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1、初中化学实验探究题的设计新视角,注重对化学变化的再思考,设计实证性实验探究题模拟工业炼铁的原理,探究滥满占梃水尾气处理it枚集1.某中学化学兴趣小组在学习了?金属与矿物?一章后,到实验室中CO与Fe2O3反响后的产物所用装置如下列图所示.【搜集资料】1铁有多种氧化物,常见的有：FQ2O3、FeO 黑色、Fe3O4其中Fe元素化合价为+2、+3,都能与稀盐酸反响;2通常所说的 加热一般使用酒精灯,火焰的温度约在400500C；而 高温一般使用酒精喷灯或煤气灯来实现,温度可达 7001000C；3铁的氧化物的热稳定性顺序是FeO Fe3O4 Fe2O3.【提出猜测】Fe2O3全部参加反响后所得固体
2、的成分可能是Fe,FeO,Fesd, 可不填满,也可添加.【实验探究】主要步骤如下：准确称取一定质量纯洁的 F%O3固体和澄清的石灰水并按上图要求进行实验； 观察到管内固体全部变为黑色时停止加热,用磁铁靠近玻璃管,固体能被吸引；冷却后重新称量玻璃管内的固体以及变浑的石灰水的质量； 取少量反响后的固体倒入试管中,向其中滴入足量的稀盐酸,并适当加热,发现固体逐渐溶解,溶液呈黄绿色,但自始自终都没有气泡产生； 另取少量反响后的固体倒入试管中,向其中滴入2 mL CuSQ的浓溶液,未见红色固体生成.再用磁铁靠近试管,发现管内黑色固体仍然能被吸引.实验所测定的有关数据如下：实验数据物质质里实验前实验后数
3、据I玻璃管内的固体质量g数据nB装置石灰水和广口瓶的质量 g【实验分析】1根据步骤,可确定 Fe2O3固体 _ 填 全部、局部参加了反响,理由是 .2根据步骤,可确定反响后的固体中一定不存在 ,理由是3实验中的数据 填或力不可靠,理由是 .【实验结论】该实验中 CO与Fe2O3反响后的产物是 (提示：根据可靠的实验数据进 行 计 算). 此 时 发 生 反 应 的 化 学 方 程 式为.【反思与评价】(1)步骤中所得溶液中的溶质为 .(2)该实验中出现这样的结果可能与哪些因素有关请提出你的一种猜测 .二.注重对实验方案的再优化,设计定量性实验探究题2.在学习了盐的性质以后,某校化学兴趣小组的同
4、学开展了测定分数的探究实验.他们设计了如下的实验方案:【方案一】气体分析法.ItNa2CQ和NaCl的固体混合物及谕tl宝Na2CQ 质(1)如右图1所示,把X g的混合物与足量稀硫酸反响后,测定产生的 CO2气体的体积.检查该装置的气密性的方法是：.(2)有同学提出以图 2代替图1中的收集装置,那么所测 CQ气体的体积 (填 褊大、偏小“、不变),理由,你的改良方案是;广口瓶内原有的空气对实验结果 (填宥或没有)影响.如果利用改良后的装置测得 CQ气体的体积为 VmL(此时CO2气体的密度为p g/mL,那么原混合物中 Na2CO3质量分数的计算式为 (3)也有人用图3装置测定CO2的质量(
5、用碱石灰的成分是CaO和NaOH的混合物,可吸收 CQ气体).图3实验装置主要存在哪些缺陷 ,这些缺陷对实验结果有何影响 【方案二】沉淀分析法(如图 4所示).那么:(1)沉淀A的化学式是 ,溶液M中的溶质的化学式为 (2)确定CaC2溶液是否过量的方法是 (3)该固体混合物中 NazCQ的质量分数的计算式为 (4)导致测定的结果偏大的原因可能是qh4主理过混合皿a-I算率in谷蛔体融合呻足的稗整谶J固体B I期餐噂才团体【方案三】盐酸滴定法(如图 5所示).那么：(1) 操彳2的名称是 .(2)根据实验数据计算该固体混合物中NazCQ的质量分数为 .注重对化学工艺的再分析,设计推理性实验探究
