例析实验探究题潜在的顺序问题

 

随着把发展学生智力、培养学生能力、提高学生的科学素养作为首要目标的新课程理念的深入实施，中考实验探究题的命题趋势是在具体的实验情景中，把化学实验原理与实验设计、安全操作、思维方法结合起来，有一定的综合性，思维容量较大，在对科学的思维方法的考查中，隐含着反应顺序的问题是有效考查思维的有序性、严密性的一个途径。现结合几例具体分析，希望对同学们的复习备考有所帮助。

 

一、在实验探究中隐含着中和反应优先的顺序

 

例1．(2010年河北中考试题）某班同学做验证铁、铜、银的金属活动性顺序的实验，用到的药品有铁丝、铜丝、银丝、稀硫酸和硫酸铜溶液。实验结束后，化学兴趣小组的同学欲对该实验的废液进行探究，请你一起参与。

 

【提出问题】废液中含有什么物质?

 

【交流表达】

 

（1）小明通过观察，认为废液中一定含有硫酸铜。他观察到的现象是            。

 

（2）小红通过分析，认为废液中一定含有硫酸亚铁，她的依据是：                                        。

 

【作出猜想】小华认为废液中还可能含有硫酸。

 

【实验验证】（1）小华测得废液的pH小于7，证明废液中含有硫酸。用pH试纸测定溶液pH的方法：                                         。

 

（2）小明取少量废液，向其中滴加氢氧化钠溶液，也得到了相同的结论。小明的实验现象是                              。

 

通过分析与实验，同学们得出废液中含有硫酸亚铁、硫酸铜和硫酸。

 

解析：从整体上审题可知，废液中溶质含有三种成分──反应生成的硫酸亚铁、剩余的硫酸铜和硫酸。（1）小明通过观察现象判断出了硫酸铜的存在，这是在考查硫酸铜溶液是蓝色的基础知识；（2）小红通过理论分析判断出硫酸亚铁的存在，这是在考查金属活动性知识的应用；小华的猜想是通过实验来验证的。而试题中选择了两种方法进行验证，一种是用pH试纸测定废液的pH，另一种是向废液中加入氢氧化钠溶液，我们需要考虑到有硫酸存在的情况下，氢氧化钠若要与硫酸铜、硫酸亚铁反应生成沉淀，必须先消耗掉所有的硫酸，即在酸与盐的混合溶液中加入碱溶液时中和反应优先的顺序，具体到这个题小明的实验现象是滴加一定量氢氧化钠溶液后才有沉淀生成，这是本题最具有区分度的地方。 

 

答案：【交流表达】（1）溶液显蓝色（2）铁丝与稀硫酸（或硫酸铜溶液）反应生成硫酸亚铁  （或反应生成的硫酸亚铁不与其他物质反应）  【实验验证】（1）将待测液滴到试纸上，把试纸呈现的颜色与标准比色卡比较，确定 pH    （2）滴加一定量氢氧化钠溶液后才有沉淀生成 

 

二、在实验探究中隐含着硫酸盐、盐酸盐（或氯化物）鉴别的顺序

 

例2．（2010年青岛中考试题）某金属制品厂清洗金属后产生一种黄色废液，小刚和小强欲对其成分进行探究。请你参与探究，填写空格：

 

【查阅资料】工业上通常使用__________清洗金属表面的锈迹。

 

【猜想与假设】小刚认为废液中只含有硫酸铁；小强认为废液中可能还含有氯化铁。

 

【进行实验】小刚的实验报告如下：

 

实验步骤	实验现象	解释与结论
①取少量澄清废液于试管中，逐滴加入足量氢氧化钾溶液	刚开始没有明显现象，过一段时间后产生红褐色沉淀	生成的红褐色沉淀是______________
②过滤，向滤液中滴加氯化钡溶液至恰好完全反应	产生_____________	废液中一定含有硫酸铁

 

【反思与改进】

 

⑴小强通过改进小刚的实验，证明了自己的猜想是正确的。小强的实验操作要点是：__________________________________________。

 

⑵通过分析小刚的实验现象，简要说明他们探究过程中的不足之处：_____________________________________________。

 

解析：黄色废液是清洗金属表面的锈迹后得到的，工业上通常使用稀盐酸或稀硫酸清洗金属表面的锈迹；由①实验结论可知废液中一定含有硫酸铁，取少量澄清废液于试管中，逐滴加入足量氢氧化钾溶液，刚开始没有明显现象，过一段时间后产生红褐色沉淀，生成的红褐色沉淀一定是氢氧化铁，“刚开始没有明显现象”，说明先发生酸与碱的反应，再发生盐与碱的反应，为【反思与改进】⑵中评价探究过程中的不足之处──未考虑废液中含有酸埋下伏笔；实验②中向滤液中滴加氯化钡溶液至恰好完全反应产生硫酸钡白色沉淀；

