设计实验探究题的两个重要途径_实验探究的重要环节
时间：2019-02-05 03:26:09 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文章编号：1005－6629(2007)12－0003－03中图分类号：G633.8 文献标识码：C 实验探究试题是新课程背景下发展起来的一种综合性强、考查知识面宽、能力要求高的新题型，这种试题一般是借助于一个知识核心，围绕这个知识核心设计系列问题。考查途径一般有两个，一是定性方向，主要有组成研究，二是定量方向，主要是纯度分析，成分探究等。
1定性考查：探究方案的设计与评价是设计的主题
［例1］甲、乙、丙、丁四位同学在探究碱溶液与酚酞作用的实验时，发现了一个意外现象：氢氧化钠溶液滴入酚酞试液，溶液变成了红色，一会儿红色就消失了。
［猜想］甲: 可能是酚酞变质造成的；
乙: 可能是氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳反应的缘故；
丙: 可能是酚酞与空气中的氧气反应,使红色消失；
丁: 可能与氢氧化钠溶液质量分数大小有关。
［理论分析］
(1)甲同学刚提出自己的猜想，就遭到其余三位同学的否定，三位同学的理由是：__________。
(2)丙同学认为乙同学的猜想也不正确，他的理由是_______________。
［实验设计］
(3)为证实丙同学的猜想，还需作如下实验，请完成下表
(4)通过以上实验，四位同学看到:溶液先变成红色，一会儿红色仍然消失。因此酚酞红色褪去与氧气无关。若丁同学的猜想正确，设计如下实验证明并完成有关问题：
本题是常见的酚酞与碱的反应，以实验中发现的异常褪色现象为设计载体问题。问题一、二是一个理论探究问题，四位同学中有两位可以通过简单分析即可作出结论，由于其他同学均见到变红现象，因此酚酞变质的结论显然是错误的，又因为NaOH与空气中的CO2反应后的产物是Na2CO3是碱性的，因此吸收二氧化碳的结论显然也不能说明，因此第一问的价值在于引导学生猜想，也需要进行正确的筛选，并不是每个猜想都要经过实验探究才能进行否定或肯定。问题三对丙同学的氧气氧化进行深入的分析，设计的两个实验分别从源头上阻止了氧气与酚酞的接触，一个是加热除去溶液中的氧气，另一个是利用植物油的隔绝作用；问题四是从NaOH溶液质量分数的角度进行实验设计，一个是对配制不同质量分数的溶液进行验证，另一个是对红色消失的溶液进行反向论证，可以加水稀释后再加酚酞看是否变红且不褪色，验证酚酞的褪色是否是NaOH太浓。
［例2］某校化学研究性学习小组在学习了“空气中氧气含量测定”的基础上，改进了教材中的实验，设计出了如下图所示的实验装置（用a、b、c分别表示体积）。实验步骤如下：
①如图所示，连接仪器，装置的气密性良好。
②在集气瓶里装进适量a 体积的水，燃烧匙里放一块白磷（其着火点是40℃），把长导管的另一端放入盛有足量水的烧杯中。（注：集气瓶内的长导管已伸到了瓶底）
③接通电源片刻，观察到白磷立即着火燃烧，关闭电源。观察到产生大量白烟，同时放出大量的热。（注：白磷与红磷燃烧的产物相同）
④待白磷燃烧熄灭后，稍加振荡，白烟消失。
⑤待集气瓶完全冷却至室温，量出集气瓶中水的体积是b，整个集气瓶的体积是c。
⑥根据a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数。
根据以上信息，回答下列问题。
⑴在白磷开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化情况是_________。
⑵若实验非常成功，请写出a、b、c三个数据应满足的一个等式关系式：_________。
⑶图中玻璃管的作用是__________________。
⑷组内成员小张对“实验前集气瓶里要装进适量a 体积的水”非常不理解。咨询了组长小明之后，他终于明白“a 体积的水”的作用，其一是为了加快⑤步骤中集气瓶的冷却速度；其二则主要是_________。
⑸组内成员小杭性格好动，无意间他发现向⑤步骤集气瓶内的水中滴加几滴紫色石蕊试液，水会变红。这一现象使组内成员积极地展开了讨论，成员小葛认为是由于二氧化碳溶于水，使溶液显酸性而导致的，但小明马上作出反对，原因是空气中二氧化碳的含量极少，而实验过程中又没有产生二氧化碳，短时间内不可能会使溶液显酸性。你认为谁的观点正确？_________________。若你认为小明的观点正确，那么请你对“变红”现象提出大胆地猜想：__________________。（若你认为小葛的观点正确，此空不填）
⑹下列原因会导致实验最后测定的实际值大于理论值的是_________（填编号）
A．白磷的量不足
B．实验前集气瓶里没有装a 体积的水
C．集气瓶没有冷却到室温
D．用红磷代替白磷（红磷的着火点在240℃左右）
E．装置漏气