6、题3.据统计,每年世界上银总消耗量的40%用于感光材料的生产,感光材料经曝光、显影、定影后,黑白片和彩色片上的银分别达 80%、100%进入废定影液,所以废定影液中银的含量是十分惊人的.某研究性学习小Na2Q.界件II组拟对某照相公司的废定影液进行实验处理,回收其中的银和澳(Br2).【相关资料链接】定影的原理是：定影液中的硫代硫酸钠(跟胶片或相纸上没有感光局部的澳化银(AgBr)固体反响,生成易溶性的Na3Ag(&O3)2和澳化钠(NaBr).Ag2S.反响原理为 在酸的作用下,Na3Ag(&03)2能转化为不溶性的6HCl+2Na3Ag(S2O3)2=6NaCl+Ag2Sj +3S J +
7、3SOT +KSQ+2H2O. 废定影液中含有少量澳化银,可用锌将其中的银置换出来.四氯化碳是- 【实佥流程设计】种有机溶剂,用鼠F为液体,可溶解泅澳?I同如插1战无机物不相溶.过量的四菜化蜒牟潮别离【实验问题分析】_一倒入指是容器中L回吱再利用(1)步骤所用的盐酸需要稍过量的目的是,参加盐酸操作时的要求是 (2)步骤中所发生的化学反响有(写出反响的化学方程式) ：(3)操作I 的名称,所用的玻璃仪器有 (4)步骤是在空气中灼烧的. 该反响的化学方程式:如果步骤反响不完全请你提出种改良措5步骤通入氯气的目的是将NaBr和ZnBr2溶液中的Br置换出来,试写出 NaBr与氯气反响的化学方程液澳的
8、活泼性强弱关系是：液澳,根据金属与盐溶液反响的规律推测出氯气和氯气填大于、小于或等于.6萃取是一种将互不相溶的液体混合物进行别离的方法,具体操作见右图所示固定装置略,其中A的仪器名称为,经萃取后所得到溶液ID的名称为7操作n与从石油中别离各成分原理相同.操作n中有一种必要的仪器未画出,它是,操作n的原理是.见上图8尽管该实验后的废液倒入指定的容器中,并回收再利用,但整个实验过程仍不符合环保的要求,其原因是四.注重对环保热点的再研究,设计应用性实验探究题4.在工业生产上规定空气中的二氧化硫的允许排放量不得超过m3,否那么将危害人类的健康,造成环境污染.某研究性学习小组欲利用碘量法测定某化工厂附近
9、空气中 SO2的含量,请你参与并协助他们完成相关学习任务局部装置如下列图所示【测定原理】碘溶液吸收 fQ的化学反窄原理是：SC2 + I2 + 2H2O= H2SO4 + 2HI. 5. 口口iilL碘溶液/摘有2-3滴淀粉状液多扎球泡【测定步骤】先准确称取粉末状纯碘I2,并称一定量的碘化钾碘化钾可增大碘在水中的溶解度加水使之完全溶解,配制成1000mL碘水,准确量取此溶液并稀释10倍,再滴加23滴淀粉指示剂即得所需的碘溶液. 从中量取稀释后的碘溶液并倒入洗气瓶中.量取液体时需要用到的仪器有O那么该溶液中所含碘的溶质质量分数的为此时溶液的密度看作为 cm3. 到指定的测试地点抽气,每次抽气10