 

【反思与改进】⑴中小强通过改进小刚的实验，证明了自己的猜想是正确的，又隐含了硫酸盐、盐酸盐（或氯化物）鉴别的顺序问题，由于鉴别盐酸盐（或氯化物）要用硝酸银溶液，氯化银是白色沉淀，而硫酸银微溶，能形成干扰，所以要取少量澄清废液，先加入足量硝酸钡溶液，把硫酸铁反应完全后，过滤，再向滤液中滴加硝酸银溶液，产生白色沉淀，证明废液中还含有氯化铁。此题在探究中涉及到了两个反应顺序，其中先鉴别并反应完硫酸盐后鉴别盐酸盐（或氯化物）的顺序比中和反应优先的顺序隐藏地更深些，使题目的精彩度增强。

 

答案：稀盐酸或稀硫酸   氢氧化铁   白色沉淀   ⑴取少量澄清废液，先加入足量硝酸钡溶液，过滤，向滤液中滴加硝酸银溶液，产生白色沉淀    ⑵未考虑废液中含有酸

 

三、在实验探究中隐含着金属单质与盐溶液反应的顺序

 

例3．（2010年贵港中考试题）为了回收硝酸亚铁和硝酸银的混合溶液中的银，设计了如下的实验方案：

 

                                                                      

 

（1）若溶液乙为无色溶液，则固体甲一定有的物质是________，可能有的物质是________，步骤②中肯定发生的反应的化学方程式为________________________________。

 

（2）若溶液乙为浅绿色溶液，则溶液乙中溶质的组成可能是________________或____________（填物质的名称或化学式）。

 

解析：在金属单质与几种盐的混合溶液反应时，除了遵循“在金属活动性顺序表中，前面的金属（钾、钙、钠除外）能把后面的金属从它的盐溶液中置换出来”这一规律，还有一个顺序问题，即金属元素在金属活动性顺序表中的距离越远越先反应，可以简单地理解为实力差距越大越易征服。硝酸亚铁和硝酸银的混合溶液中加入锌，锌先与硝酸银反应生成银和硝酸锌，待硝酸银反应完，锌才和硝酸亚铁反应生成铁和硝酸锌。（1）若溶液乙为无色溶液，说明硝酸亚铁已经反应完全，硝酸银更已经反应完全，固体甲一定有生成的银和铁，若锌有剩余，则固体甲中还有锌，若锌没有剩余，则固体甲中没有锌；步骤②中肯定发生的反应是铁与稀硫酸的反应；（2）若溶液乙为浅绿色溶液，说明硝酸亚铁还存在，硝酸亚铁的反应情况存在两种可能：一种可能是硝酸亚铁根本就没有参加反应，另一种可能是硝酸亚铁有一部分参加了反应；硝酸银与锌的反应是优先发生的，存在两种可能：一种可能是硝酸银全部参加反应，另一种可能是硝酸亚银只有一部分参加了反应。故溶液乙中溶质的组成可能是Zn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂或Zn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂、AgNO₃。

 

答案：（1）Ag、Fe      Zn      Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑

 

（2）Zn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂      Zn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂、AgNO₃

 

四、在实验探究中隐含着除杂的先后顺序

 

例4．(2010年鞍山中考试题)氯化钠是日常生活的必需品，也是重要的化工原料。

 

 (1)粗盐除含NaCl外，还含有少量MgCl₂、CaCl₂、Na₂SO₄以及泥沙等杂质。以下是粗盐提纯的操作流程。

 

 

 

 

 

 

 

提供的试剂：Na₂CO₃溶液、K₂CO₃溶液、NaOH溶液、BaCl₂溶液、Ba(NO₃)₂溶液、饱和NaCl溶液。

 

①欲除去溶液I中的MgCl₂、CaCl₂、Na₂SO₄，从提供的试剂中选出a所代表的试剂，按滴加顺序依次为：过量的NaOH溶液、             、             ；

 

②在滤液中加盐酸的作用是                                       ；

 

解析：除杂质的原则：在不引进新杂质的基础上，除去原有杂质。此题中除去多种杂质，需要选用多种试剂，而且为了将杂质全部除去，题目中选用的试剂是“过量的”，为了不引进新的杂质，就有一个试剂的滴加顺序问题。先明确各种加入的试剂的作用：NaOH溶液用于除MgCl₂，BaCl₂溶液用于除Na₂SO₄，Na₂CO₃溶液用于除CaCl₂，生成物除了是沉淀就是氯化钠，此题隐含的顺序问题在于加入的多余的试剂怎样除，所以后加入的Na₂CO₃溶液不仅用于除CaCl₂，还用于除多余的BaCl₂，盐酸用于除多余的NaOH和Na₂CO₃，故滴加顺序必须是先加入过量的BaCl₂溶液后加入 Na₂CO₃溶液。

