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化学探究性试题的思考方法

2009-1-7 20:57:53  来源:高中化学网  作者:www.gzhxw.cn  【 】  浏览:

 

科学探究活动是学生学习化学的一种方式,高中化学标准》给化学探究活动提出了明确的要求,即要让学生通过体验探究过程,学会探究方法,培养问题意识,发展探究兴趣,提高探究能力,获得化学基本知识和基本技能,学习运用化学与其它学科的知识综合分析解决一些化学问题。

 

2008全国高考考试大纲——理综》“能力要求”之“实验能力”中:(1)用正确化学实验基本操作,完成规定的“学生实验”的能力。(2)观察、记录实验现象,处理实验数据和分析实验结果,得出相应结论的能力。(3)初步处理实验过程中的有关安全问题的能力。(4)能识别和绘制典型的实验仪器装置图的能力。(5)根据实验试题的要求,设计或评价简单实验方案的能力。“思维能力”中:(1)对中学化学应该掌握的内容能融会贯通。将知识点统摄整理,使之网络化,有序地存储,有正确复述、再现、辨认的能力。(2)能将化学问题分解,找出解答的关键。能运用自己存储的知识,将它们分解、迁移转换、重组,以解决问题的能力。

 

3)能将化学信息(含实际事物、实验现象、数据和各种信息、提示、暗示),按题设情境抽象归纳,逻辑地统摄成规律,并能运用此规律进行推理(收敛和发散)的创造能力。(4)通过分析和综合、比较和论证,对解决问题的方案进行选择和评价的能力。(5)将化学问题抽象成为数学问题,利用数学工具,通过计算和推理(结合化学知识)解决化学问题的能力。“自学能力中:(1)敏捷地接受试题所给出的新信息的能力。(2)将试题所给的新信息与课内已学过的有关知识结合起来,解决问题的能力。(3)在分析评价的基础上,应用新信息的能力。

 

以上各种能力点要求结合化学基本知识、生活与生产、化学实验既可以设计成多种多样的探究型试题。探究型试题在2007年各地高考试题中探究型试题也有所出现:广东T22(8)T23(11);上海T26;海南T17(9);北京T27(17);重庆T27(16);四川T26(18);天津T28(9)。随着素质教育的开展和高考改革的进行,培养学生终身学习的能力、信息搜集、现象观察与数据整合与应用能力、探究能力将越来越被重视。

 

探究型试题与常见信息题的区别:信息题一般是给出某个新知识,将自己的原有知识和题中信息相结合,正确理解、应用即可解题,关键点是信息的理解和应用。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,对给出试验现象的解释(尤其是异常现象的解释),根据实验对未知试验现象的大胆预测等。

 

探究型试题命题应遵循以下原则:1)科学性的原则:所设计的实验应该符合科学道理,不能凭空捏造。2)对照性的原则:要设计一个对照性的实验,要想这个实验更能够说明问题,一定要有正反两个方面的实验。3)等量性的原则:所设计的实验中的平行反应,试剂的取用应该是等量的。4)单因子的变量原则: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,使众多变量中,只能有一个因素是变量,其余几个是一样的。

 

科学探究的一般步骤是:1)提出问题:化学用语要规范,语言要精练、严谨而符合逻辑。(2)猜想与假设:利用原有知识和题中所读出的信息进行大胆猜想与假设,猜想与假设要全面,不要有个别遗漏。(3)制定计划:要从实际实验角度制定探究计划,探究计划要循序渐进、操作要严谨可行、现象明显。(4)进行实验、收集证据。(5)解释与结论。(6)反思与评价等。

 

常见题型如下:

 

一、数据分析探究型: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

VH2SO4

/mL

溶液温度/

金属消失的时间/s

反应前

反应后

1

0.10

0.5

50

20

34

500

2

0.10

粉末

0.5

50

20

35

50

3

0.10

0.7

50

20

36

250

4

0.10

0.8

50

20

35

200

5

0.10

粉末

0.8

50

20

36

25

6

0.10

1.0

50

20

35

125

7

0.10

1.0

50

35

50

50

8

0.10

1.1

50

20

34

100

9

0.10

1.1

50

20

44

40

分析上述数据,回答下列问题:

 

1)实验45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)、45中金属质量、C(H2SO4)VH2SO4)、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12。(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2513468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(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)固体表面积。固体表面积越大。12。(22513468中任意两组的组合。(3)温度和催化剂。79

 

[方法点拨]分析此类探究题时应注意:(1)观察数据要全面、仔细;(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。

 

二、实验方案评价型: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

 

         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”应改变蓝色。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.Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2+2H20.④乙,因为乙方案中没有有毒气体产生。

 

[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、实验条件的可行性等。

 

三、完善实验型:某学生探究同周期元素性质递变规律实验时,设计了一套实验方案,并记录了有关实验现象。

 

Ⅰ.实验方案

 

①用砂纸擦净的镁带与沸水反应,再向反应液中滴加酚酞试液。

 

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向氯化铝溶液中滴加NaOH溶液

 

Ⅱ.实验现象

 

A.浮于水面,熔成小球,在水面上无定向移动,随之消失,溶液变红色。

 

B.产生大量气体,可在空气中燃烧,溶液变成浅红色。

 

C.反应较剧烈,产生气体可燃烧。

 

D.剧烈反应,产生气体能在空气中燃烧。

 

E.生成白色沉淀,继而沉淀消失。

 

F.生成淡黄色沉淀。

 

现在请你帮助该学生整理并完成实验报告。

 

1)实验目的:

2)实验用品:

 

仪器:试管、砂纸、镊子、滤纸、小刀、、

 

药品:(略)

 

3)实验内容(在下列空格内填写相关内容)

实验方案顺序

实验现象

3

A

 

 

 

 

 

 

 

E

2

 

4)实验结论:。

 

5)问题和讨论:

 

①请用结构理论简单说明得出上述结论的原因。

 

_______________________________________________________________

 

②请你补充一组实验方案(简单易行),证明此周期中另外两种元素性质的递变规律。

 

__________________________________________________________________________

 

[解析]1)通读全题可知此实验的目的“验证同周期元素性质的递变规律”。(4)纵观整题可知实验结论:“同周期随原子序数递增,NaMgAlSCl元素的金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强”。(5仔细思考可知第三周期还有SiP没涉及到。SiP的非金属性探究可通过“向硅酸钠溶液中加入磷酸溶液,有白色沉淀生成,说明磷酸的酸性比硅酸强”;“比较同物质的量浓度的硅酸钠溶液和磷酸钠溶液的pH值”等实验来验证。

 

答案:(1)验证同周期元素性质的递变规律。

 

2)酒精灯胶头滴管⑶3-A1-B4-D5-C6-E2-F

 

4)同周期随原子序数递增,NaMgAlSCl元素的金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。

 

5)①同周期从左到右,随着原子序数的递增,原子半径逐渐减小,原子核对外层电子吸引力逐渐增强,因而原子失电子能力逐渐减弱,得电子能力逐渐增强,表现在化学性质上,元素的金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。②另两种元素是SiP,设计方案为:向硅酸钠溶液中加入磷酸溶液,有白色沉淀生成,说明磷酸的酸性比硅酸强,即非金属性:PSi

 

[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。

 

四、化学基本原理探究型: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2KSCN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KSCNHNO3作用。KSCN溶液是一种无色液体,根据CSN的原子结构和共价键的相关知识推测SCN-的结构式为____________

 

⑶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______________________

 

⑷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____________________________

 

⑸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。⑵右硫、碳、氮的价电子结构和成键理论可知SCN-的结构。(3)乙同学的观点是有道理的,同时也验证了浓HNO3KSCN反应却是溶液颜色变化符合题中现象。浓HNO3KSCN反应时由题中叙述可知其产物有NO2CO2、非极性气体应为N2、溶液中还有SO42-。⑷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-

 

5)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得是Fe3+的现象,当然也不能确定Fe2+的存在。

 

答案:⑴滴入几滴浓HNO3后亚铁离子已被氧化成三价铁离子。

 

     ⑵2SCN+2OH-+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

 

[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试验,自己要设计合理的实验验证。

 

 


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