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新的化学课程标准强调,必须加强科学探究的教学,科学探究的思维程序提出问题、理论分析、猜想与假设、分析与验证等几环节,近年来各地中考试卷普遍加强了对学生科学探究能力的考查,出现了新型题目——实验方案设计型探究题,要求学生结合实验情境,以课本中的实验原理为基础,能够根据题目要求提出一些值得探究的问题或猜想,设计出简便易行、符合题目要求与实验探究有关的方案.题目要求在进行实验设计时应当根据现有条件和探究目的,确定出所需实验器材和最优的实验方法,并且便于实验操作,要注意在选择实验器材和实验操作过程中要恰当运用实验方法,或要求学生对实验的设计、操作过程等方面进行评估,评估实验设计是否合理,实验操作过程有无失误,测量结果是否可靠,实验结论是否科学等,以此考查学生运用科学分析和解决实际问题的能力,体现出新课程标准对实验的要求.这类题目新颖独特灵活,综合性强,难度大,能力要求较高,有些学生在答此类题时,一见到此类题就感到茫然,由于答不到关键点上,答不圆满,得分率不很高,下面列举两例2010年的中考实例并作以解答,以期能有所启发.
图1
例(2010年湖北省孝感市初中毕业生学业考试题)
做菜用的一种嫩肉粉,其主要成分是碳酸氢钠(NaHCO3)可破坏肉质纤维结构、促进肉类吸收水分,从而使肉质松软、鲜嫩.小明发现将拌了嫩肉粉的肉类放到锅中并加入食醋等调料烧煮时产生了大量气体.他对此颇感兴趣,决定对其进行探究.
Ⅰ.小明对气体的成分进行了猜测:气体中除了醋酸气体之外,还可能含有水蒸气和CO2.他设法收集气体样品并除去醋酸气体后,用右图实验装置进行探究.将气体依次通过A、B两试剂瓶后,发现A瓶质量增加,B瓶中有白色浑浊物产生.(已知浓硫酸具有吸水性)实验结论:该气体中一定含有 .
Ⅱ、小明对二氧化碳的来源做出了两种猜测:
猜测① 二氧化碳可能是由碳酸氢钠受热分解产生的;
猜测② ;
针对以上猜测,小明设计了以下实验:(请你填写表1)
实验
1取碳酸氢钠样品少许加入试管中,加热到不产生气体为止,并把产生的气体通入澄清石灰水试管口有小水滴产生
澄清石灰水变浑浊猜想①正确
实验
2
猜想②正确
Ⅲ.查阅资料:在百度网页中输入碳酸氢钠的化学性质,可以获知碳酸氢钠受热易分解,产物中有碳酸钠生成.再根据实验Ⅰ写出碳酸氢钠受热分解的化学方程式 .
Ⅳ.实验Ⅰ中有白色粉末剩余,请用两种化学方法来验证剩余粉末是碳酸钠(写出实验操作步骤、现象和结论).
方法一: .
方法二: .
解析:本道探究性试题重点考察学生的猜想与实验设计能力.
Ⅰ.装有浓硫酸的A瓶质量增加,说明气体中一定含有水蒸气;装有澄清石灰水的B瓶有白色浑浊物产生,说明气体中一定含有二氧化碳.
Ⅱ.题目中叙述嫩肉粉的主要成分是碳酸氢钠(NaHCO3),加入食醋等调料烧煮时产生了大量气体,据此,说明产生的二氧化碳气体有两种情况,一是烧煮,碳酸氢钠受热分解产生的,二是碳酸氢钠和醋酸反应生成的.由此,围绕猜想所进行验证的方法也就容易确定,实验步骤和实验现象就好填写了.
Ⅲ.结合实验Ⅰ和实验Ⅱ知,碳酸氢钠受热易分解产物有水蒸气和CO2,产物中有碳酸钠生成,则可以确定受热分解的化学方程式.
Ⅳ.要想验证剩余粉末是碳酸钠,就应当根据碳酸钠的性质来考虑方法:让它和盐酸反应,并观察实验现象,或让它溶解于水,再加入CaCl2(或BaCl2等)溶液,并观察实验现象.在作出以上分析后,便可完成该实验设计题.
答案:Ⅰ.水蒸气和二氧化碳(须写两个,只写一个不得分)
Ⅱ.猜测②:二氧化碳可能是由碳酸氢钠和醋酸反应生成的;(如表2)
2取碳酸氢钠样品少许加入试管中,加入醋酸,并把产生的气体通入澄清石灰水澄清石灰水变浑浊
Ⅲ 2NaHCO3△Na2CO3+H2O+CO2↑(须加反应条件)
Ⅳ. 方法一:取少量粉末于试管中,滴加稀盐酸,若有气泡产生,则粉末为Na2CO3.
