探究型化學(xué)實(shí)驗(yàn)題是一類要求考生用類似科學(xué)研究的方式，主動地獲取知識，應(yīng)用知識解決問題的學(xué)習(xí)活動。它符合自然科學(xué)方法論的基本過程，實(shí)驗(yàn)一般程序?yàn)椋喊l(fā)現(xiàn)和明確要解決的問題→收集有關(guān)的資料和數(shù)據(jù)→提出假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)→分析、研究處理資料和數(shù)據(jù)→發(fā)現(xiàn)規(guī)律形成結(jié)論。這類試題能培養(yǎng)學(xué)生象科學(xué)家那樣去學(xué)習(xí)、研究、探索事物的規(guī)律，對學(xué)生形成科學(xué)的世界觀和方法論，培養(yǎng)創(chuàng)新能力大有裨益。

一.對化學(xué)原理的探究

[例1] 在少量Mg(OH)₂懸濁液中,滴加適量飽和NH₄Cl溶液,固體溶解.對于固體的溶解,甲的解釋是:在Mg(OH)₂懸濁液中存在溶解平衡:

Mg(OH)₂(s) Mg²⁺+2OH^-  NH₄Cl發(fā)生水解:NH₄⁺+H₂ONH₃^.H₂O+H⁺水解產(chǎn)生的H⁺與Mg(OH)₂電離出來的OH^-發(fā)生了中和反應(yīng),使Mg(OH)₂的溶解平衡向右移動而使Mg(OH)₂溶解.乙的解釋是:NH₄Cl電離出的NH₄⁺與Mg(OH)₂電離出的OH^-發(fā)生反應(yīng)生成了弱電解質(zhì)NH₃.H₂O,由于c(OH^-)降低,而使Mg(OH)₂的溶解平衡向右移動,導(dǎo)致Mg(OH)₂溶解.怎樣確定哪種解釋正確?

解析：甲認(rèn)為在少量Mg(OH)₂懸濁液中,滴加適量飽和NH₄Cl溶液,固體溶解,是因?yàn)?/span>NH₄Cl水解,溶液呈酸性; 乙認(rèn)為在少量Mg(OH)₂懸濁液中,滴加適量飽和NH₄Cl溶液,固體溶解,是因?yàn)?/span>NH₄Cl溶液中存在NH₄⁺離子.據(jù)此可知,只要向少量Mg(OH)₂懸濁液中,滴加一種含有NH₄⁺離子且呈中性的溶液,根據(jù)產(chǎn)生的現(xiàn)象就能作出判斷.這種溶液我們很容易想到CH₃COONH₄.即向Mg(OH)₂沉淀中加入中性的醋酸銨濃溶液,加入后若Mg(OH)₂不溶解,說明甲同學(xué)的解釋正確;溶解了則是乙同學(xué)的解釋正確.

[例2]在含有酚酞的NaOH溶液中,滴加新制氯水,邊滴邊振蕩,直到紅色剛好褪去.對于紅色消失的原因,甲認(rèn)為是氯氣與水反應(yīng)生成的HCl和HClO中和了NaOH所致;乙認(rèn)為是氯氣與水反應(yīng)生成的HClO具有強(qiáng)氧化性使紅色酚酞變成了無色的物質(zhì). 怎樣確定哪種解釋正確?

解析：分析氯水構(gòu)成的微粒（Cl₂、H₂O、HClO、Cl^-、H⁺、OH^-、ClO^-）及其性質(zhì)，提出褪色原因的假設(shè)。（1）氯水中的鹽酸和次氯酸跟氫氧化鈉溶液發(fā)生中和反應(yīng)，能使溶液的pH逐漸減小而呈無色；（2）次氯酸具有氧化性、漂白性，能使紅色酚酞試液褪色。預(yù)測結(jié)果：若褪色原因由（1）引起，則根據(jù)酚酞指示劑變色范圍的要求，向褪色后的溶液中滴加NaOH溶液，提高溶液的pH。若又恢復(fù)成紅色，則說明褪色是由氯水跟NaOH溶液發(fā)生中和反應(yīng)所致。若褪色原因由（2）引起，也可以用上述實(shí)驗(yàn)證明。向上述剛好褪色的溶液中再滴入一些NaOH溶液，若紅色復(fù)出，則是因?yàn)?/span>HCl和HClO的酸性所導(dǎo)致；若紅色不復(fù)出，則是因?yàn)?/span>HClO的強(qiáng)氧化性所致。

二．對反應(yīng)條件的探究

[例3]在溴水中加入鎂粉,溴水褪色.對于褪色的原因,甲認(rèn)為是溴溶于水后,溴和水發(fā)生了可逆反應(yīng):Br₂+H₂O===HBr+HBrO,當(dāng)向溴水中加入鎂粉之后,則發(fā)生以下兩種反應(yīng):Mg+2HBr==MgBr₂+H₂↑   Mg+2HBrO==Mg(BrO)₂+H₂↑由于上述反應(yīng)的發(fā)生,使溴水中的平衡向正反應(yīng)方向移動,從而使溴水褪色;乙認(rèn)為,鎂是活潑的金屬元素,在溴水中存在大量的溴,應(yīng)該是溴與鎂粉直接反應(yīng):Mg+Br₂===MgBr₂而使溴水褪色. 怎樣確定哪種解釋正確?

