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  科学探究是人们获取科学知识的,认识世界的重要途径,它既是新课标理念实施中的一种全新的学习方法,也是九年级化学学习的重要内容。科学探究活动能有效激发学生对化学学习的兴趣,能让学生学会从日常生活、工农业生产、科学研究中或从化学问题的实际情景中,发现有探究价值的问题。科学探究活动可有效的培养学生的实验能力、探究能力、创新能力。因而科学探究能力也就理所当然成为中考考查的重点和热点,但不少同学对于科学探究类试题,往往不知如何入手去解答。实际上该类问题一般来说是在同学们已有知识和经验的基础上设计的,只要基础扎实,掌握了科学探究的一般步骤(科学探究的一般步骤为提出问题猜想与假设制定计划进行实验收集证据解释与结论反思与评价表达与交流),可以说并不难解,本文结合近几年典型探究类中考题,从科学探究的步骤出发,剖析该类试题解题的一般思路和方法,供参考。

 

一、要在已学知识和经验的基础上,敢于和大胆的做出合理的猜想和假设

 

实际上科学探究试题中的许多内容都是平时学习时已学过的,或生活中司空见惯的,关键问题是很多同学做题时联想不到,这就要求我们每一个同学在平时的学习和生活中要多问几个为什么,要注意从化学的视角去观察思考学习和生产生活中的各种问题,并能根据自己已有的化学知识和经验对问题做出有意义的猜想和假设。

  1.甲同学在某食品包装袋内,发现有一个装有白色颗粒状固体A的小纸袋,上面写着“生石灰干燥剂,请勿食用”。甲同学随手将小纸袋拿出来放在空气中,经过一段时间后,发现纸袋内的白色颗粒粘在一起成为块状固体B。请你与甲同学一起对块状固体B进行探究。

 

  (1)猜想一:块状固体B中除氧化钙外还可能有:                          

  写出白色颗粒状固体A在空气中转化为块状固体B的化学反应方程式:

                                                              

  (2)猜想二:块状固体B溶于水可能有        现象(填“放热”或“吸热”)。请设计实验方案验证你的这

一猜想(至少写出两种方案,如果写出三种正确方案奖励1分):

  ①               ;②                ;③                  

  (3)取适量块状固体B加入盛有一定量水的试管中,振荡、静置、过滤,得到少量白色固体C。就白色固体C的成分,甲同学与乙同学进行讨论,一起猜想。

甲同学认为,白色固体C可能是:氢氧化钙;乙同学认为,白色固体C可能是:碳酸钙;

  你认为,白色固体C还可能是:                            

  请设计实验证明你的猜想(填写下表):

      

       

 

 

 

 

 

  [思路点拨]本题是一道较为典型的探究性中考题,它的命题紧扣课标和各版本的教材,同时又对学生们知识的掌握情况及思维能力、实验设计能力、探究能力及综合能力提出了较高的要求。它以生活中司空见惯的食品干燥剂生石灰作为试题的情景,通过分析生石灰放在空气中变成块状固体的原因进行猜想和探究。事实上本题考查的仍然是知识的应用,考查的是相关物质的性质。解题的关键是抓住生石灰氧化钙及其在空气中变质后一系列物质的性质(生石灰与水反应生成熟石灰氢氧化钙,同时放出热;而氢氧化钙是碱,水溶液显碱性,并能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙和水;所生成的碳酸钙能与稀盐酸反应生成二氧化碳气体)。一旦做到这一点,思维就很通畅,解题就很顺手,所有设置的探究性问题也都会迎刃而解,这也就平时一再强调双基重要性的原因,也是“问渠哪得清如许,惟有源头活水来”的原因之所在。

 

  [规范解题]Ca(OH)2CaCO3(填物质名称同样对)CaO+H2O=Ca(OH)2Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O

放热;①取适量块状固体B放入烧杯中,加入少量水,用手触摸烧杯外壁。②取适量块状固体B放入烧杯中,加入少量水,立即用温度计测定溶液温度的变化。③在试管中加入适量块状固体B,加入少量水,立即塞上带导管的单孔橡皮塞,同时将导管的另一端放入盛水的水槽中,观察导管口是否有气泡放出。④在试管中加入适量块状固体B,加入少量水,立即在试管口套上一只瘪气球,观察气球体积的变化。(只要写出其中的正确答案或其他合理答案即可)

