劉明根 王廷虎

(1.安徽省無(wú)為三中城南校區(qū) 238399;2.安徽省無(wú)為縣教子灣中學(xué) 238341)

科學(xué)探究是新課程的重要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式，更是中考命題的重點(diǎn)和熱點(diǎn).近年來(lái)，在全國(guó)各地的中考化學(xué)試題中，一些來(lái)源于教材中的較典型的“活動(dòng)與探究”和重要實(shí)驗(yàn)已成為命題素材的熱點(diǎn)內(nèi)容之一.這類試題不僅能很好地考查學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究的能力，而且還能有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)方法，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，具有很強(qiáng)的選拔功能.

一、空氣中氧氣含量的測(cè)定

例1 某化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組用兩種方法驗(yàn)證空氣中的氧氣含量.

方法一：如圖1所示進(jìn)行.

(1)寫出圖1中二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式____.

(2)小星同學(xué)對(duì)該實(shí)驗(yàn)提出質(zhì)疑：木炭在燃燒過(guò)程中，氧氣濃度降低，參加反應(yīng)的木炭與氧氣的質(zhì)量之比在____范圍內(nèi)，生成的CO對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生誤差.

方法二：如圖2所示進(jìn)行.

(1)寫出圖2中紅磷燃燒的化學(xué)方程式____.

(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)如表：(集氣瓶的容積為100mL).

組別123456進(jìn)入集氣瓶中水的體積/mL302119221520

分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，第2，3，4，6組驗(yàn)證出氧氣約占空氣體積的____，第5組出現(xiàn)較大偏差的原因可能是____.

解析方法一：(1)二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉和水；(2)若碳完全燃燒，生成氣體全部為二氧化碳時(shí)，碳與氧氣的質(zhì)量比為3∶8，其中產(chǎn)生的二氧化碳可以完全被氫氧化鈉溶液吸收，通過(guò)液面上升的體積可以計(jì)算氧氣的體積分?jǐn)?shù)；若碳不完全燃燒，生成氣體全部為一氧化碳時(shí)，碳與氧氣的質(zhì)量比為3∶4，由于一氧化碳不能被氫氧化鈉溶液吸收，不能測(cè)定出氧氣的含量；因此要產(chǎn)生一氧化碳，其中參加反應(yīng)的碳和氧氣的質(zhì)量比必須滿足的條件為大于3∶8而小于等于3∶4.方法二：(1)紅磷燃燒產(chǎn)生五氧化二磷；(2)第2，3，4，6組的水的體積就是消耗的氧氣的體積，與空氣的體積100mL進(jìn)行比較，結(jié)果得出氧氣約占空氣體積的1/5；而第五組的結(jié)果會(huì)偏小，可能是沒(méi)有冷卻到室溫讀數(shù)、紅磷量不足、裝置漏氣等原因.

二、探究催化劑的性質(zhì)

例2 為比較相同濃度的FeCl3溶液和CuSO4溶液對(duì)H2O2分解的催化效果，某研究小組進(jìn)行了如下探究：

(1)請(qǐng)寫出H2O2分解的化學(xué)方程式____.

【定性研究】

(2)如圖3，可通過(guò)觀察來(lái)定性比較兩者的催化效果.

【定量研究】 (3)如圖4，實(shí)驗(yàn)前檢查該裝置氣密性的方法是____.要定量比較兩者的催化效果，可測(cè)量生成等體積氣體所需的____.

【深入研究】(4)在FeCl3溶液中，究竟是哪種粒子起催化作用呢？

猜想1：鐵離子(Fe3+)起催化作用；

猜想2：____起催化作用；

猜想3：____起催化作用；……

請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想1：

實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論

實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論取2支試管,各加入2mL 5%的H2O2溶液,再分別加入同濃度、同體積的FeCl3和HCl溶液,觀察現(xiàn)象若加入FeCl3溶液的試管中產(chǎn)生氣泡更快,則猜想1成立;否則,不能證明猜想1成立(需要進(jìn)一步探究)

三、探究分子的性質(zhì)

例3 小明同學(xué)對(duì)探究分子性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)(如圖5所示)進(jìn)行了改進(jìn).如圖6所示，試管丁、戊中各有一張每隔2厘米滴有一滴酚酞溶液的濾紙條，裝有適量濃氨水的小藥瓶固定在橡皮塞上，試管丁中小藥瓶上的瓶塞已塞緊，試管戊中的小藥瓶上無(wú)瓶塞.