方法二:取少量粉末于试管中,加适量水溶解,再加入CaCl2(或BaCl2等)溶液,若有白色沉淀生成,则粉末为Na2CO3.
图2
例2(2010年安徽省芜湖市初中毕业学业考试题)
某化学兴趣小组的同学将一枚洁净的铁钉放入食盐水中(如图2,装置气密性良好).一段时间后,进行观察.请你一起参与分析,并完成后续实验设计.
[观察现象]①装置中右侧导管中的液面升高.
②铁钉生锈,试管底部有黑色固体物质.
[提出问题]导管中液面为何升高?黑色固体物质又是什么?
[理论分析]小组同学根据已学习过的知识分析得知,液面上升的原因是 .
[猜想与假设]小组中的小明同学猜测该黑色固体可能含有:①Fe、②Fe3O4、③FeCl3、④C四种物质
[分析与验证]小组同学根据小明的四种猜测做了以下分析:
(1) 小红同学认为不可能含有氯化铁,该结论得到了小组同学的认可,理由是 .
(2)小强同学认为一定含有碳,该结论也得到小组同学的认可,理由是 .
(3)小组同学不能确定是否含有铁,请你帮他们设计方案进行确认:
[知识链接]相信你一定在家中做过铁钉分别在水以及食盐水中生锈的实验,你的结论之一是铁钉在 (填“水”或
“食盐水”)中生锈快.
解析:本题是探究铁生锈的实验,设计装置较好,将理化知识巧妙地融合在一起,使得试题比较新颖.对照实验图,联系所学知识便可得到解决.[理论分析],铁钉生锈消耗了试管内的氧气,试管内压强低于大气压,装置中右侧导管中的液面便会升高.本题只要答案合理即可.[分析与验证](1)中,据所学知识知,氯化铁能溶于水,而管底的黑色固体物质却不溶于水.(2)中铁钉是铁的合金,含有碳.(3)可选用滴入稀盐酸,若有气泡产生,则含有铁,若或无气泡产生,则不含有铁.试剂亦可选用稀硫酸,同样可确定是否含有铁.
答案:
[理论分析]铁钉生锈消耗了试管内的氧气,使试管内压强低于大气压.
[分析与验证](1)氯化铁溶于水
(2)铁钉是铁合金,含有碳
(3)(合理即可)
[知识链接]食盐水.
实验方案设计型题能力要求较高,同时也要求学生不仅要有扎实的基础知识、过硬的解题能力和基本实验技能,还要有较强的发散思维能力和一定的创新能力,能努力寻求出多样化的解决方法,这样就能设计出切实可行的实验方案.
图1
例(2010年湖北省孝感市初中毕业生学业考试题)
做菜用的一种嫩肉粉,其主要成分是碳酸氢钠(NaHCO3)可破坏肉质纤维结构、促进肉类吸收水分,从而使肉质松软、鲜嫩.小明发现将拌了嫩肉粉的肉类放到锅中并加入食醋等调料烧煮时产生了大量气体.他对此颇感兴趣,决定对其进行探究.
Ⅰ.小明对气体的成分进行了猜测:气体中除了醋酸气体之外,还可能含有水蒸气和CO2.他设法收集气体样品并除去醋酸气体后,用右图实验装置进行探究.将气体依次通过A、B两试剂瓶后,发现A瓶质量增加,B瓶中有白色浑浊物产生.(已知浓硫酸具有吸水性)实验结论:该气体中一定含有 .
Ⅱ、小明对二氧化碳的来源做出了两种猜测:
猜测① 二氧化碳可能是由碳酸氢钠受热分解产生的;
猜测② ;
针对以上猜测,小明设计了以下实验:(请你填写表1)
实验
1取碳酸氢钠样品少许加入试管中,加热到不产生气体为止,并把产生的气体通入澄清石灰水试管口有小水滴产生
澄清石灰水变浑浊猜想①正确
实验
2
猜想②正确
Ⅲ.查阅资料:在百度网页中输入碳酸氢钠的化学性质,可以获知碳酸氢钠受热易分解,产物中有碳酸钠生成.再根据实验Ⅰ写出碳酸氢钠受热分解的化学方程式 .
Ⅳ.实验Ⅰ中有白色粉末剩余,请用两种化学方法来验证剩余粉末是碳酸钠(写出实验操作步骤、现象和结论).