解析：（1）在溴水中加入鎂粉，立即觀察現(xiàn)象，看是否在段時間內(nèi)有大量氣體產(chǎn)生，如果有大量氣體產(chǎn)生，則甲的解釋有道理；（2）把鎂粉加入到Br₂的CCl₄溶液中，振蕩，看溴的CCl₄溶液是否褪色，如果不褪色，說明鎂不能與干燥的溴發(fā)生反應(yīng)；（3）向溴的CCl₄溶液中加入少量水，再加入鎂粉，振蕩，看溴的CCl₄溶液是否褪色，再加入少量的無水CuSO₄，振蕩，觀察現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就可作出結(jié)論。

三．對物質(zhì)性質(zhì)的探究

[例4]在室溫下，把Cu片放入濃H₂SO₄中，沒有明顯的反應(yīng)現(xiàn)象。對此，甲認(rèn)為這是銅在濃H₂SO₄里產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象；乙認(rèn)為室溫下銅片放入濃H₂SO₄中看不見明顯的現(xiàn)象主要是因?yàn)?/span>Cu與濃H₂SO₄在室溫下反應(yīng)速率很慢。怎樣確定哪種解釋正確?

解析：在一個燒杯中放入一塊銅片，再加入適量的濃H₂SO₄，使Cu片浸沒在酸中，稍待片刻，用鑷子取出，用水洗凈Cu片表面的酸液。將用濃H₂SO₄處理過的銅片放入盛有AgNO₃溶液的燒杯中，觀察現(xiàn)象。如果表面有白色的物質(zhì)析出，溶液的顏色變藍(lán)，則Cu在濃H₂SO₄里沒有產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，乙的說法正確。如果表面沒有白色物質(zhì)析出，溶液的顏色也無變化，則甲的說法正確。

四．對有機(jī)反應(yīng)機(jī)理的探究

[例5]新近發(fā)現(xiàn)了烯烴的一種新反應(yīng),當(dāng)RCH==CHR’(I)在苯中用一種特殊的催化劑處理時,歧化成RCH==CHR(II)和R’CH==CHR’(III),即

2RCH==CHR’      　 RCH==CHR  +  R’CH==CHR’

  (I)                                        (II)                            (III)

對上述反應(yīng),提出了兩種解釋:

(1)RCH==CH—R’

          R—CH==CHR’       RCH==CHR + R’CH==CHR’

(2)    RCH===CHR’

     RCH===CHR’           RCH==CHR + R’CH==CHR’

試問進(jìn)行怎樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌騾^(qū)分這兩種解釋?

解析：要確定有機(jī)反應(yīng)機(jī)理,可聯(lián)想高二教材中學(xué)過的乙酸與乙醇的酯化反應(yīng)機(jī)理的確定,即利用同位素原子示蹤法(用含¹⁸O的乙醇與乙酸反應(yīng))完成的.故本題亦可利用同位素原子示蹤法來區(qū)分這兩種解釋:即用RCH==CDR’的烯烴進(jìn)行實(shí)驗(yàn),若所的產(chǎn)物為:RCH==CDR和R’CH==CDR’,則(1)解釋合理;若產(chǎn)物為: RCH==CHR和 R’CD==CDR’,則(2)解釋合理.

五．對實(shí)驗(yàn)中反?，F(xiàn)象的探究

[例6]在一次學(xué)生實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生用鋁片分別和稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng),發(fā)現(xiàn)鋁片和稀鹽酸反應(yīng)現(xiàn)象非常明顯,而和稀硫酸卻幾乎不反應(yīng).這和教材上的內(nèi)容“鋁能跟稀鹽酸或稀硫酸起反應(yīng)生成氫氣”不一致,是什么原因呢?是試劑,藥品出了問題嗎?為了找原因,某學(xué)生在教師指導(dǎo)下重新用分析純濃鹽酸和濃硫酸配制了一定濃度的溶液,然后加入0.1 mm x 10 mm x 25 mm,純度≥99.5%的鋁片驗(yàn)證是否確實(shí)存在上述現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表.