關(guān)于圖5、圖6中的實(shí)驗(yàn)有以下說(shuō)法：

①圖6比圖5的實(shí)驗(yàn)更環(huán)保、更節(jié)約；②圖5和圖6的實(shí)驗(yàn)均能證明分子在不斷的運(yùn)動(dòng)；③濃鹽酸有揮發(fā)性，僅將濃氨水換成濃鹽酸也可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；④如果丁中沒(méi)有小藥瓶，圖6的實(shí)驗(yàn)也可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模虎萑魧⑽旖氡?，濾紙條不會(huì)變紅.

以上說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( ).

A.①② B.③④ C.③⑤ D.④⑤

解析對(duì)比改進(jìn)前的實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是能夠防止氨氣擴(kuò)散到空氣中，污染大氣，且氨水用量較少，更能節(jié)省藥品，①正確；圖5實(shí)驗(yàn)中，倒扣在大燒杯內(nèi)的酚酞溶液變紅色，大燒杯外的酚酞溶液不變紅色，說(shuō)明分子在不斷運(yùn)動(dòng)，圖6的實(shí)驗(yàn)中，試管丁中盛放濃氨水的小藥瓶瓶塞塞緊，所以丁中濾紙條上的酚酞溶液不變紅色，戊試管中盛放濃氨水的小藥瓶沒(méi)有瓶塞，濾紙條上的酚酞溶液變紅色，說(shuō)明分子不斷運(yùn)動(dòng)，②正確；濃鹽酸雖然具有揮發(fā)性，但鹽酸不能使酚酞溶液變色，故將濃氨水換成濃鹽酸不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，③錯(cuò)誤；圖6的實(shí)驗(yàn)中，丁試管中沒(méi)有小藥瓶也可以與戊試管形成對(duì)照實(shí)驗(yàn)，也可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，④正確；若將戊試管浸入冰水中，分子運(yùn)動(dòng)速度減慢，但依然能使濾紙條上的酚酞變紅，⑤錯(cuò)誤.答案:C

四、模擬電解水的過(guò)程

例4 圖7為電解水的實(shí)驗(yàn)裝置圖.接通電源觀察兩電極都有氣泡產(chǎn)生.

(1)通電一段時(shí)間后，玻璃管a收集到的氣體是____，a、b兩玻璃管收集的氣體體積比約為_(kāi)___.

(2)圖8為水分解的微觀過(guò)程：

①水的分解過(guò)程中，不發(fā)生變化的微粒是____.

②結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出水通電分解的化學(xué)方程式____.

(3)已知同溫同壓下，氣體的體積比決定于氣體的分子個(gè)數(shù)比.該實(shí)驗(yàn)中能夠說(shuō)明水的化學(xué)式為“H2O”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是____.

五、探究質(zhì)量守恒定律

例5 某興趣小組為驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律，做了鎂條在空氣中燃燒的實(shí)驗(yàn).

(1)請(qǐng)寫出鎂條與氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式____.

(2)小明發(fā)現(xiàn)燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量大于反應(yīng)物鎂條的質(zhì)量，認(rèn)為這個(gè)反應(yīng)不遵循質(zhì)量守恒定律.我____(“同意”或“不同意”)小明的觀點(diǎn)，因?yàn)開(kāi)___.

(3)小紅按圖9所示裝置改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了質(zhì)量守恒定律，卻發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中還有少量黃色固體.

【提出問(wèn)題】黃色固體是什么呢？

【查閱資料】①氧化鎂為白色固體；②鎂能與氮?dú)鈩×曳磻?yīng)生成黃色的氮化鎂(Mg3N2)固體；③氮化鎂可與水劇烈反應(yīng)產(chǎn)生氨，該氣體能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán).

【做出猜想】黃色固體是Mg3N2

【實(shí)驗(yàn)探究】請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想

實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論

【反思與交流】空氣中N2的含量計(jì)遠(yuǎn)大于O2的含量，而鎂條在空氣中燃燒生成的MgO卻遠(yuǎn)多于Mg3N2，為什么呢？請(qǐng)給出合理的解釋____.