10、0mL,直到反响恰好完全进行为止,记录抽气次数 n.那么抽时应如何操作 小组的其他同学再到不同地点重复实验4次(每次所取的碘溶液均为).这样做的目的是 .5次实验的抽气次数记录见右表.实验同学甲乙丙丁戊抽气次数8678758477【交流讨论】(1)所配制的碘溶液显 色,实验中说明恰好完全反响的现象是 (2)所配制的碘溶液浓度过浓、过稀都不合理,试分析浓度过浓不合理的原因是： (3)研究性学习小组用该方法测定空气中的SC2含量时,所测得的数值比实际含量低,请你对可能的原因(假设溶液配制、 称量或量取及各种读数均无错误)提出一种合理假设： (4)实验结束后,该小组成员在相互交流的过程中一致认为实验
11、装置应加以改良,有同学提议：可将插入碘溶液的管子下端改成具有多孔的球泡(如右图所示),有利于提升实验的准确度,其理由是稳固练习：1 .某化学兴趣小组回收利用废旧干电池.实验1回收填料中的二氧化镒和氯化俊查阅资料：废旧干电池填料的主要成分为二氧化镒、炭粉、氯化钱和氯化锌等,其中氯化钱、氯化锌可辛兴趣小组的同学们设计回收物质的流程如图1(1)操作1和操作2的名称都是 所示.海斛、蟠I/莅i|四、母, 的M ruMg,该操作中玻璃棒的作用是通空隙t分结晶探他(5)试通过计算说明该工厂附近空气中SQ的含量是否超标(2)灼烧滤渣 l的目的是 .(3)己知滤液1中氯化俊和氯化锌的浓度相近.在某温度下蒸发滤
12、液1时,大量的氯化俊晶体先析出,说明该温度下氯化俊溶解度 氯化锌的溶解度(填“ ).实验2利用外壳回收物锌制取氢气及相关探究(4)用锌和稀硫酸制取氢气.己知氢气密度比空气小且难溶于水,提供装置如图13.应选择：发生装置为 (填编号),排空气法收集装置为 (填编号).假设用排水法收集并测定气体的体积,气体从装置B导管口(填“ a 或 b )进;5探究影响锌与稀硫酸反响快慢的因素.反响过程中,用前 10 min内收集的氢气体积比拟反响的快慢.限制其他条件相同,进行下表四组实验,获得数据如下表.验实号编试齐前10 min 1内产生的氢气体积mL/、同纯度的锌/、同体积和浓度的稀硫酸a纯锌30 mL
13、30 %b含杂质的锌30 mL 30 %c纯锌30 mL 20 %d纯锌40 mL 30 %比拟实验 a和实验 b ,可以得到的结论是 . 为了研究硫酸浓度对反响快慢的影响,需比拟实验和实验 填编号.限制其他条件相同,需限制的条件是例举一种条件即可.2.氯气C12是黄绿色气体,氯气溶于水局部以 C12分子存在于溶液中, 局部与水反响 Cl2+H2O=HCl+ HClOo产物中,次氯酸 HC1O是一种弱酸.氯气溶于水所得溶液称为氯水.把品红试纸染有品红颜料的滤纸放入氯水中,品红试纸褪色.甲乙 丙 丁 戊仪器X的名称是：.从反响物的状态和反响条件看,装置甲属于 型气体发生装置.氯气在装置丁中被收集
14、,其收集方法为 ,装置戊中可得到氯水.晓红对“氯水使品红试纸褪色产生兴趣,她所在的学习小组进行了如下探究,请你一起来完成:【提出问题】氯水中的什么成分使品红试纸褪色【猜 想】猜测1:氯水中的水使品红试纸褪色；猜测2:氯水中的C12使品红试纸褪色;猜测3:氯水中的盐酸使品红试纸褪色；猜测4:氯水中的 填化学式使品红试纸褪色.【实验探究】实 验 操 作实验现象结论把品红试纸放入水中(A) 猜测1不成立把品红试纸放入枯燥的氯气中试纸不褪色猜测2不成立试纸不褪色猜测3不成立【结 论】学习小组通过讨论,找到了氯水中使品红试纸褪色的物质.【反 思】向氯水中滴加几滴紫色石蕊试液,会观察到的现象是.1.在课堂
