理的能力。

实验探究就是要通过实验现象，进行分析推理，来证明假设的正确与否

（5）必须具备概括总结能力。

被证明是正确的解释，就是问题的结论，这个结论的表述就必须进行概括和总结。

5．化学实验探究的一般程序

化学课程标准中的科学探究是由八个要素构成的，它们分别是：

“提出问题，猜想与假设，制定计划，进行实验，收集证据，解释与结论，反思与评价，表达与交流”等。

科学探究的这八个要素，与反映科学探究本质的最核心的三个要素之间是统一的，一致的。

猜想与假设实际上就是解释；对假设的验证有理论检验和实验检验，其中实验检验是最直接、最有力的验证；如何进行实验验证，须要制定计划，进行实验；由于每个学生提出假设所依据的经验和知识不同，因而对同一个问题每个学生所作出解释并不完全一样，这就需要同学之间、小组之间交流各自的看法和观点（解释及解释所依赖的证据），并对这些看法和观点作出评价。

6．化学实验探究题型归类

（1）对化学原理的探究

（2）对反应条件的探究

（3）对物质性质的探究

（4）对反应机理的探究

（5）对实验中反常现象的探究

（6）对反应产物的探究

（7）对物质制备反应装置探究

【例题精析】

【例1】在溴水中加入镁粉，溴水褪色。

对于褪色的原因，甲认为是溴溶于水后，溴和水发生了可逆反应：

Br2+H2O

HBr+HBrO，当向溴水中加入镁粉之后，则发生以下两种反应：

Mg+2HBr→MgBr2+H2↑，Mg+2HBrO→Mg（BrO）2+H2↑，由于上述反应的发生，使溴水中的平衡向正反应方向移动，从而使溴水褪色；乙认为，镁是活泼的金属元素，在溴水中存在大量的溴，应该是溴与镁粉直接反应：

Mg+Br2→MgBr2而使溴水褪色。

怎样确定哪种解释正确?

 【考点分析】这是一个对化学反应原理探究的实验题。

探究在溴水中加入镁粉，溴水褪色的原因。

【思维点悟】

（1）在溴水中加入镁粉，看是否在短时间内有大量气体产生，若甲的解释正确，则会看到大量气泡产生；若乙的解释有道理，则仅仅开始时有少量气泡产生；

（2）把镁粉加入到Br2的CCl4溶液中（或者液溴中，但由于液溴易挥发，通常用Br2的CCl4溶液），振荡，看溴的CCl4溶液（或液溴）是否褪色，如果不褪色，说明镁不能与干燥的溴发生反应；（3）向溴的CCl4溶液中加入少量水，再加入镁粉，振荡，看溴的CCl4溶液是否褪色，再加入少量的无水CuSO4，振荡，观察现象，根据实验现象就可作出结论。

【正确答案】

（1）在溴水中加入镁粉，立即有大量气体产生，则甲的解释有道理；如果是仅开始时有少量气泡产生，溴水的颜色逐渐褪去，则乙的解释有道理；

（2）把镁粉加入到Br2的CCl4溶液中，振荡，如果不褪色，说明镁不能与无水的溴发生反应；（3）再向

（2）中加入少量水，振荡，若溴的CCl4溶液褪色，再加入少量的无水CuSO4，振荡，若变蓝，则说明乙的解释有道理。

【例2】新近发现了烯烃的一种新反应,当RCH==CHR’（I）在苯中用一种特殊的催化剂处理时,歧化成RCH==CHR（II）和R’CH==CHR’（III）,即

 2RCH=CHR’  

RCH=CHR + R’CH=CHR’

 （I）                                      （II）                        （III）

对上述反应,提出了两种解释：

 试问进行怎样的实验能够区分这两种解释？

【考点分析】这是对反应机理的探究，如何通过实验证实此反应的机理到底是

（1）还是

（2）。

【思维点悟】要确定有机反应机理，可联想高二教材中学过的乙酸与乙醇的酯化反应机理的确定，即利用同位素原子示踪法（用含18O的乙醇与乙酸反应）完成的。

故本题亦可利用同位素原子示踪法来区分这两种解释：

即用RCH==CDR’的烯烃进行实验，若所得产物为：

RCH==CDR和R’CH==CDR’，则

（1）解释合理：

若产物为：

RCH==CHR和R’CD==CDR’,则

（2）解释合理：

【正确答案】利用同位素原子示踪法，：

即用RCH==CDR’的烯烃进行实验，若所得产物为：

RCH==CDR和R’CH==CDR’，则

（1）解释合理；若产物为：

RCH==CHR和R’CD==CDR’,则

（2）解释合理。

【例3】在一次学生实验中，学生用铝片分别和稀盐酸、稀硫酸反应，发现铝片和稀盐酸反应现象非常明显，而和稀硫酸却几乎不反应。

这和教材上的内容“铝能跟稀盐酸或稀硫酸起反应生成氢气”不一致，是什么原因呢？

是试剂、药品出了问题吗？

为了找原因，某学生在教师指导下重新用分析纯浓盐酸和浓硫酸配制了一定浓度的溶液，然后加入0.1mmx10mmx25mm纯度≥99.5%的铝片验证是否确实存在上述现象，实验结果如下表：

