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1、主题2 化学实验探究第一节 探究性化学实验（如皋中学 鲁锦田 226500）【学海导航】有效的化学学习活动不是单纯地依赖模仿和记忆，动手操作、自主探索和合作交流是学生学习化学的重要方式。探究性实验是这种学习方式的重要形式。探究性实验的基本程序可用下列流程图表示：提出问题提出猜想设计验证方案观察实验现象得出结论发现特殊现象，提出新猜想一、提出问题 纵观科学发展的历史，不难发现科学进步的历程就是人们在实践中不断提出问题、分析解决问题的过程，同样提出问题对于我们学习化学知识、掌握化学技能也是极其重要的。要提出问题，首先得发现问题，而发现问题不是凭空想象能够发现的，而是在学习新知识、实践新方法中进行思
2、考、对比、质疑而引出的，如：学习浓硫酸的吸水性和脱水性时，浓硫酸使硫酸铜晶体（CuSO45H2O）失水，硫酸铜晶体发生了化学变化，而浓硫酸体现了吸湿性还是脱水性？四氯化碳和苯都能萃取碘水中的碘，分层时一个在上层，一个在下层，若在碘水中同时加入苯和四氯化碳时，溶液会不会分三层？各层的颜色又如何？这就是通过思考提出了值得的问题，探究清楚能更好地理解掌握物质的性质。此外，实验中出现异常现象也是发现问题、提出问题的重要契机。二、提出猜想 在学习、思考和实验中，发现了问题不要轻易放过，要与同学和老师交流、讨论、查阅资料，这是有许多问题就可能得到完美的解决，而有一些问题，结论有多种可能（这就是猜想），比如
3、上面提到的浓硫酸吸水性和脱水性的问题，通过分析可知，若浓硫酸吸收的是晶体离解出来的水分子，则浓硫硫酸体现的是吸水性，若必须要浓硫酸作用硫酸铜晶体才能失水，则浓硫硫酸体现的是脱水性，究竟是哪种情况，只能通过实验进行验证。所谓猜想就是根据已有的知识对问题的解决提出的几种可能的情况。三、设计验证方案提出猜想后，就要结合实验室的条件，设计出科学、合理、安全的实验方案，对可能的情况进行探究。实验设计中，关键的就是试剂的选择和实验条件的调控。如将硫酸铜晶体置于浓硫酸中失水变白，就无法说明硫酸铜晶体的失水过程是自发的还是必须要浓硫酸作用，这个实验方案就不科学，必须重新设计，要使硫酸铜晶体与浓硫酸不直接接触，
4、不接触又怎么能相互作用？新的问题出现再设法改进，直到科学合理为止，在实施实验的过程中，实验方案可能还会出现问题，还要及时进行调整。如上述实验可将浓硫酸加入试管中，用玻璃纤维塞住试管中部，硫酸铜晶体置于玻璃纤维上，再将试管密封放置，进行观察。四、观察实验现象，得出结论根据设计的实验方案，一个人或一个小组认真进行实验，观察实验中出现的现象并及时记录，根据实验现象进行推理分析或计算分析得出结论，如不能得出结论则要加做实验，或进行对比实验，获将设计的实验进行改进。若实验中遇到新的问题，则可以提出新的问题进行探究。【例题解析】例1 在分液漏斗中用一种有机溶剂提取水溶液里的某物质时，静置分层后，如果不知道
5、哪一层液体是“水层”，试设计一种简便的判断方法。解析 本题设计实验解决一个具体问题，分析时要紧扣有机物与水互不相溶这一原理，不可用金属钠区别，因为某碳链较长的醇、羧酸等，也可以与金属钠反应放出气体。答案 取一支小试管，打开分液漏斗的活塞，慢慢放出少量液体，往其中加入少量水，如果加水后，试管中的液体不分层，说明分液漏斗中，下层是“水层”，反之，则上层是“水层”。（或者再向分液漏斗中加水，若上层液体体积增大则上层是“水层”，反之，则下层是“水层”。）例2 已知某混合金属粉末，除铝处还含有铁、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物金属粉末中铁、铜元素的存在。仅限选择的
6、仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；1mol/L硫酸、2mol/L硝酸、2mol/LNaOH溶液、20%KSCN溶液。完成以下实验探究过程：提出假设：假设1：该混合金属粉末中除铝外还含有 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；设计实验方案基于假设3，设计出实验方案。实验过程根据的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。编号实验操作预期现象和结论解析 本题设计实验探究探究物质的组成，考查元素化合物的知识和实验设计能力，文字量较大，开放性强，要求学生能思路清晰，描述准确。基本反应过程如下：加过量NaOH溶液溶解铝
7、，过滤，加稀硫酸溶解铁，过滤，分别加硝酸氧化硫酸亚铁和固体铜。答案 Cu Fe（顺序可交换） 用药匙取少许样品，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的剩余固体中加过量稀硫酸，充分反应后，静置。取上层清液于试管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 溶液先变黄色，加KSCN后显血红色，结合可知，一定含铁 往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，溶液显蓝色，加NaOH