本题是关于空气成分测定的话题。设计者从六个方面进行设问，第一个问题有些难度，首先是燃烧中气体膨胀导致集气瓶中液面下降，后来气体冷却后，液面又上升；第二个问题是关于氧气占空气体积分数的表达式，（b-a）×5=c-a；第三个问题是关于玻璃管作用，主要是将烧杯中的水吸入到集气瓶中；问题四难度略大，少量水的作用起到液封作用，保证集气瓶中的氮气不泄漏；问题五中对P2O5问题进行探究，第六个问题是误差分析，A显然测定结果偏小，氧气燃烧未完全；B未装水，会使N2泄漏，导致偏大；C未冷却到室温，应该偏小；D显然没有影响；E装置漏气将使空气中气体不断进入，应该是偏小，所以本题选择B。
2 定量考查：优化问题流程是设计的落脚点
［例3］茶是我国人民喜爱的饮品，其中含有多种有益于人体健康的成分，据测定茶叶中含有450种以上的有机成分与15种以上的元素。某化学研究小组欲探究茶叶中钙元素的含量，设计了探究实验方案如下:（已知茶叶中的铝、铁元素对钙离子的测定有影响）
步骤1：称取500克干燥的茶叶，置于通风橱中，充分灼烧使茶叶灰化，再用研钵磨细后移入烧杯中，然后将足量稀盐酸加入灰中搅拌、过滤、洗涤。
步骤2：向步骤1所得滤液中逐滴加入稀氢氧化钠溶液，调节溶液的pH为6～7左右，使铝、铁的氢氧化物完全沉淀，再加入7.95 g无水碳酸钠，充分搅拌，待沉淀完全后，过滤，洗涤，过滤后得到滤液和沉淀。
步骤3：将步骤2所得的滤液稀释至500 mL，用3.65%的稀盐酸50 g恰好将剩余的碳酸钠反应为NaCl、H2O和CO2，计算结果。请回答下列问题
（1）步骤 1中，过滤需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和__________，玻璃棒在洗涤操作中的作用是__________________。
（2）步骤2中，判断沉淀已经洗涤干净的方法是___________________________。
（3）原茶叶中钙离子的质量分数为_________。
本题是以茶叶为研究中心，设计者从三个角度进行设问，一是过滤操作的仪器以及玻璃棒在洗涤时的作用，二是判断沉淀洗涤干净的方法，由于碳酸钠过量，应该检验碳酸根离子或氯离子的存在，因此选用AgNO3溶液或CaCl2溶液均是可以的；三是钙离子质量分数计算，只要将总碳酸钠质量减去与盐酸反应的碳酸钠的质量，剩余的就是与钙离子进行反应的碳酸钠质量。
［例4］请你参与某学习小组进行研究性学习的过程，并协助完成相关任务。
［研究课题］探究热水壶底部水垢的主要成分
［查阅资料］该小组同学通过查阅资料知道，天然水中一般都含有Ca2+、Mg2+、HCO3-等离子，在加热条件下，这些离子趋于生成溶解度更小的物质-水垢，水垢的主要成分是碳酸盐和碱。同时，他们还查阅到下列有关物质的溶解性：
［提出猜想］水垢的主要成分一定含有Mg(OH)2和______， 可能含有Ca(OH)2和______。
［设计方案］(1)甲同学在烧杯中放入少量研碎的水垢，加人适量蒸馏水充分搅拌，取上层清液加入____________，没有白色沉淀，说明水垢中无Ca(OH)2。
(2)乙同学设计了下列实验装置，进一步确定水垢中含有碳酸盐的成分。其主要实验步骤如下：
①按上图组装仪器，将50g水垢试样放入锥形瓶中，加入足量某酸溶液；
②测量一定时间内干燥管内物质增加的质量（见下图曲线）；
③待锥形瓶中不再产生气泡时，打开活塞B，从导管A处缓缓鼓入一定量的空气；
④再次称量干燥管内物质增加的质量；
⑤重复③和④的操作，直至干燥管内物质质量不变。
则：a．步骤①加入样品前还应检查______，所加的酸溶液是______。
b．装置Ⅱ的作用是______；从导管A处缓缓鼓入一定的空气时，装置Ⅰ的作用是______。
c．研究性小组的同学通过简单计算，认为水垢中一定含有MgCO3的理由是______。
［实验结论］通过上述探究可知：水垢的主要成分有__________________。
［分析计算］根据图中数据，则此水垢中碳酸根离子的质量分数为____________。
本题是水垢成分研究，设计者从四个层次进行设问，一是根据表格信息进行合理猜想，答案应该是难溶的CaCO3、微溶的MgCO3， 二是方案设计中排除Ca（OH）2的存在，只要加入碳酸钠即可鉴别；接着是气密性检查和合适的酸的选择，不能选择硫酸，主要是碳酸钙的存在。装置Ⅱ的作用主要是干燥二氧化碳气体，装置Ⅰ的作用是吸收空气中二氧化碳，并鼓入空气将装置中二氧化碳赶入到干燥管中；最后一问难度较大，必须利用图中数据信息进行判断，因为二氧化碳质量是24g，因此50g水垢全部是碳酸钙也只能产生22g二氧化碳，因此水垢中一定有MgCO3。分析计算碳酸根离子的质量分数，只要有二氧化碳即可有碳酸根离子质量。
设计实验探究题首先要有好的情境作为载体，在此基础上再进行分层次的设计，难度层次、思维层次均应综合考虑。在问题的关联度上还应进行有效设计，铺垫的艺术、开放的艺术等均应有所考虑。总之，实验探究题是一份试卷的亮点所在，更是体现新课程评价方式多元化的综合反映。