無論是用1.5 mol.L^-1 H₂SO₄還是用3 mol.L^-1 H₂SO₄,均無明顯反應(yīng)現(xiàn)象,其結(jié)論還是與教材的敘述不相符合.

(1).為了探究”鋁與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)的差異原因”,你能對問題的答案作出哪些假設(shè)(或猜想)?

假設(shè)一__________________;假設(shè)二______________.

(2).為了論證上述假設(shè),你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是(探究過程):________.

解析：鋁片跟非氧化性酸溶液反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是Al跟H⁺的反應(yīng)，稀鹽酸、稀硫酸都是非氧化性酸，理論上講鋁跟c（H⁺）相等的稀鹽酸或稀硫酸的反應(yīng)速率應(yīng)該相等。但根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，鋁分別在3 mol^.L^-1HCl、1.5 mol^.L^-1H₂SO₄溶液中反應(yīng)現(xiàn)象明顯不同,可能是跟溶液中H⁺所處的環(huán)境不同有關(guān)(如陰離子的不同),由此而入手可作出如下假設(shè)：(1)假設(shè)一：Cl^-能促進(jìn)金屬鋁與H⁺的反應(yīng)；假設(shè)二：SO₄^2-對H⁺與金屬鋁的反應(yīng)起阻礙作用。

(2)實(shí)驗(yàn)：a-d組分別取稀HCl、H₂SO₄，加入純度為99.5%的鋁片各一小片,然后添加NaCl,Na₂SO₄晶體;e組為除去鋁片表面的氧化膜后與稀H₂SO₄反應(yīng),記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

六. 對反應(yīng)產(chǎn)物的探究

[例7]某中學(xué)生取50.00 g純凈的Na₂SO₃^.7H₂O,在600⁰C以上將其強(qiáng)熱至恒重.分析及計(jì)算結(jié)果表明,恒重后樣品的質(zhì)量相當(dāng)于無水亞硫酸鈉的計(jì)算值,且各元素的組成也符合計(jì)算值,但將它溶于水時卻發(fā)現(xiàn)溶液的堿性大大高于期望值.經(jīng)仔細(xì)思考,這位同學(xué)解釋了這種反?，F(xiàn)象,并設(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了自己的解釋是正確的.

(1)    他對反?，F(xiàn)象的解釋是(請用化學(xué)方程式表示)____________________

(2)    他設(shè)計(jì)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是(請用化學(xué)方程式表示)____________________

解析:(1)Na₂SO₃^.7H₂O晶體受強(qiáng)熱后所得樣品不可能只是失去結(jié)晶水,因?yàn)樗鼔A性大大增強(qiáng),故也不可能是Na₂SO₄(因其是中性物質(zhì)).只能通過猜想→求證或推理,且只有對反?，F(xiàn)象作出了正確的解釋,才有可能設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn).通過分析,可對三條題給信息進(jìn)行加工:①失水后其余元素與質(zhì)量不變,說明無氧氣的參與和硫蒸氣析出;②樣品溶于水后堿性大增,說明生成了比Na₂SO₃堿性更強(qiáng)的物質(zhì);③Na₂SO₃中的S元素處于中間價態(tài),可以歧化.綜合以上結(jié)論不難發(fā)現(xiàn),分解產(chǎn)物很可能是Na₂S與Na₂SO₄,化學(xué)方程式為：

4Na₂SO₃====Na₂S + 3Na₂SO₄。

(2)因題中無明確信息說明Na₂SO₃分解是否完全,故在設(shè)計(jì)方案時須考慮:因題給信息未明確(1)所示的歧化是否百分之百地將Na₂SO₃完全轉(zhuǎn)化為Na₂SO₄和Na₂S,故只有全面考慮完全轉(zhuǎn)化與不完全轉(zhuǎn)化兩種情形,并分別對兩種情形進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),才是完整的答案,且實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用來修正(1)結(jié)論的正確性.

A.設(shè)Na₂SO₃完全轉(zhuǎn)化為Na₂SO₄和Na₂S,則需分別檢出SO₄^2-和S^2-.SO₄^2-離子的檢出反應(yīng)是:SO₄^2-+Ba²⁺==BaSO₄↓沉淀不溶于鹽酸.S^2-的檢出方法是:①沉淀法,用醋酸鉛試紙或其它沉淀劑;②聞氣味法,加鹽酸產(chǎn)生硫化氫后聞氣味.

B.設(shè)Na₂SO₃未完全轉(zhuǎn)化為Na₂SO₄和Na₂S,則需檢出SO₄^2-離子、S^2-離子、SO₃^2-離子。用方法②檢出S^2-、SO₃^2-時除發(fā)生上述反應(yīng)外，還會發(fā)生反應(yīng)：SO₃^2-+2S^2-+6H⁺==3S↓+3H₂O。