专题Ⅴ科学探究

时间:2022-07-24 12:38:19

专题Ⅴ科学探究

(一)课标要求

1.知道科学探究是人们获取科学知识、认识客观世界的重要途径。

2.意识到提出问题和作出猜想对科学探究的重要性,知道猜想与假设必须用事实来验证。

3.知道科学探究可以通过实验、观察等多种手段获取事实和证据。

4.认识到科学探究既需要观察和实验,又需要进行推理和判断。

5.熟悉科学探究的基本程序,即提出问题、猜想与假设、制订计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等。

6.通过亲身经历和体验科学探究活动,增进对科学的情感,学习科学探究的基本方法,初步形成科学探究能力。

(二)典例分析

【例1】(烟台)一男孩在排污井盖上燃放鞭炮,点燃了排污井内的气体,井盖被炸飞,男孩被井盖击伤。

【提出问题】排污井内气体的主要成分是什么?

【查阅资料】排污井内的有机物在一定条件下发酵产生了气体,其成分可能含有CO、CO2、CH4等。

【提出猜想】某兴趣小组同学对排污井内气体含有上述气体中最少2种成分的猜想如下:

猜想Ⅰ:有CO2、CH4;

猜想Ⅱ:有CO、CH4;

猜想Ⅲ:有CO、CO2;

猜想Ⅳ:有CO、CO2、CH4。

【实验方案】小组同学共同设计了下图所示的装置并进行探究。

【问题讨论】

(1)装置A出现浑浊,证明猜想不成立。

(2)小明通过装置C处的现象,证明猜想Ⅲ不成立。小芳对此提出了疑义,小芳认为要在位置,再增加一个上图中(填字母编号)装置,才能证明猜想Ⅲ不成立。

(3)为了进一步确认气体中是否含有一氧化碳,小明将装置C处气体完全燃烧后的产物依次通过D、E,经实验测定装置D增重1.8g,装置E增重2.2g,由此证明猜想成立。

(4)小明认为排污井内气体是否含有CO,可以不用装置B,小芳则认为需要使用装置B,你认为装置B的作用是。

【解析】(1)装置A出现浑浊,说明井内气体中含有二氧化碳,因此猜想Ⅱ不正确。

(2)干冷的烧杯罩在火焰上是为了检验燃烧产物是否有水,但此时根据C处烧杯内壁出现水珠,并不能证明猜想Ⅲ不成立,因为井内气体经过B中的氢氧化钠溶液时也会含有水蒸气,这显然干扰后续水的检验,所以应在装置B、C之间增加一个吸水装置,一般选择含有浓硫酸的洗气瓶。

(3)根据CH4+2O2点燃2H2O+CO2不难算出,甲烷燃烧生成水和二氧化碳的质量比是9∶11;现在D增重1.8g、E增重2.2g,说明C处气体燃烧产生水和二氧化碳的质量比正好是9∶11,所以猜想Ⅰ成立。

(4)一氧化碳一般不直接检验,多间接检验其氧化产物二氧化碳,因此装置B的作用是清除气体中的二氧化碳,以免对后续的检验产生干扰。

【答案】(1)Ⅱ(2)烧杯内壁出现水珠装置B、C之间D(3)Ⅰ(4)除去排污井内气体中的CO2

【例2】(遂宁)如下图,甲、乙两位同学在实验室分别完成酸与碱、酸与盐反应的实验后,依次将反应后的废液缓慢倒入同一洁净的废液缸中,当乙同学沿废液缸壁缓慢倾倒废液时,观察到废液缸中先有气泡产生,然后又出现了白色沉淀。为科学处理废液,甲、乙同学对废液缸中最终废液溶质成分进行探究。

【提出问题】最终废液中含有什么溶质?

【猜想与假设】甲同学猜想:只有NaCl一种溶质;乙同学猜想:废液中含有NaCl、CaCl2两种溶质;你的猜想是:废液中含有的溶质是。

【实验探究】如果你的猜想是正确的,你设计的实验方案中发生反应的化学方程式为:。

【实验结论】通过实验,证明你的猜想是正确的。

【反思交流】随着大家环保意识的增强,实验室产生的污染越来越受到重视,实验中产生的污染物必须无害化处理后再排放。

【解析】甲、乙的实验废液混合时冒气泡,说明甲、乙的实验废液中一定含有酸和碳酸盐;后又出现白色沉淀,说明甲、乙的实验废液中还一定含有Ca2+,因此,甲的实验废液中应该含有生成物CaCl2、过量物HCl,乙的实验废液中应该含有生成物NaCl、过量物Na2CO3。若甲、乙的实验废液混合后恰好完全反应,则最终的实验废液中只有NaCl一种溶质;若甲、乙的实验废液混合后CaCl2过量,则最终的废液中含有NaCl和CaCl2两种溶质;若甲、乙的实验废液混合后Na2CO3过量,则最终的废液中含有溶质NaCl和Na2CO3。显然,“我的猜想”是最终的废液中含有的溶质是NaCl和Na2CO3。

