大数据建模实验：高考化学成功！

【高考化学·考试大纲】(1)根据化学实验的目的和要求,能做到:设计实验方案，对以上各部分知识与技能的综合应用。

【课程标准·学业要求】(1)具有较强的问题意识,能提出化学探究问题,能作出预测和假设。(2)对实验过程和结果进行反思,说明假设、证据和结论之间的关系,用恰当形式表达和展示实验成果。

一、探究性实验的一般步骤

(1)研究课题:即实验探究的主题(实验目的)。

(2)查找资料。

(3)提出假设:对研究对象提出一种或多种可能的假设情况等；研究课题提出一种可以检测的解释及在检验假设之前先提出实验的预期结果。

(4)设计实验:根据实验原理或题给实验用品,具体设计出检证假设的实验方案或对比实验。

(5)得出结论:通过实验观察与记录,推理得出结论，并分析与评价。

【考型1】对已知实验方案的分析或假设的验证:

1.[18 北京,28]实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于KOH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。

(1)制备K2FeO4(夹持装置略)：

①A为氯气发生装置。A中反应方程式是(锰被还原为Mn2+)___________________________________。

②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。

③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH==2K2FeO4+6KCl+8H2O另外还有_________________________________。

(2)探究K2FeO4的性质：

①取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2,设计以下方案:

由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有______离子,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化,还可能由_______________产生(用方程式表示)。

Ⅱ.方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl-。用KOH溶液洗涤的目的是________________。

②根据K2FeO4的制备实验得出:氧化性Cl2________FeO42-(填“>”或“<”),而方案Ⅱ实验表明,Cl2和FeO42-的氧化性强弱关系相反,原因是______________________________。

③资料表明,酸性溶液中的氧化性FeO42->MnO－4,验证实验如下:将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色,该现象能否证明氧化性FeO2-4>MnO－4。若能,请说明理由;若不能,进一步设计实验方案。理由或方案:_______________________________________________________________________________________________________。

【考型2】探究性实验的设计原则与解答策略

2.[17 北京,28]某小组在验证反应“Fe+2Ag+==Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+。其发现和探究过程如下:向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。

(1)取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证明黄色溶液中含有Fe3+，同时发现有白色沉淀产生。

(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)

(2)对Fe3+产生的原因作出如下假设:

假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+;

假设b:空气中存在O2,由于___________________(用离子方程式表示),可产生Fe3+;

假设c:酸性溶液中NO－3具有氧化性,可产生Fe3+;

假设d:根据现象,判断溶液中存在Ag+,可产生Fe3+。

③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因，实验Ⅱ可证实假设d成立。

实验Ⅰ:向硝酸酸化的溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液,3min时溶液呈浅红色,30min后溶液几乎无色。

实验Ⅱ:装置如图，其中甲溶液是_______________,操作现象是___________________________________________________________________________。

【考型3】创新实验

3.[14北京,28]用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液,通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极,在不同电压(x)下电解pH=1的0.1mol·L-1FeCl2溶液,研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压值):(1)用KSCN溶液检验出Fe3+的现象是__________。

(2)Ⅰ中,Fe3+产生的原因可能是Cl-在阳极放电,生成的Cl2将Fe2+氧化。写出有关反应:______________________________________________。(www.xing528.com)

(3)由Ⅱ推测,Fe3+产生的原因还可能是Fe2+在阳极放电,原因是Fe2+具有______性。

(4)Ⅱ中虽未检测出Cl2,但Cl-在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH=1的NaCl溶液做对照实验,记录如下:

①NaCl溶液的浓度是______mol·L-1。

②Ⅳ中检测Cl2的实验方法:_____________________。

③与Ⅱ对比,得出的结论(写出两点):_________________________________________________________。

一、对已知实验方案的分析或假设的验证

通常试题中会提供验证假设的部分实验步骤(实验装置、操作等),实验现象,或实验结论(有什么物质,无什么物质)。要求通过分析实验过程得出物质的性质,或写出符合实验的反应方程式,或得出假设方案是否成立的结论等。解题中要注意下列方法:

明确实验设计的目的,清楚每一步实验或装置的作用,结合实验现象进行实质的对应分析,联系题目已知资料信息,排出实验干扰,结合守恒关系(元素守恒、得失电子守恒),以及物质性质顺推,结论反推,新旧知识的联系(该熟悉的基础知识,题目中不会再给信息),从而解题。

解题时注意下列几点:

(1)排除干扰:分析同时存在的物质对反应现象的干扰。如①过量的或未反应的反应物；②副反应的生成：③存在的其他成分或杂质。

(2)资料信息的运用:一定有用,一定要用!例如:①要求设计实验时,常给出一组物质,先对物质的性质进行分类,再分析选用;如给出了硫酸、盐酸和硝酸,分析他们性质的不同,从而决定实验中肯定要选用酸,但可能只能选择其中一种;②提示信息的接续,如原实验中已经给出了V1,要求设计的实验中一定会有接续的序号V2;从而寻求实验设计的方向。

(3)实验检验方法的选择:如在假设可能含有Fe2+和Fe3+溶液中。只含有Fe2+,方法是证明不含Fe3+特征实验。

(4)定量(或对照)实验:通过测定数据的差异说明产物的不同,从而证明假设成立或不成立。

(5)用反应或物质性质的设计:排除干扰因素,直接选择纯物质设计简单实验进行验证。

(6)用量:加入的顺序不同,开始过量的物质不同,加入的物质由少到多,逐渐过量,反应的现象可能逐渐变化。

(7)溶剂的利用:相似相溶原理,一般有机物易溶于有机溶剂；无机物酸碱盐、离子化合物等易溶于水。

二、探究性实验的设计原则与解答策略

1.提出假设的方法

(1)对所得成分的假设:如判断可能含有物质(或具有的性质)A、B两种。

可能的假设有三种:假设1:A存在；假设2:B存在；假设3:A和B都存在(或都不存在)。

在验证的实验方案设计中,一般以A和B都存在(或都不存在)为准进行分析验证。

(2)对影响因素的假设:围绕某一现象或原理展开的假设,影响的因素可能是温度、压强、浓度、催化剂、反应物颗粒的大小、固体表面积、pH值等来假设。

假设1:××因素影响；假设2:××因素影响；假设3:……

题目会先做出1～2个假设例子,要求验证题给假设。设计实验时,根据假设中涉及的物质的性质或条件来设计鉴定方案。

2.对照探究性实验设计的原则

对题目假设的影响因素通过对照实验进行探究,从而得出结论。

(1)等量原则:浓度变量与总体积不变(通常通过加入一定量的蒸馏水使总体积不变)的确定。

(2)单变量原则:实验Al2Fe(SO4)4·24H2O中Fe2+对某反应起催化作用;设计实验就要以K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O对反应没有催化作用来进行对照。

设计对照实验时,先要找到原题中的对照组实验,然后分析研究的变量从而设计实验组的实验,设计实验时除变量因子不同外,其它因素要求等量,那么加入物质时就一定要指明浓度、体积、pH、温度等因素。对照实验的结论是围绕“变量对实验目的影响”来进行结论。

3.探究实验解答的注意事项

(1)细心审题是关键。目的、原理要画出来,并自始至终把握实验目的。

(2)认真分析是核心。①原理分析；②材料分析；③变量分析；④结果分析；⑤逻辑接续分析(前面的分析是给后的分析建立桥梁)。

(3)正确表达是保障。解决“会而不对”的问题在于规范的答题,在表达过程中一定要按格式答题,同时要体现出科学、等量、单一变量与对照性等原则,提高得分率。

(4)重视实验基础知识。虽然探究性实验主要考察学生的探究能力,但在问题的设置上常常包含了对实验基础知识的考察。