 反应进程（min）

1

2

5

15

20

3mol.L-1HCl

少量气泡

较多气泡

大量气泡

反应剧烈

铝片耗尽

1.5mol.L-1H2SO4

均无明显现象（无气泡）

3mol.L-1H2SO4

均无明显现象（无气泡）

 无论是用1.5mol·L-1H2SO4还是用3mol·L-1H2SO4，均无明显反应现象，其结论还是与教材的叙述不相符合。

（1）反应1～15min内，铝与盐酸的反应速率逐渐加快，其原因是。

（2）为了探究“铝与稀盐酸、稀硫酸反应的差异原因”，你能对问题的答案作出哪些假设（或猜想）？

假设一__________________；假设二______________。

（3）为了论证上述假设，你设计的实验方案是（探究过程）：

________。

【考点分析】本题对教材实验中的反常现象进行了探究。

通过对实验现象的分析，探究产生不同现象的原因，探究铝及其化合物的性质实验。

【思维点悟】

（1）铝与盐酸的反应速率逐渐加快，其原因是反应放出热量，温度升高，使化学反应速率加快；

（2）铝片跟非氧化性酸溶液反应实质上是Al跟H+的反应，稀盐酸、稀硫酸都是非氧化性酸，理论上讲铝跟c（H+）相等的稀盐酸或稀硫酸的反应速率应该相等。

但根据实验事实，铝分别在3mol.L-1HCl、1.5mol.L-1H2SO4溶液中反应现象明显不同，而且铝与3mol.L-1H2SO4也无明显反应，这是因为铝的表面有一层致密的氧化铝薄膜，当加入盐酸和硫酸溶时，酸液首先与氧化铝薄膜反应。

导致这一不同现象的原因：

不是由于H+的浓度引起，可能是由于溶液中H+所处的环境不同（如阴离子的不同），H+与氧化铝薄膜反应的情况不同。

所以假设一：

Cl-能促进金属铝表面的氧化膜与H+反应；假设二：

SO42-对金属铝表面的氧化膜与H+反应对起阻碍作用；

（3）根据

（2）的二种假设。

利用固定变量法探究氯离子和硫酸根离子对金属铝表面的氧化膜与H+反应的影响。

实验一：

分别取5mL3mol/LHCl，H2SO4，加入纯度为99．5%的铝片各一小片，然后添加NaCl，Na2SO4晶体，实验现象如表1。

表1：

组别

各取5mL酸

添加试剂

反应现象（5mim后）

a

3mol.L-1H2SO4

加入0.015molNaCl晶体

b

3mol.L-1H2SO4

加入0.0075molNa2SO4晶体

c

3mol.L-1HCl

加入0.015molNa2SO4晶体

d

3mol.L-1HCl

不加试剂（对比）

e

3mol.L-1H2SO4

不加试剂（对比）

 实验分析：

　　①如果a组硫酸中加入NaCl，铝与硫酸就明显反应，放出氢气。

而b组硫酸中加入Na2SO4无明显现象。

这两种盐中都含Na+说明这种差别并非由所加入的盐中Na+引起，而是由阴离了引起，即Cl-促进了金属铝与H+的反应。

　　②如果c组实验在HCl中加入Na2SO4后反应与d组盐酸中不加Na2SO4现象相同，说明SO42-对H+与Al的反应并无阻碍作用，若减慢，则说明SO42-对H+与Al的反应起阻碍作用。