方法一: .
方法二: .
解析:本道探究性试题重点考察学生的猜想与实验设计能力.
Ⅰ.装有浓硫酸的A瓶质量增加,说明气体中一定含有水蒸气;装有澄清石灰水的B瓶有白色浑浊物产生,说明气体中一定含有二氧化碳.
Ⅱ.题目中叙述嫩肉粉的主要成分是碳酸氢钠(NaHCO3),加入食醋等调料烧煮时产生了大量气体,据此,说明产生的二氧化碳气体有两种情况,一是烧煮,碳酸氢钠受热分解产生的,二是碳酸氢钠和醋酸反应生成的.由此,围绕猜想所进行验证的方法也就容易确定,实验步骤和实验现象就好填写了.
Ⅲ.结合实验Ⅰ和实验Ⅱ知,碳酸氢钠受热易分解产物有水蒸气和CO2,产物中有碳酸钠生成,则可以确定受热分解的化学方程式.
Ⅳ.要想验证剩余粉末是碳酸钠,就应当根据碳酸钠的性质来考虑方法:让它和盐酸反应,并观察实验现象,或让它溶解于水,再加入CaCl2(或BaCl2等)溶液,并观察实验现象.在作出以上分析后,便可完成该实验设计题.
答案:Ⅰ.水蒸气和二氧化碳(须写两个,只写一个不得分)
Ⅱ.猜测②:二氧化碳可能是由碳酸氢钠和醋酸反应生成的;(如表2)
2取碳酸氢钠样品少许加入试管中,加入醋酸,并把产生的气体通入澄清石灰水澄清石灰水变浑浊
Ⅲ 2NaHCO3△Na2CO3+H2O+CO2↑(须加反应条件)
Ⅳ. 方法一:取少量粉末于试管中,滴加稀盐酸,若有气泡产生,则粉末为Na2CO3.
方法二:取少量粉末于试管中,加适量水溶解,再加入CaCl2(或BaCl2等)溶液,若有白色沉淀生成,则粉末为Na2CO3.
图2
例2(2010年安徽省芜湖市初中毕业学业考试题)
某化学兴趣小组的同学将一枚洁净的铁钉放入食盐水中(如图2,装置气密性良好).一段时间后,进行观察.请你一起参与分析,并完成后续实验设计.
[观察现象]①装置中右侧导管中的液面升高.
②铁钉生锈,试管底部有黑色固体物质.
[提出问题]导管中液面为何升高?黑色固体物质又是什么?
[理论分析]小组同学根据已学习过的知识分析得知,液面上升的原因是 .
[猜想与假设]小组中的小明同学猜测该黑色固体可能含有:①Fe、②Fe3O4、③FeCl3、④C四种物质
[分析与验证]小组同学根据小明的四种猜测做了以下分析:
(1) 小红同学认为不可能含有氯化铁,该结论得到了小组同学的认可,理由是 .
(2)小强同学认为一定含有碳,该结论也得到小组同学的认可,理由是 .
(3)小组同学不能确定是否含有铁,请你帮他们设计方案进行确认:
[知识链接]相信你一定在家中做过铁钉分别在水以及食盐水中生锈的实验,你的结论之一是铁钉在 (填“水”或
“食盐水”)中生锈快.
解析:本题是探究铁生锈的实验,设计装置较好,将理化知识巧妙地融合在一起,使得试题比较新颖.对照实验图,联系所学知识便可得到解决.[理论分析],铁钉生锈消耗了试管内的氧气,试管内压强低于大气压,装置中右侧导管中的液面便会升高.本题只要答案合理即可.[分析与验证](1)中,据所学知识知,氯化铁能溶于水,而管底的黑色固体物质却不溶于水.(2)中铁钉是铁的合金,含有碳.(3)可选用滴入稀盐酸,若有气泡产生,则含有铁,若或无气泡产生,则不含有铁.试剂亦可选用稀硫酸,同样可确定是否含有铁.
答案:
[理论分析]铁钉生锈消耗了试管内的氧气,使试管内压强低于大气压.
[分析与验证](1)氯化铁溶于水
(2)铁钉是铁合金,含有碳
(3)(合理即可)
[知识链接]食盐水.
实验方案设计型题能力要求较高,同时也要求学生不仅要有扎实的基础知识、过硬的解题能力和基本实验技能,还要有较强的发散思维能力和一定的创新能力,能努力寻求出多样化的解决方法,这样就能设计出切实可行的实验方案.