解析(1)鎂在氧氣中燃燒生成白色固體氧化鎂(MgO).(2)任何化學(xué)反應(yīng)都遵守質(zhì)量守恒定律，由于鎂條燃燒時(shí)空氣中有氣體參加了反應(yīng)，從而導(dǎo)致燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量大于反應(yīng)物鎂條的質(zhì)量.(3)由于氮化鎂(Mg3N2)可與水劇烈反應(yīng)產(chǎn)生氨氣，氨氣能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán).因此若要驗(yàn)證鎂條在空氣中燃燒的產(chǎn)物中有少量黃色固體Mg3N2，可以取燃燒的產(chǎn)物于試管中，加入少量的水，再將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙放在試管口，若產(chǎn)生使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，說(shuō)明燃燒產(chǎn)物中含有黃色固體Mg3N2；雖然空氣中N2的含量遠(yuǎn)大于O2的含量，但是氧氣的化學(xué)性質(zhì)比氮?dú)獾幕顫姡枣V條在空氣中燃燒生成的氧化鎂遠(yuǎn)多于氮化鎂.

實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論取燃燒后的產(chǎn)物于試管中,加少量水,再將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙放在試管口,觀察現(xiàn)象若產(chǎn)生使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體,說(shuō)明燃燒產(chǎn)物中含有Mg3N2

O2比N2活潑(其他合理答案均可)

六、氣體的制取及性質(zhì)

例6 根據(jù)圖10所列實(shí)驗(yàn)裝置，按要求回答下列問(wèn)題：

圖10

(1)儀器a的名稱：____.

(2)實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制取氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___，應(yīng)選用的發(fā)生和收集裝置是____.

(3)小明同學(xué)用F裝置驗(yàn)證二氧化碳的性質(zhì)，當(dāng)通入二氧化碳一段時(shí)間后，試管①中產(chǎn)生的現(xiàn)象是____，試管②中澄清石灰水變渾濁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為是____，G中觀察到蠟燭由低到高依次熄滅，說(shuō)明二氧化碳具有的性質(zhì)是____，若兩支蠟燭幾乎同時(shí)熄滅，可能的原因是____(答一點(diǎn)即可).

解析(1)集氣瓶是收集氣體的儀器；(2)如果用高錳酸鉀制氧氣就需要加熱，高錳酸鉀受熱分解生成錳酸鉀和二氧化錳和氧氣；氧氣的密度比空氣的密度大，不易溶于水，因此能用向上排空氣法和排水法收集；(3)F裝置中，試管①中產(chǎn)生的現(xiàn)象是紫色石蕊試液變紅，因?yàn)槎趸己退磻?yīng)生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊試液；二氧化碳與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣白色沉淀和水；G中觀察到蠟燭由低到高依次熄滅，說(shuō)明二氧化碳具有的性質(zhì)是不燃燒也不支持燃燒且密度比空氣大；若兩支蠟燭幾乎同時(shí)熄滅，可能的原因是傾倒二氧化碳的速度太快或集氣瓶口開(kāi)的太大等.

七、探究可燃物燃燒的條件

例7 (2015·臨沂)控制變量法是學(xué)習(xí)化學(xué)常用的方法.下面是探究燃燒條件的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你根據(jù)實(shí)驗(yàn)圖11和資料信息回答有關(guān)問(wèn)題.

圖11

資料信息：白磷和紅磷的著火點(diǎn)分別是40℃、240℃.

(1)銅片上的紅磷不燃燒，是因?yàn)開(kāi)___.(2)水中的白磷不燃燒，是因?yàn)開(kāi)___.(3)如果要讓水中的白磷在水下燃燒，應(yīng)采取的措施是____.(4)通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明，燃燒必須同時(shí)具備下列條件：①可燃物；②氧氣(或空氣)；③____.

解析(1)銅片上的紅磷不燃燒是因?yàn)闇囟葲](méi)有達(dá)到紅磷的著火點(diǎn)；(2)水中的白磷不燃燒，是因?yàn)榘琢讻](méi)有與氧氣接觸；(3)讓水中的白磷在水下燃燒，需要與氧氣接觸，故需要通入氧氣；(4)燃燒必須同時(shí)具備可燃物、可燃物與氧氣接觸、溫度達(dá)到著火點(diǎn)三個(gè)條件，缺一不可.

答案(1)溫度沒(méi)有達(dá)到紅磷的著火點(diǎn) (2)沒(méi)有與氧氣接觸 (3)用導(dǎo)管對(duì)準(zhǔn)水中的白磷通入氧氣(或空氣) (4)達(dá)到燃燒所需的最低溫度(著火點(diǎn))