教材中的铝与稀硫酸反应生成氢气指的是表面无致密氧化膜的铝。

【正确答案】

（1）反应放出热量，温度升高，使化学反应速率加快；

（2）假设一：

Cl-能促进金属铝表面的氧化膜与H+反应；假设二：

SO42-对金属铝表面的氧化膜与H+反应起阻碍作用；

（3）a-d组分别取稀HCl、H2SO4，加入纯度为99.5%、大小和表面积均相同的铝片各一小片，然后添加NaCl，Na2SO4晶体；记录实验现象。

组别

各取5mL酸

添加试剂

反应现象（5mim后）

a

3mol.L-1H2SO4

加入0.015molNaCl晶体

b

3mol.L-1H2SO4

加入0.0075molNa2SO4晶体

c

3mol.L-1HCl

加入0.015molNa2SO4晶体

d

3mol.L-1HCl

不加试剂（对比）

e

3mol.L-1H2SO4

不加试剂（对比）

【例4】氧化剂H2O2在反应时不产生污染物被称为绿色氧化剂，因而受到人们越来越多

的关注。

Ⅰ.某实验小组以H2O2分解为例，探究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。

在常温下按照如表所示的方案完成实验。

实验编号

反应物

催化剂

①

10mL2%H2O2溶液

无

②

10mL5%H2O2溶液

无

③

10mL5%H2O2溶液

1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液

④

10mL5%H2O2溶液＋少量HCl溶液

1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液

⑤

10mL5%H2O2溶液＋少量NaOH溶液

1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液

（1）实验①和②的目的是_____________________________________________________。

同学们进行实验时没有观察到明显现象而无法得出结论。

资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。

为了达到实验目的，你对原实验方案的改进方法是

（填一种即可）。

（2）实验③④⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图所示。

分析该图能够得出的实验结论是

___________________________________________。

Ⅱ.资料显示，某些金属离子对H2O2的分解起催化作用。

为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，该实验小组的同学设计了如图所示的实验装置进行实验。

（1）某同学通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢，实验时可以通过测量

或来比较。

（2）0.1gMnO2粉末加入50mLH2O2溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。

解释反应速率变化的原因：

。

计算H2O2的初始物质的量浓度为________。

（保留两位有效数字）

【考点分析】此题是对反应条件的探究。

Ⅰ是从定性的角度探究不同浓度、不同酸碱性对H2O2分解速率影响。

Ⅱ是从定量角度探究H2O2分解速率。

【思维点悟】Ⅰ

（1）①②两实验除了浓度不同，其它条件均相同，所以一定是探究浓度对反应速率的影响。

为了能比较两个反应速率的差异，一是均提高两反应速率（如同使用相同的催化剂，或同升温，或者再增加另一个反应的浓度，使之能有明显的反应等）。

Ⅰ

（2）实验③④⑤中相同时间产生O2的体积依次增大，所以说明碱性环境能增大H2O2分解速率，酸性环境能减少H2O2分解速率。

Ⅱ

（1）速率是单位时间内产生O2的体积大小，所以要么固定时间比产生O2的体积大小，要么产生相同体积O2比所需时间大小。

Ⅱ

（2）从图中可以看出，第一分钟产生O2是20mL，第二个一分钟是17mL，依次减小，反应条件改变的只能是浓度减小。

完全分解产生的O2是60mL，c（H2O2）=2n（O2）/V=（2×60/22400）÷0.05=0.11mol/L。

【正确答案】Ⅰ

（1）探究浓度对反应速率影响，向反应物中加入等量的同种催化剂（或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中）