要验证“我的猜想”,NaCl是一定含有无需验证,只需验证含有Na2CO3即可。根据Na2CO3的化学性质和复分解反应的条件可知,可以选用酸、CaCl2、BaCl2、Ca(OH)2等溶液作为检验试剂,有关的化学方程式也不难写出。

【答案】【猜想与假设】NaCl、Na2CO3【实验探究】Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2[或Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3]

(三)专题演练

1.(大庆)科学探究是探索生命的重要方法,下列关于科学探究的叙述错误的是()

A.科学探究要坚持实事求是的态度

B.科学探究中要善于与人合作交流

C.在科学探究的结果与原有知识发生矛盾时,要修改实验数据

D.科学探究的基础是提出问题、作出假设

2.(重庆)李兴同学将BaCl2溶液与H2SO4溶液混合,得到一种浊液,该反应的化学方程式为。李兴又将浊液过滤,并探究滤液的成分。

【提出猜想】猜想1:滤液里的溶质只有HCl;猜想2:滤液里的溶质有HCl和H2SO4;猜想3:滤液里的溶质有HCl和。

【设计验证实验】操作Ⅰ:滤液加入锌粒验证猜想2;操作Ⅱ:滤液加入硫酸钠溶液验证猜想3。其中操作不能达到实验目的,应该将药品更换成(填字母)。

A.AgNO3溶液B.BaCl2溶液

C.NaHCO3固体D.金属铝

3.(菏泽)小刚学习了“盐和化肥”单元知识后知道,农家肥料草木灰的主要成分是碳酸钾,决定利用自己掌握的知识探究碳酸钾溶液的酸碱性。

【溶液配制】将草木灰溶解,固液分离后得到澄清的碳酸钾溶液。

【猜想与假设】碳酸钾溶液的酸碱性可能有种情况。

【设计与实验】小刚进行了如下实验:

实验一:向盛有适量碳酸钾溶液的试管中滴加几滴紫色石蕊溶液,溶液变为蓝色。

实验二:向盛有适量碳酸钾溶液的试管中滴加几滴无色酚酞溶液,溶液变为红色。

实验三:取pH试纸置于玻璃片上,用玻璃棒蘸取碳酸钾溶液滴在pH试纸上,测得pH=12。

【实验结论】以上实验证明碳酸钾溶液呈性,从物质的分类看,碳酸钾属于(填“酸”、“碱”或“盐”)类,从而说明盐的水溶液不一定显中性。

【实验评价】以上三种实验方案中,实验三是从(填“定性”或“定量”)角度对溶液进行研究。

4.(烟台)过氧化钠(Na2O2)为淡黄色固体,可作为潜水艇或呼吸面具的供氧剂。人呼出的气体的主要成分有氮气、二氧化碳、水蒸气和氧气。Na2O2能分别与CO2、H2O反应,化学方程式为:2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2;2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2。某化学兴趣小组的同学开展了以下探究活动:

【实验探究一】将呼出气体通过下图A中的装置,收集得到一瓶再生气体。再收集一瓶呼出气体,将两支燃着的同种木条分别同时伸入呼出气体和再生气体中,如下图B,比较分析呼出气体和再生气体中氧气含量的多少。

【分析讨论】图B的实验是通过比较来比较两种气体中氧气含量的多少。请说明呼吸面具或潜水艇用过氧化钠作为供氧剂的最大优点:。

实验探究一结束后,同学们将图A装置中的残留固体溶于水,得到了一杯无色溶液,他们对该溶液的溶质成分进行探究。

【提出猜想】猜想Ⅰ:溶质是NaOH;猜想Ⅱ:溶质是;猜想Ⅲ:溶质是NaOH和Na2CO3。

【实验探究二】取上述溶液少许于试管中,滴加澄清石灰水,产生的现象,证明猜想Ⅰ不成立。

同学们经过实验探究证明猜想Ⅲ成立,请你写出证明猜想Ⅲ成立的实验步骤和现象。

实验步骤和现象结论猜想Ⅲ成立5.(台州)活泼金属能否将较不活泼金属从它的盐溶液中置换出来,小美、小丽同学做了金属钠与硫酸铜溶液反应的实验。

【实验一】把一块比绿豆略大的金属钠,放入盛有20毫升硫酸铜溶液的烧杯中,发现金属钠浮在液面上不停打转,并发出嘶嘶声,烧杯发烫,表层溶液中出现了蓝色絮状沉淀。絮状物慢慢下沉且渐渐增多,并没有出现紫红色的铜。正准备整理器材,她们突然发现蓝色沉淀渐渐变黑。

【提出问题】生成的黑色固体是什么物质?

【实验二】搭建分离装置,经过、洗涤、干燥,得到少量的黑色粉末。

【查阅资料】常见的黑色不溶于水的固体有:四氧化三铁、二氧化锰、氧化铜、碳粉等。

【提出猜想】小丽猜想:黑色固体可能是氧化铜,不可能是四氧化三铁、二氧化锰、碳粉,你认为小丽作出如此判断的依据是。

小美猜想:黑色固体可能是氧化铜和铜的混合物。依据是量少而又细小的铜粉杂在氧化铜之间可能看不清。

【实验三】为了进一步证实该黑色固体中是否含有铜,她们取少量该粉末放入试管,加入一定量的溶液,略微加热,发现固体全部消失,从而证实了同学的猜想是正确的。那么,蓝色絮状沉淀怎么会变成黑色固体呢?