15、实验中,对于物质是否发生化学变化、变化后生成什么,仅凭一些外表的现象难以让学生信服,有 时也经常出现某些实验后的产物与预期的情况不一致,有的是产物中含有杂质,有的是直接得不到预期的产 物,这些往往需要通过实验来进一步证实.教师要善于把握住这些在课堂实验中生成的问题,引导学生抓住 化学变化的本质进行探究,并设计一些实证性实验探究题,培养学生严谨的科学态度,严密的思维水平.解析：【提出猜测】对于可能生成的三种物质Fe、F3Q4、FeO运用组合思维就可得到答案.【实验分析】1固体全部变黑说明不存在 Fe2O3.2步骤验证了固体不具有铁的性质,从而确定不存在铁.3实验中进行定量分析,从原理上两组数据都
16、可以计算出Fe2O3失去的氧元素的质量；但仔细分析装置发现：装置B是用石灰水来吸收 CO2气体,石灰水本来较稀且 B中的导管伸入广口瓶太浅,这将导致生成的CO2未被完全吸收,因此数据n不可靠.【实验结论】 数据I :反响前后铁元素质量不变,失去的氧元素质量为m O=-=,所以生成物中铁、氧元素的质量分别为、；于是可推出生成物的化学式为Fe3O4.根据反响物和生成物可写出：CO+3Fe2O3 2Fe3O4+CO2【反思与评价1根据信息可知：Fe3O4中Fe元素化合价为+2、+3,所 以反响后的溶液中的溶质为HC1、FeC12、FeC13.2铁的氧化物的热稳定性顺序是FeO Fe3O4 Fe2O3
17、,所以可推理出：复原性的顺序是Fe2OFe3OQFe8Fe .因此,可以提出以下猜测：可能是由于使用酒精灯的缘故或加热的时间不够长导致反响的温度不够高,从而未能使 Fe2O3中的铁充分被复原出来.接下来还 可以提出改良方案,继续进行实验探究.评析：这类对化学变化再思考而设计的实验探究题,要求学生仔细分析实验过程,抓住实验的细节：反响物种类、纯度、用 量、实验操作的步骤、反响的条件等因素.解决问题的过程中要抓住化学变化的本质、充分运用题目的信息并结合质量守恒定律进行理性分析、判断和推理.类似上述实验的素材还有：酸碱中和反响确实认、烧碱变质的研究、氧立得制氧奥秘、 污渍爆炸盐除顽固污渍的奥秘、 暖
18、手宝发热的原理、镁在空气中的燃烧的产物、 一氧化碳复原氧化铜的产物、 氢气在氧气中燃 烧的产物、镁条放入氯化铜溶液中的产物、乙醇燃烧的产物、钠与硫酸铜溶液反响的产物等.2 .在科学实验中经常需要进行定量研究,实验前要围绕实验目的进行思考：运用什么原理需要测定的哪些数据怎样来测定这些数据有哪些方法哪些数据是有效的测定的过程中可能有哪些因素干扰怎样防止干扰教师把这些问题综合起来,设计一些定量性实验探究题,可培养学生开放性思维,使学生学会对所学的化学原理 进行综合应用.在搜集多种方案的过程中又培养学生缜密的思维和实验评价水平,学会分析误差的原因并设计实验来减少误差,保证实验数据的真实性.解析：【方案
19、一】1考查气密性的检查方法：关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位.2因CO2能溶于水且与水反应,导致结果偏小；改良方案是将广口瓶中的水改为饱和的CO2水溶液或在水面上覆盖一层植物油等.因实验结束后瓶内残留的 CO2气体与排出的空气体积相等,所以广口瓶内的空气对结果无影响.Na2CO3的质量分数为106pV/4X.3图3装置的缺陷主要表达在：产生的CO2气体中混有水蒸气,同时被碱石灰吸收,导致结果偏大；反响结束后装置内残留的CO2气体不能全部排出,导致结果偏小；球形枯燥管与空气相通,也会吸收空气中的 CO2和水蒸气,导致结果偏大；球形枯燥管内的碱石灰与