Ⅰ

（2）碱性环境能增大H2O2分解速率，酸性环境能减少H2O2分解速率，

Ⅱ

（1）单位时间内产生O2的体积或产生单位体积O2所需要的时间。

Ⅱ

（2）随着反应进行，浓度减小，反应速率减慢。

0.11mol/L。

【例5】　某化学兴趣小组的同学学习了同周期元素性质递变规律后，设计了一套实验方案进行实验探究，并记录了有关实验现象如下表。

实验操作

实验现象

1.用砂纸擦后的镁带与沸水反应，再向反应后溶液中滴加酚酞

2.向新制的H2S饱和溶液中滴加新制的氯水

3.钠与滴有酚酞试液的冷水反应

4.镁带与2mol·L－1的盐酸反应

5.铝条与2mol·L－1的盐酸反应

6．测定 0.1mol/L的Na2SiO3、Na3PO4、Na2SO4溶液的pH

（A）浮于水面，熔成一个小球，在水面上无定向移动，随之消失，溶液变红色

（B）产生气体，可在空气中燃烧，溶液变成浅红色

（C）反应不十分强烈，产生的气体可以在空气中燃烧

（D）剧烈反应，产生可燃性气体

（E）溶液的碱性逐渐减弱

（F）生成淡黄色沉淀

请你帮助该同学整理并完成实验报告

（1）实验目的：

_______________________________________________________。

（2）实验用品：

仪器：

①________、②________、③________、④试管夹、⑤镊子、⑥小刀、⑦玻璃片、⑧砂纸、⑨胶头滴管等。

药品：

钠、镁带、铝条、2mol·L－1的盐酸、新制的氯水、饱和的H2S溶液、AlCl3溶液、

NaOH溶液等。

（3）请你写出上述的实验操作与对应的现象

1________、2________、3________、4________、5________、6________（用AF表示）。

写出实验操作2、3的离子反应方程式

实验2____________________________________________________________________。

实验3____________________________________________________________________。

（4）实验结论：

______________________________________________________________。

（5）设计一个不同于本题给予的实验方案，证明金属性镁比铝强（试剂任选，简述实验原理）

【考点分析】本题是探究性质实验方案的设计；是探究同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。

【思维点悟】

（1）根据实验方案知，实验1345是想证明金属的金属性强弱，且这几种金属都是同一周期的金属，实验26是想证明非金属性强弱的，即实验目的为探究同周期元素性质的递变规律。

（2）①用于盛放药品进行实验的仪器试管；②用于盛放钠和水反应的实验仪器烧杯；③用于进行加热的仪器酒精灯。

（3）1镁和滴有酚酞的沸水反应生成氢氧化镁和氢气，氢气是可燃性气体，且氢氧化镁在水中能电离出氢氧根离子使溶液呈碱性，但氢氧化镁的溶解性很小，所以溶液呈浅红色，故选B。

2氯气和硫化氢反应生成硫单质和水，硫单质不易溶于水，且硫单质呈淡黄色，所以会看到有淡黄色沉淀生成，故选F。

3钠与滴有酚酞试液的冷水反应，钠的密度小于水的密度，所以会浮在水面上；钠的熔点较低，钠和水反应放出大量热，钠和水反应很剧烈，生成氢氧化钠和氢气，氢气是可燃性气体，氢氧化钠是易溶于水的碱，所以其水溶液呈红色，故选A。

4镁带与2mol．L-1的盐酸反应，盐酸中氢离子浓度较大，所以反应剧烈，产生可燃性气体，故选D。

5铝条与2mol．L-1的盐酸反应，盐酸和铝反应不如和镁反应剧烈，且反应时都生成可燃性气体，故选C．6测定 0.1mol/L的Na2SiO3、Na3PO4、Na2SO4溶液的pH，硅酸的酸性小于磷酸的，磷酸的酸性小于硫酸的，所以Na2SiO3、Na3PO4、Na2SO4溶液的碱性逐渐减弱，故选E。

（4）由实验可知金属性Na＞Mg＞Al，非金属性Cl＞S，则实验结论为同周期元素随原子序数增大，元素金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，故答案为：

金属性：

Na＞Mg＞Al  非金属性：

Cl＞S （或同周期元素，随原子序数的递增，元素的金属性减弱，非金属性增强）。

（5）可以用镁铝作电极，稀硫酸作电解质溶液，设计成原电池，根据原电池的正负极来确定金属的金属性强弱．镁铝导线相连，平行插入硫酸溶液，现象：

镁逐渐溶解，铝片表面产生气泡，由此证明镁的金属性比铝强。

【正确答案】

（1）探究同周期元素性质的递变规律；

（2）①试管 ②烧杯 ③酒精灯；

（3）1B，2F，3A，4D，5C，6E；实验2：

H2S+Cl2→S↓+2H++2Cl-；

实验3：

2Na+2H2O→2Na++2OH-+H2↑；

（4）金属性：

Na＞Mg＞Al非金属性：

Cl＞S（或同周期元素，随原子序数的递增，元素的金属性减弱，非金属性增强）

（5）镁铝导线相连，平行插入硫酸溶液，现象：

镁逐渐溶解，铝片表面产生气泡。

【例6】某探究小组的同学利用如图所示的装置进行“铁和水蒸气反应”实验，并探究反应的产物。

（已知熟石灰的分解温度为580℃）

（1）写出装置中金属网罩的作用。

（2）写出A中发生反应的化学方程式。

（3）为检验试管A中铁与水蒸气反应后的气体产物，请从下图选择必要的装置（铁架台及夹持装置均已略去），写出正确的连接顺序（用接口字母表示），并描述能证明气体产物的主要实验现象。