【查阅资料】Cu(OH)2的起始分解温度约66℃。

【实验反思】至此,谜底全部解开,为确保蓝色沉淀不分解,实验过程中要注意:(1)控制实验的初始温度;(2)放入的金属钠需适量;(3)。

6.(青海)在上化学课时,小明同学听化学老师讲到,做蛋糕时常用到一种白色粉末状物质,它既能中和发酵过程中产生的酸,又能起发泡作用,这种白色粉末状物质是碳酸氢钠(NaHCO3)。他对此颇感兴趣,决定对其进行探究。于是他与化学兴趣小组的同学们一起进行如下探究:

【实验一】探究碳酸氢钠溶液的酸碱性。取少量新配制的碳酸氢钠溶液于洁净的试管中,用pH试纸测试溶液的pH为10,由此可知碳酸氢钠溶液呈性。

【实验二】小明认为蛋糕膨胀,是由于制作过程中产生了大量的二氧化碳气体所致,他对二氧化碳的来源作了两种猜想:猜想①:二氧化碳可能是由碳酸氢钠与面团中的酸性物质反应产生的;猜想②:二氧化碳可能是由碳酸氢钠受热分解产生的。

针对以上猜想,小明设计了以下实验,请你完成下列表格中的空白。

实验步骤实验现象结论实验1取少量该白色粉末于试管中,加适量盐酸并把产生的气体通入澄清石灰水中猜想①正确实验2有小水滴产生,

猜想②正确【小结】碳酸氢钠与盐酸反应的化学方程式是。

【应用】在炸油条时,通常在发酵后的面团中加入小苏打(NaHCO3),其目的是。

7.(孝感)某化学实验小组同学将铁粉投入硫酸铜溶液中,发现生成红色固体物质的同时有较多的气泡放出。生成的是什么气体呢?同学们决定进行探究。探究前老师提示,该反应生成的气体只有一种。

【提出猜想】放出的气体可能是SO2、O2或H2,提出猜想的依据是。

【查阅资料】SO2易溶于水,化学性质与二氧化碳有相似之处,能使澄清的石灰水变浑浊,生成CaSO3。

【方案设计】依据上述猜想,实验小组同学分别设计了如下方案:

(1)甲同学认为是O2,则检验方法是。

(2)乙同学认为是SO2,则需要将放出的气体通入澄清石灰水中,看到澄清石灰水变浑浊。写出SO2与Ca(OH)2反应的化学方程式:。

(3)实验小组同学合作设计了如下组合实验,排除和验证猜想的气体。

若拆去B装置,直接连接A和C装置进行实验,可能导致后果发生。

【实验探究】实验开始时,先将收集到的气体从a处通入一段时间后,再点燃C处酒精灯,这样操作的目的是。

实验过程中发现A装置中溶液不变浑浊,C装置中表面含CuO的铜网由黑色变为光亮的红色。

【实验结论】铁粉与硫酸铜溶液反应时,产生的气体是(写化学式)。

【思维拓展】由上述实验可以推出,硫酸铜溶液可能含有。

8.(张掖)某化学课堂围绕“酸碱中和反应”,将学生分成若干小组,在老师引导下开展探究活动。以下是教学片段,请你参与学习并帮助填写空格。

【演示实验】将一定量的稀H2SO4加入到盛有NaOH溶液的小烧杯中。

【学生板演】写出该反应的化学方程式:。

【提出问题】实验中未观察到明显现象,部分同学产生了疑问:反应后溶液中的溶质是什么呢?

【假设猜想】针对疑问,大家纷纷提出猜想。甲组同学的猜想如下:

猜想一:只有Na2SO4;

猜想二:有Na2SO4和H2SO4;

猜想三:有Na2SO4和;

猜想四:有Na2SO4、H2SO4和NaOH。

乙组同学对以上猜想提出质疑,认为有一种猜想是不合理的。不合理的猜想是。

【实验探究】(1)丙组同学取烧杯中的溶液少量于试管中,滴加几滴CuSO4溶液,无明显变化,溶液中一定没有。

(2)为了验证其余猜想,各学习小组利用烧杯中的溶液,并选用老师提供的pH试纸、铜片、BaCl2溶液、Na2CO3溶液,进行如下三个方案的探究。

实验

方案测溶液pH滴加Na2CO3

溶液滴加BaCl2

溶液实验

操作实验

现象试纸变色,对比比色卡,pH<7有气泡产生产生白色沉淀实验

结论溶液中有H2SO4溶液中有H2SO4溶液中有H2SO4【得出结论】通过探究,全班同学一致确定猜想二是正确的。

【评价反思】老师对同学们能用多种方法进行探究,并且得出正确结论给予肯定。同时指出【实验探究】(2)中存在两处明显错误,请大家反思。同学们经过反思发现了这两处错误:

(1)实验操作中的错误是。

(2)实验方案中也有一个是错误的,错误的原因是

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