3Ca(OH)2CaCO3的混合物;

      

现象和结论

步骤①:将所得固体C加入到试管中,加入少量水,振荡,再向其中滴入两滴酚酞试液;

步骤②:再向试管中滴入稀盐酸。

 

若溶液变红,则白色固体C中含有Ca(OH)2

若溶液不变红,则白色固体C中不含有Ca(OH)2

若有气泡产生,则白色固体C中含有CaCO3

若无气泡产生,则白色固体C中不含有CaCO3

(其他合理方案,也对)

 

  二、根据试题的要求、结合已有的化学知识和生活经验,设计简单的化学探究性实验

 

设计探究性实验是综合考察学生能力的题目,对学生的要求很高。它不仅要求学生对物质的性质、检验和制备很熟悉,而且还要求实验方案简单易行,原料价格低廉,无污染等。对于该类问题同学们实际上只要根据题意搞清或确定实验的原理,然后紧紧抓住原理进行设计,难点也就化解了。

 

例2.铁暴露在空气中会生锈。不知你注意了没有,将苹果切开不久,果肉上就会产生一层咖啡色的物质,也好象是生了“锈”一样。某化学活动小组对此进行了探究。

【提出问题】切开的苹果“生锈”与什么因素有关?

【猜想与假设】

猜想:可能与空气没有关系,只是果肉内的物质自身相互反应而“生锈”。

猜想:可能是果肉中的物质与空气中的氧气作用而“生锈”;

猜想:可能是果肉中的物质与空气中的氮气作用而“生锈”;

猜想:可能是果肉中的物质与空气中的二氧化碳作用而“生锈”;

猜想:可能是果肉中的物质与空气中的氧气作用而“生锈”,并且苹果“生锈”的速度还可能与温度有关。

  【收集证据】

(一)查阅有关资料:已知苹果“生锈”是果肉里的物质(酚和酶)与空气中的一种物质发生反应,生成咖啡色的物质。

(二)实验探究:针对上面的猜想至猜想,化学活动小组依次设计了实验方案,进行了实验验证,并依次观察到下列实验现象。请你将他们设计的可行的实验探究方案,填写在下表中。

猜想

可行的实验方案

观察到的实验现象

猜想

将一小块果肉浸入盛有蒸馏水的烧杯中,观察现象。

果肉表面不变色。

猜想

 

 

果肉表面变色。

猜想

 

 

果肉表面不变色。

猜想

 

果肉表面不变色。

猜想

 

温度高的先变色。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   【得出结论】                                                               

  【反思与评价】(1)在四种猜想中,你认为猜想       填代号)最不合理,理由是             

  (2)在验证猜想时,同学们发现,如果水不与空气隔绝,果肉放在水中时间长了也会变色,其可能的原因是                                                     

  【应用】根据上述结论,要防止果汁变质,果品加工厂加工和保存果汁时可采取的措施是        

[思路点拨]本题是一道有典型性和代表性的探究性中考题,命题设计新颖、独特,题材鲜活,情景真实。试题联系生活实际,从同学们的生活中切入,选择同学们在生活中熟视无睹、但蕴涵着丰富化学知识的苹果生“锈”作为探究试题的情景,探究的是苹果生“锈”与哪些因素有关。该题实际上是源于课本——以教材中已学的探究铁生锈条件为知识背景,但又高于课本——拓展引申为探究苹果生锈的原因,同时还渗透了类比和迁移的科学研究方法的运用。该题不仅考查了学生进行信息获取、整理、加工的能力,而且将科学探究的过程完成的呈现给学生,目的是引导学生在解题过程中领悟科学探究的过程。最后的应用突出了探究的价值和社会意义,画龙点睛。可以说本题很好的体现了“化学源与社会,服务于社会”的新课标理念,引导学生在平时的学习过程中要注意从化学的视角去观察、去思考,体味“处处留心皆学问”,我想做到这一点,就能真正感受“万变不离其宗”的涵义。至于本题中的设计可行的实验方案,抓住各种猜想,在掌握基础知识的情况下,设计是不难的。

