实验设计题的基本题型例析

文章编号:1005-6629(2010)05-0061-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

1提出假设

假设是对所要研究的问题提出的猜想,是我们设计实验的依据。假设不同,所设计的实验方案也就不同。合理的猜想也是一种能力。

例1:(2008 年揭阳市中考题)研究性学习小组选择“H2O2生成O2的快慢与什么因素有关”的课题进行探究,以下是他们探究的主要过程:

[假设]H2O2生成O2 的快慢与使用的催化剂种类有关

[实验方案]常温下,在两瓶同质量、同浓度的H2O2溶液中,分别加入相同质量的MnO2和水泥块,测量各生成一瓶(相同体积)O2所需的时间。

[进行实验]图1是他们进行实验的装置图,气体发生装置中仪器A的名称是_______,B处宜采用的气体收集方法是___________。

[ 实验记录]

[结论]该探究过程得出的结论是__________。

[反思]H2O2在常温下分解缓慢,加入MnO2或 水泥块后反应明显加快,若要证明MnO2和水泥块是该反应的催化剂,还需要增加实验来验证它们在化学反应前后的______是否改变。

H2O2生成O2的快慢与哪些因素有关?请你帮助他们继续探究。(只要求提出一种影响H2O2生成O2 的快慢的因素以及相关假设和实验方案)

[假设]______________________________。

[实验方案]____________________________

解析:上述实验可知,在相同条件下,H2O2 分解生成O2的快慢与所用的催化剂种类有关。而学生在其他化学实验过程中,还可以感受到浓度、温度对化学反应速率的影响。如制二氧化碳气体时,随反应的进行,盐酸浓度的减小,气体产物的速率减慢;再如用过氧化氢制氧气时,如果温度较低反应较慢时,可用水浴加热以加快反应。因此,可以猜想浓度(质量分数)、温度与H2O2生成O2的快慢有关。

答案:仪器名称:锥形瓶;收集方法:排水集气法。

[结论]在相同条件下,H2O2分解生成O2的快慢与所用的催化剂种类有关。

[反思]质量和化学性质。

[假设]H2O2溶液的浓度(质量分数)或反应温度等。

[实验方案]在同温下,取二份质量相等的不同浓度的H2O2溶液,分别加入质量相等的同种催化剂,测量各收集一瓶气体所需的时间;或者取二份质量相等的相同浓度的H2O2溶液,分别加入质量相等的同种催化剂,在不同温下,测量各收集一瓶气体所需的时间。

总结:在实验探究过程中合理的假设是非常重要的。假设与主观臆测或幻想是不同的,它的提出要有一定的理论和事实为基础。如本题中,根据以往实验的经验合理猜想:H2O2生成O2的快慢可能与H2O2溶液浓度(质量分数)和反应的温度有关。

2 设计或补充实验步骤

实验探究的关键是设计方案验证假设是否正确。因此,设计或补充实验操作步骤是实验设计题中最常见的一种考查形式。

例2:(2009良年烟台中考题)某兴趣小组同学将制得的CO2分别通人澄清石灰水和氢氧化钠溶液中,他们观察到前者变浑浊,后者无明显现象。CO2和NaOH是否发生了化学反应?

①小明设计了甲、乙两个实验来验证CO2与NaOH发生了化学反应,如图2所示。实验现象为:甲―软塑料瓶变瘪,乙―“瓶吞鸡蛋”。

小虎同学认为上述实验是可行的。其共同原理是___________________________。

小雯同学提出质疑,她认为上述实验还不足以说明CO2和NaOH发生了反应。其理由是________。

小明同学针对小雯的质疑又补充了一个对照实验,这个实验是________________。

②小虎向甲实验后变瘪塑料瓶的溶液中加入_______________,观察到的现象是___________,从而证明CO2与NaOH已经发生了反应。

解析:甲乙两个实验都试图通过瓶内的压强变化,来说明气体体积发生了变化,进而证明发生了化学反应。但该实验设计忽略了影响气体体积变化的另一个因素――气体在水中的溶解。因此,必须补充一个对比实验。