 

答案：(1)①BaCl₂溶液  Na₂CO₃溶液  ②除去过量的NaOH和Na₂CO₃

 

五、在实验探究中隐含着检验气体物质的先后顺序

 

例5．（2010年眉山中考试题）实验表明浓硫酸与焦炭在加热的条件下能发生反应。经查阅资料得知：

 

①SO₂可使澄清石灰水变浑浊；

 

②SO₂可使品红溶液的红色褪去，而CO₂不能；

 

③SO₂可与酸性的KMnO₄溶液反应使其褪色，而CO₂不能；

 

④CuSO₄为白色粉末，遇水可生成胆矾。

 

在对该反应的产物的探究中需用下列A、B、C装置：

 

 

 

 

 

 

 

 

请根据提供的信息回答下列问题：

 

（1）浓硫酸与焦炭在加热的条件下发生如下反应：

 

C + 2H₂SO₄（浓）  X↑+ 2SO₂↑ + 2H₂O 则生成物X的化学式为            。

 

（2）若要证明产物中有水，则要用            装置（填装置的编号）。

 

（3）若按B、A、C的顺序组装，不能证明产物              。

 

（4）若按C、B、A的顺序组装，则能证明产物              。

 

（5）若要证明这三种产物，正确的组装顺序是                        ，装置B中的品红Ⅰ的作用是                       ，品红Ⅱ的作用是                           。

 

解析：根据已知的化学方程式，浓硫酸与焦炭在加热的条件下反应生成H₂O、CO₂ 和SO₂。解答此题的关键在于搞清楚隐含的三种物质的检验顺序。因为检验CO₂ 和SO₂都要通过溶液，会带出水蒸气，对生成的H₂O的检验构成干扰，所以把水的检验放在最前面；CO₂ 和SO₂都可都使澄清石灰水变浑浊，所以要想用澄清石灰水变浑浊证实反应生成了二氧化碳，必须在检验了二氧化硫并且用将二氧化硫除尽之后，再将气体通入澄清石灰水，故要证明这三种产物，正确的组装顺序是A、B、C。

 

答案：（1）CO₂    （2）A     （3）H₂O     （4）SO₂    

 

（5）A、B、C    证明产物中的SO₂    检验SO₂是否完全反应

 

六、在实验探究中隐含着吸收物质的先后顺序

 

例6．（2010年金华地区中考试题）由于大量使用一次性塑料方便袋造成的“白色污染”，已成为一个严重的社会问题。某科学研究小组的同学欲对某种塑料的组成进行分析探究（资料显示该塑料只含C、H两种元素），他们设计了如图所示的实验装置。目的是通过测量有关数据，推算塑料组成元素的含量。

 

 

图中字母A至G均表示装置编号。请根据实验装置，回答下列问题：

 

(1)由于发生装置A制取的氧气中混有CO₂和水蒸气，为使D装置中塑料试样在纯氧中燃烧，装置C中盛放的试剂应该是         ；

 

(2)E、F装置是气体的吸收装置，该处的设计有不正确的地方，如何改进           ．理由是           ；

 

(3)碱石灰的成分是氢氧化钠和氧化钙，则装置连接正确时G装置的作用是         。

 

解析：此题中探究实验的设计思路是应用质量守恒定律，塑料中的碳元素的质量等于燃烧生成的二氧化碳中碳元素的质量，塑料中的氢元素的质量等于燃烧生成的水中氢元素的质量，由生成的二氧化碳和水的质量根据化学式分别计算出塑料中C、H两种元素的质量。所以必须保证F中浓硫酸吸收的水必须只是燃烧生成的水，E中氢氧化钠溶液中吸收的二氧化碳必须只是燃烧生成的二氧化碳。由于发生装置A制取的氧气中混有CO₂和水蒸气，而塑料试样要在纯氧中燃烧，所以先用氢氧化钠溶液中吸收氧气中的二氧化碳，后用浓硫酸中吸收氧气中的水。反应后，若按E、F的顺序排放装置，会从氢氧化钠溶液中带出水蒸气，使浓硫酸中吸收的水不只是燃烧生成的水，故应按F、E的顺序排放装置，G装置的作用主要是防止空气中的CO₂进入吸收装置。

 

答案：(1)浓硫酸  (2)对调装置E、F的位置

 

水蒸气的吸收应在通溶液之前（或“若按原装置，前者会把水蒸气带给后者”）

 

(3)防止空气中的CO₂进入吸收装置（或“保护装置”）。