  [规范解题]

  【收集证据】

猜想

可行的实验方案

猜想

将一小块切开的苹果放入盛有氧气的集气瓶中,观察现象。

猜想

将切开的苹果放入盛有氮气的集气瓶中,观察现象。

猜想

将切开的苹果放入盛有二氧化碳的集气瓶中,观察现象。

猜想

各取一小块苹果分别放入两支集满氧气的试管中,将其中一支试管放入热水中,观察两试管中苹果的变色速度。

  【得出结论】是果肉中的成分与氧气作用的结果,“生锈”的速度与温度有关,温度越高,果肉变色速度越快。

  【反思与评价】

  (1  氮气化学性质很稳定,通常不与其它物质反应。(2)水中溶解了氧气

  【应用】将水果在隔绝空气的条件下加工,采用真空包装并低温保存。

 

三、要善于对实验所得出的事实证据通过比较、归纳、概括、总结等方式进行处理,从而得出科学的结论,并由此解释化学现象,说明问题

 

对实验所得出的事实证据进行比较、归纳、概括、总结等是初中化学学习中的重要方法,也是中考考查的重要内容。近几年中考着重是通过呈现探究性实验的事实来考查上述能力的,而上述能力并不是一朝一夕养成的,这就要求同学们在平时的学习过程中要逐步培养这些能力,当中考面对探究性试题中相关内容时,也就不会束手无策。

  例3.“用双氧水和二氧化锰制氧气”的反应方程式为:                                  

  某同学做了该实验后,展开了下列思考与探究:

  (1)催化剂MnO2的用量对反应速率有没有影响呢?

  他做了这样一组实验:每次均用30 mL 10%H202溶液,采用不同量MnO2粉末做催化剂,测定各次收集到500 mL氧气时所用的时间,结果如下:(其他实验条件均相同)

实验次序

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

MnO2粉末用量/g

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

所用时间/s

17

8

7

5

4

3

2

2

2

2

 

    请分析表中数据回答:MnO2的用量对反应速率有没有影响呢?如果有,是怎样影响的呢?

  答:                                                                    

  (2H2O2溶液的溶质质量分数对反应速率有没有影响呢?

  他又做了一组实验:每次均取5 mL 30%H2O2溶液,然后稀释成不同溶质质量分数的溶液进行实验。记录数据如下:(实验均在20 ℃室温下进行,其他实验条件也均相同)

实验次序

1

2

3

4

5

6

7

8

H2O2溶液溶质质量分数

1%

3%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

MnO2粉末用量(克)

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

收集到540 mL气体时所用时间/s

660

220

205

80

25

9

4

3

反应后液体温度/℃

24

34

39

56

65

67

69

70

  请分析表中数据回答:H2O2溶液的溶质质量分数对反应速率有没有影响呢?如果有,是怎样影响的呢?

  答:                                                                         

  由表中数据还可看出,该反应是个            反应(填“放热”或“吸热”)。

  (3)还有哪些因素可能影响该反应的速率呢?

  请说出你的一个猜想:                                                          

  [思路点拨]本题是对探究性实验事实进行处理并得出正确结论的最典型例子。解题的关键是抓住探究性实验的事实,并对实验事实通过比较、归纳、概括、总结等方式进行处理,得出结论,然后应用结论分析解释现象,说明问题。本题通过对实验(1)、(2)所提供的数据进行比较分析可得出正确的结论:MnO2的用量对双氧水分解反应的速率有影响,而且在一定的范围内,MnO2的用量越大,反应越快;H2O2溶液的溶质质量分数对双氧水分解反应的速率也有影响,且H2O2溶液的溶质质量分数越大,反应越快。由(2)中所提供的反应后液体温度的变化情况还,双氧水分解反应是一个放热反应。对于(3),借助(1)与(2)的实验事实的启发、结合学习和生活经验可大胆的提出影响该反应速率的因素有:MnO2颗粒大小可能对反应有影响、环境温度可能对反应有影响、气压可能对反应有影响、实验时是否振荡可能对反应有影响等等。

  [规范解题]