20、CO2接触不充分U型管的效果会更好,吸收不完全,导致结果偏小；实验开始时,装置内的空气中会有局部CO2也会被碱石灰吸收,导致结果偏大等.【方案二】1溶液M中的溶质是NaCl和过量的CaCl2 2用CaCl2溶液过量的 目的是将Na2CO3全部转化为沉淀.检验方法：静置,向上层清液中继续滴加 CaCl2溶液,假设无沉淀说明CaCl2 溶液已过量.3 106Y/100X.4沉淀未洗涤干净或可能枯燥不充分.【方案三】1反响后得到NaCl溶液,其中含有少量盐酸,可通过蒸发的操作获得NaCl固体,同时也除去盐酸.2设原固体混合物中 NaCl的质量为x,那么参加反响的 Na2CO3的质量为一x,生成的 N
21、aCl质量为一x,所以 Na2CO3的质量分数为一 1g + x 100%=哧题还可以再问：是否有其它的测定方法评析：这类对实验方案再优化而设计的实验探究题,要求学生对涉及的化学原理要比拟熟悉,实验目的比拟明确,学会运 用头脑风暴法搜集多种方案并进行评价和选优.解决问题的过程中要结合实验的情景,对测定的数据进行思考、分析,排找 实验不严密的局部并设法改良.类似上述问题的素材还有：测定变质后的烧碱固体中 NaOH的质量分数、测定空气中氧气含量、 测定Cu-Zn合金中Cu、Zn的含量、测定人呼出的气体或竹节内的气体或鱼瞟内的气体中氧气的含量等.3 .在化工生产、化工研究中,通常会设计了一些清楚的工
22、艺流程,演绎真实的化学.有的虽然比拟复杂,但涉及的化学原理和思想却是根本的；有的虽然涉及到学生没有学到的知识,但通过信息处理和类比就可以得 到解决.教师可根据这些流程来设计一些推理性实验探究题,对培养学生的信息处理水平、推理和类比思维 的水平非常有益,可以让学生学到分析和解决化学问题的方法,感悟到化学的真实性.解析：1在定影过程中产生了 Na3AgS2O32,需要用酸来处理,转化成Ag2S;为使反响充分进行,因而所用的酸是稍过量的,同时在操作时要求边加边用玻璃棒搅拌或振荡.2步骤中加锌粉的目的是消耗三种物质：过量的盐酸、反响后生成的硫酸以及原废液中的AgBr.3考查了过滤操作.4步骤中灼烧反响
23、为：Ag2S + O2 2Ag + SO2该反响本质上是用氧气将其中的硫元素转化成SO2,因此,氧气要充足,必要时可放在有氧气的环境中或添加某中在加热时释放出氧气的物质,使硫化银完全被氧化.5非金属与盐溶液发生的置换反响,类似于金属与盐溶液发生的置换反响,进而可迁移类推得出非金属的活动性：液澳小 于氯气.6考查了溶液的命名方法澳的四氯化碳溶液,使用的分液漏斗进行萃取操作这种操作方法学生是见过的：在教材中曾涉及到从大豆中提取油脂.7尽管初中对蒸储不作要求,但学生已经熟悉石油中各成分的别离以及别离液态空气的事实,这些事实的共同原理都是利用液体中各成分的沸点不同进行分 离的,学生可以迁移.8这是对实
24、验流程是否存在污染的评价.这就要求学生从新在整体上审视工艺流程,不难看出：在步骤中加热时产生了SO2气体未经处理,会造成空气污染,这是不完美的地方.此题还可以再设问：如何消除步骤的污染评析：这类对化学工艺再分析而设计的实验探究题通常以框图的形式出现,它能较好地实现知识点之间的联 系与沟通,要求学生提取题目中提供的有效信息,分析并进行加工,对工艺流程有完整的印象,从整体上把 握实验目的.解决问题的过程中,要学会迁移类推教材中的相关知识,综合进行分析、判断和推理.类似上 述化学工艺的素材还有：用纯碱制取烧碱、电解饱和食盐水制取烧碱、牙膏中的摩擦剂碳酸钙粉的制取、豆 腐的制作、废水的治理、侯氏联合制