（4）反应停止，待装置A冷却后，取少量其中的固体物质，加入过量的稀盐酸，充分反应后，进行如下实验：

①写出试剂a的化学式。

②用离子方程式表示加入新制氯水后溶液红色加深的原因。

③某同学在实验中加入了过量氯水，放置一段时间后，发现深红色褪去，请你对褪色的原因进行探究。

Ⅰ.提出假设：

假设1：

溶液中的SCN－被氧化。

假设2：

假设3：

Ⅱ.设计方案：

为了对你所提出的假设2、3进行验证，写出实验方案。

Ⅲ.方案实施。

【考点分析】这是探究“铁和水蒸气反应”产物的探究题。

通过铁与水蒸气反应产物的探讨考查实验的综合能力。

【思维点悟】

（1）酒精灯火焰的温度一般为500℃，而熟石灰的分解温度为580℃，装置中金属网罩的作用是提高酒精灯火焰的温度；

（2）A中发生反应的化学方程式为：

Ca（OH）2

CaO+H2O；3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

（3）A的气体产物是H2，通过还原CuO产物是否有水加以检验，检验水是用无水CuSO4，所以连接的顺序为：

afjbch或afjcbh；现象为：

黑色的氧化铜变成红色，白色的无水CuSO4变成蓝色；

（4）A的固体产物为铁的氧化物，到底是哪一种氧化物，通过酸溶测定铁的价态进行确定。

①试剂a是检验Fe3+，所以是KSCN溶液（或NH4SCN溶液）；②加入氯水后红色加深，说明Fe3+浓度增大，所以还有Fe2+被氧化成Fe3+，发生反应的离子方程式为：

2Fe2＋＋Cl2→2Fe3＋＋2Cl－；③变红色的原因是：

Fe3++SCN-→[Fe（SCN）]2+（红色），红色褪去，说明平衡左移，所以三种可能：

一是溶液中的SCN－被氧化，二是溶液中的Fe3+被氧化成更高价态；三是溶液中的KSCN和Fe3+均被氧化成更高价态。

为了说明二假设成立，再补滴FeCl3溶液，若溶液变红则假设二成立；取二份试样，一份补加几滴KSCN，另一份补加几滴FeCl3溶液若均未变红，则假设三成立。

【正确答案】

（1）提高酒精灯火焰的温度；

（2）Ca（OH）2

CaO+H2O；3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2；

（3）afjbch或afjcbh；黑色的氧化铜变成红色，白色的无水CuSO4变成蓝色。

（4）①KSCN溶液（或NH4SCN溶液）；

②2Fe2＋＋Cl2→2Fe3＋＋2Cl－，

③Ⅰ.假设2：

溶液中的Fe3+被氧化成更高价态。

假设3：

溶液中的KSCN和Fe3+均被氧化成更高价态。

Ⅱ.假设2：

取1份试样，再滴加几滴FeCl3溶液,若溶液变红则假设2成立。

假设3：

取2份试样，分别编号①和②，向①中滴加几滴KSCN，②中滴加几滴FeCl3溶液，若两份试样有任一变红，则假设3不成立；若两份试样均未变红，则再继续向①中滴加几滴FeCl3溶液，②中滴加几滴KSCN，若试样仍未变红，则假设3成立。

【拓展练习】

1．下列有关实验原理、方法和结论都正确的是

A．某无色溶液中加Ba（NO3）2溶液，再加入稀盐酸，沉淀不溶解，则原溶液中一定有SO42-

B．取少量溶液X，向其中加入适量新制氯水，再加几滴KSCN溶液，溶液变红，说明X溶液中一定含有Fe2+

C．可将混合气体依次通过盛有足量酸性KMnO4溶液、浓硫酸的洗气瓶，除去干燥的CO2中混有的少量SO2

D．将碘水倒入分液漏斗，加适量乙醇，振荡后静置，可将碘萃取到乙醇中

2．如图所示，夹子开始处于关闭状态，将液体A滴入试管②与气体B反应，打开夹子，可发现试管①内的水立刻沸腾了．则液体A和气体B的组合可能是下列的

A．氢氧化钙溶液、一氧化碳B．稀硫酸、氨气

C．酒精、氧气D．氢氧化钠溶液、二氧化碳

3．某同学对下列四个实验都设计了两种方案，其中两种方案均合理的是

选项

A

B

C

D

实验

目的

除去碳酸钠中少量的碳酸氢钠

清洗铁制品

表面的铁锈

检验苯中

含有少量甲苯

鉴别二氧化氮

和溴蒸汽

方案1

溶解后加入盐酸

加适量稀盐酸

加入Br2/CCl4

加水

4．下列实验“操作和现象”与“结论”都正确的是

操作和现象

结论

A

切开金属钠，钠表面的银白色会逐渐褪去

Na在空气中会生成Na2O2

B

铝箔插入浓硝酸中，无明显现象

铝与浓硝酸不反应

C

SO2通