  2H2O2MnO22H2O+O2

  (1)有影响。在一定范围内,MnO2的用量越大,反应越快。

  (2)有影响。H2O2溶液的溶质质量分数越大,反应越快。  放热。

  (3MnO2颗粒大小、环境温度、气压、是否振荡等,合理答案均可。

 

四、要会对简单的化学实验探究方案的优劣进行评价,并提出自己的建议

 

科学探究的目的是为了让学生学会科学探究的方法,并在探究的过程中学会运用所学知识分析解决实际问题的能力,同时让学生学会创新,养成“勇于实践,敢于质疑”的科学品质。而近几年中考探究性试题中设置的对探究性实验方案的评价内容,应该说是上述精神最好的体现。对一个实验方案的评价,要注意从如下几个方面入手:①原理是否正确,即能否达到实验的目的;所用原料是否常见易得、廉价;③是否节约药品,即原料的利用率是否高;④操作是否简单,即操作过程是否简捷优化;⑤是否对环境产生污染⑥是否有实验误差;方案是否有新创意;安全性是否好等等。能达到上述八点要求的实验方案应该说不失为最优实验方案。至于提出合理化建议,也就是基于上述几个方面、结合题意来提出符合要求的建议。

4.化学活动小组的同学在探究金属的化学性质时,发现铜与稀硫酸在常温或短时间加热的条件下均不反应。那么,铜与浓硫酸能否发生反应呢?

  [猜想与假设]

  猜想在常温下能反应;

  猜想在常温下不能反应,但在加热条件下能反应;

  猜想在加热条件下不能反应。

  [实验与事实]

  操作将一小块铜片放入试管中,加入足量的浓硫酸,无明显现象;

  操作加热该试管,铜片上有气泡产生,并闻到刺激性气味;

  操作检验产生的有刺激性气味的气体(检验方法及现象略);

  操作立即停止加热;

  操作将试管中的残液慢慢倒入少量水中,溶液呈蓝色。

  [结论与解释]

  (1)由以上探究可知:猜想_____________________是正确的;

  (2)经检验产生的气体是 ;立即停止加热是为了避免产生更多的

  (3)铜跟浓硫酸在加热条件下反应的产物是SO2CuSO4

  [反思与评价]

  (1)操作中,从安全角度考虑(填不能____________________将水倒入剩余的液体里。

  (2)探究结论中对产物是SO2CuSO4的判断是否正确______________,理由是________________

  [拓展与应用]

  根据以上探究和已掌握的知识,同学们又设计了两个利用废铜屑、硫酸为原料制取硫酸铜的实验方案。

  甲方案:利用废铜屑跟浓硫酸在加热条件下反应制取。

  乙方案:在加热条件下将废铜屑在空气中氧化成CuO,再将CuO与稀硫酸反应制取。

  请你从安全、节约、环保等方面进行评价,较好的方案是___________,理由是(答出一点即可)_______________

  [思路点拨]本题的[拓展与应用]中的对实验方案的评价是评价题中的经典题之一,抓住上述的评价要素,就会言之有物:由实验原理“Cu+2H2SO4(浓)SO2+CuSO4+2H2O2Cu+O22CuO  CuO+H2SO4== CuSO4+H2O”可知,乙方案明显的要比甲方案好,原因是:相对于甲方案,乙方案减少了对环境的污染;由于不使用浓硫酸,安全性要好;制取等质量的硫酸铜使需要的硫酸量要少,从而节约了药品;等。至于前面的[结论与解释][反思与评价]中的问题,抓住[实验与事实]进行分析就可作出准确的判断与说明,由[实验与事实]可知三个猜想中只有是正确的,并由实验事实、结合质量守恒定律可知:在加热的条件下,铜与浓硫酸反应不仅生成二氧化硫和硫酸铜,还应该生成水。由于是用足量的浓硫酸与铜反应,所以反应后的残液中含有浓硫酸,如果直接倒入少量水中可能会造成安全隐患。

  [规范解题]

  例4.②   不能    不正确    反应前后元素种类不同(或生成物中不含氢元素)

  乙方案   不使用浓硫酸(或节约硫酸、不污染环境)

    
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