8、溶液后有蓝色沉淀产生，一定含铜。【习题精练】1某同学想用实验证明高锰酸钾溶液的紫红色是MnO4的颜色，而不是K的颜色。他设计的实验步骤如下，你认为下述实验步骤一定没有意义的是（ ）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，静置未见明显变化，表示锌与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为紫红2下列实验不能达到预期目的的是 （ ）序号实验操作实验目的ACl2、Br2分别与H2反应比较氯、溴的非金属性强弱BMgCl2、AlCl3溶液中分别通入NH3比较Mg、Al的金属性强弱C测定Na2
9、CO3、Na2SO4两溶液的pH比较碳、硫的非金属性强弱D用同一电路分别测定等浓度的盐酸、醋酸两溶液的导电性比较盐酸、醋酸的酸性强弱3某学生要做检验Na2CO3粉末中含有少量的NaOH和NaCl的实验。他设计的实验分为7个步骤，其中5个步骤所用的试剂及实验操作列于下表：实验步骤选用试剂及实验操作（ ）取少量样品放入试管甲中（ ）再向溶液中加入几滴AgNO3溶液（ ）过滤，取少量滤液于试管乙中（ ）向试管中加入蒸馏水，振荡（ ）滴加几滴酚酞试液（ ）（ ）请将上表中所缺的两个步骤、选用的试剂及实验操作补写完整，然后将实验的顺序填入“实验步骤”栏中相应的括号中。4SO2Na2O2有两个实验小组的同
10、学为探究过氧化钠与二氧化硫的反应，都用如下图所示的装置进行实验。通入SO2气体，将带余烬的木条插入试管C中，木条复燃。请回答下列问题：第1小组同学认为Na2O2与SO2反应生成了Na2SO3和O2，该反应的化学方程式是：_。 请设计一种实验方案证明Na2O2与SO2反应生成的白色固体中含有Na2SO3。_。第2小组同学认为Na2O2与SO2反应除了生成Na2SO3和O2外，还有Na2SO4生成。为检验是否有Na2SO4生成，他们设计了如下方案：仍有部分白色沉淀不溶解，证明有Na2SO4生成BaCl2溶液 白色沉淀将B中反应后的固体溶解于水稀硝酸上述方案是否合理?_。请简要说明两点理由：_；_。
11、5某校化学研究性学习小组的同学在学习了金属的知识后，为了解Cu的常见化合物性质，运用类比学习的思想提出如下的问题，进行探究。请你协助该小组的同学完成下列研究。【提出问题】 Cu的金属活泼性小于Al，Al(OH)3具有两性，Cu(OH)2也具有两性吗？ 通常情况下，2价Fe的稳定性小于3价Fe，1价Cu的稳定性也小于2价Cu吗？ CuO能被H2、CO等还原，也能被NH3还原吗？【实验方案】 解决问题需用到的药品有CuSO4溶液、 （填试剂），同时进行进行相关实验。 解决问题的实验步骤和现象如下：取98gCu(OH)2固体，加热至80100时，得到黑色固体粉末，继续加热到1000以上，黑色粉末全部
12、变成红色粉末A。冷却后称量，A的质量为72g。向A中加入适量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在。据此可推得，A的化学式为 。 为解决问题，设计的实验装置为（夹持及尾气处理装置装置未画出）：NH3CuO碱石灰无水CuSO4实验中观察到CuO变为红色物质，无水CuSO4变蓝色。同时生成一种无污染的气体。【实验结论】 Cu(OH)2具有两性。证明Cu(OH)2具有两性的实验现象是 。 根据“实验方案”，得出的1价Cu和2价Cu稳定性大小的结论是： ； 。 CuO能被NH3还原。该反应的化学方程式为 。【问题讨论】 有同学认为NH3与CuO反应中生成的红色物质是Cu，也有同学认为
13、NH3与CuO反应中生成的红色物质是Cu和A的混合物。请你设计一个简单的实验检验NH3与CuO反应中生成的红色物质中是否含有A。参考答案1A 2B3 滴加Ba(NO3)2或Ca(NO3)2溶液至不再产生沉淀 滴加稀硝酸至酚酞褪色后再过量少许。42Na2O22SO22Na2SO3O2 取白色固体，加稀硫酸，产生能使品红溶液褪色的气体。 不合理 稀硝酸能将亚硫酸钡氧化为硫酸钡 如果反应后的固体中还残留Na2O2，它溶于水后能将亚硫酸根氧化成硫酸根5【实验方案】 HCl溶液、NaOH溶液 Cu2O 【实验结论】 Cu(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液 在高于1000时，1价Cu比2价Cu稳定；在溶液中2价Cu比1价Cu稳定 3CuO2NH33CuN23H2O【问题讨论】 取NH3与CuO反应中生成的红色物质少许，加入稀H2SO4，若溶液出现蓝色，说明红色物质中含有A，反之则无