25、碱法、从海带中提取碘、废电池的再生、绿矶的制备等.4 .环境保护、节能减排是当今热点的话题.这类问题的应用性强,需要学生将所学的化学知识运用到实际情 景中,在解决问题的过程中提升水平.教师在平时可有意识地关注这些问题,在查阅相关资料的根底上来改 编、设计一些实验探究题,引导学生运用化学的根本思想、根本方法来解决实际问题,挖掘学生的学习潜能,增强学生保护环境的意识,关爱健康的意识等,让学生从化学与社会的联系中体会和感悟到学习化学的价值.解析：【测定步骤】此题是溶液的配制与稀释问题.思路为：1000mL碘溶液co I2= X-60另取稀释10倍后co I2= 107.根据图示,空气的流向是从左向右
26、,因此在抽气时应翻开a阀门,关闭b阀门,向外拉动注射器活塞.实验要排除偶然性,取样要可靠,实验要屡次,这样便于取平均值,减少实验的误差.【交流讨论】1因碘水中含有淀粉,碘与淀粉作用呈蓝色.实验原理是用SO2与碘反响,当碘完全耗完时,溶液由蓝色变为无色.2浓度过浓,含有的碘较多,需要的反响物SO2较多,从而会导致抽气的次数过多,时间过长,废时麻烦,且容易导致误差的产生.3该实验成功的关键是：要让空气中的SO2与碘溶液充分反响,因此要做到注射器压送气体速度不宜过快、导气管伸入碘溶液中不宜太浅、装置气密性良好等.4可增大气体与溶液的接触面积,使空气中的SO2被充分吸收.5稀释后的碘溶液中 mI2=x
27、/1000 X/10=X10-4mg.根据化学方程式解得 m SO2 = x 10-4mg 5位同学的平均抽气次数为 80次,那么：空气中 SO2的含量为：xi0-4mg+ 100X80xi0-6m3=m3 mg/m3 ,所以该工厂附近空气中的SO2含量超标.评析：这类对环保热点的再研究而设计的实验探究题,要求学生熟练运用化学的根本知识,理解整个实验过程,并关注实际操作中一些细节所隐含的要求.在解决问题的过程中,要透过问题看本质,寻找中央问题,化繁为简,准确找到有效信息并作出科学判断,同时也要注意在计算中所涉及的数据的单位.类似上述环保热点的素材还有：新装修居室污染物的测定、机动车废气排放的测
28、定、水污染物含量的测定、二恶英以及苏丹红等污染食品事件、工厂和实验室污染物的测定等.当然,化学实验探究题的设计视角还有很多,教师在教学中还可以在知识的跨度、广度、与实际的联系上多综合,在知识的迁移上多思考,在实验的异常现象上多分析,精心挑选素材,从化学学科的根本思想、根本方法入手,以水平立意为核心,突出知识的应用,突出对学习方法、学习水平的考查,调整设问的角度和层次,同时要遵茶遵守教材、课程标准、循 纲考试说明、教学要求等,在不超越学生应有的知识和技能的前提下,设计出更新、更有价值的实验探究题,引导学生展开探究,培养学生应用知识解决实际问题的水平.1 .1过滤,搅拌.2除去炭粉.3 .4B, D.b ,量筒.5 与同体积同浓度的稀硫酸反响,含杂质的锌比纯锌反响速率要快.a和d. 温度或锌粒形状大小.2. 1、分液漏斗2、固一液,加热根本意思正确即可3、向上排空气法猜测4 : HClO 实验探究A:试纸不褪色实验操作把品红试纸放入盐酸溶液中或“取盐酸滴入品红试纸中等类似描述【反思】现象：氯水先变红后褪色“变红、“褪色各分,其他答案不给分.