答案:①氢氧化钠溶液能与CO2发生反应,瓶内气压降低;CO2能溶于水,也能使瓶内气压降低。将氢氧化钠溶液换成等体积的水,做同样的实验,看现象是否有差别。

②稀盐酸; 有气泡产生(或加氯化钙溶液有沉淀生成等)。

点评:为了确保结论的可靠性,设计实验时必须遵循单一变量原则,控制其他影响因素,使可能有影响的诸多因素(无关变量)完全相同。如本题中水也可以溶解CO2,为确保实验方案的严密性和结论的可靠性,必须排除水对实验结果的影响。

3预测可能的实验结果,得出相应的结论

探究的目的是要验证现有结论或假设是否正确,进而得到一个探究的结果。根据探究过程中的实验现象,得出相应的结论是实验设计题的另一种主要考查形式。

例3:(2009 年福州中考题)同学们在学习碱的化学性质时,进行了下图(图3)所示的实验。

实验结束后,同学们将甲、乙、丙三个实验的废液倒入同一个干净的废液缸中,最终看到废液浑浊并呈红色,产生了疑问。

[提出问题]废液中含有哪些物质?

[交流讨论]①一定含有的物质:碳酸钙、指示剂、水和_________(写物质名称) 。

②还含有能使废液呈碱性的物质。能使废液呈碱性的物质是什么?

小云同学认为:只有碳酸钠;小红认为:只有氢氧化钙;小林同学认为:是氢氧化钠和碳酸钠。你认为还可能是_________。(写一种猜想)

[实验设计]小方想用氯化钙溶液来验证小云、小红、小林的猜想。查阅资料获悉氯化钙溶液呈中性,并设计如下实验。请你将小方的实验设计补充完整。

[反思拓展]在分析各化学反应后所得物质的成分时,除了考虑生成物外还需考虑__________。

解析:甲实验的废液中肯定有NaCl、酚酞和水,可能有NaOH或HCl;乙实验的废液中肯定有Na2CO3, 可能有 NaOH; 丙实验的废液中肯定有 CaCO3,可能有Na2CO3或Ca(OH)2。三种废液混合后,有浑浊,说明有CaCO3,再考虑NaOH与HCl可能反应,Na2CO3与 Ca(OH)2 可能反应。因此,一定含有的物质是碳酸钙、酚酞、水和氯化钠,其他成分需要通过实验才能确定。

根据反应物我们可以判断出碱性物质还可能是氢氧化钠。要判断哪个猜想正确,可通过实验证明:如果小云正确,加入过量CaCl2后有白色沉淀生成,由于产物NaCl和加过的反应物都呈中性,所以反应后溶液由红色变为无色;如果小林的猜想正确,则只有白色沉淀生成,溶液仍是红色;小红的实验无白色沉淀,溶液呈红色。由此可见,对化学反应后所得物质的成分分析时,除了考虑生成物外还需考虑反应物是否有剩余等因素。

答案[交流讨论]: ① NaCl;②氢氧化钠(合理答案也可)。

答案[实验设计]: ①小林。②有白色沉淀,溶液由红色变为无色;小云。③ 没有白色沉淀,溶液呈红色;小红。

答案[反思拓展]: 反应物是否有剩余 (合理答案均可)。

点评:不同的猜想对应有不同的预计实验现象,最终要判断哪个猜想正确,必须要看实验结果。在叙述实验现象时,要注意现象与结果不能混淆。比如,描述现象时,可以说“有白色沉淀生成”,但不能说成“有碳酸钙生成”,因为白色沉淀是实验现象,碳酸钙是实验结果。

4分析现象和数据,得出实验结论

实验现象和数据只是一个实验的结果,我们还需对此加以推理和想象,才能得出正确的实验结论。

例4:(2009年广州中考题)实验室用98%的浓硫酸配制成稀硫酸,并与锌粒反应制取氢气。查阅资料。

20 ℃时不同质量分数硫酸的密度(g・mL-1)

分析以上数据, 可以得出结论(写2条)

①____________________________________;

②____________________________________;

解析:从上述资料可以看出: (1)纯水的密度是1.00 g・mL-1, 而硫酸溶液的密度都大于1.00 g・mL-1;随着硫酸溶液中溶质的质量分数增大,硫酸溶液的密度也不断增大。

答案:①硫酸溶液中溶质的质量分数越大,溶液的密度也越大;

②硫酸溶液的密度比纯水的密度大;

点评:表述实验结论要科学、准确。特别要注意实验现象或数据与结论之间的因果关系,符合逻辑,切忌无中生有,信口开河。

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