化学探究性实验综合题的题型特点与解题策略

广东 张景伟

广东省新高考化学实验探究题情境真实，独具风格，以考查实验方案设计为重点，具有探究性、综合性和开放性的特点，对高中化学实验教学有一定的测量和导向功能。如果教师能在复习教学中关注此类试题的特点、掌握其解题策略，这将对高三备考大有裨益。

一、学业要求

《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)中对化学实验部分的学业要求可归纳为以下几点：

1.实验探究的过程与方法：认识比较、归纳、分析、综合等方法在分析推理过程中的应用。知道在实验设计和实施过程中如何控制相关变量，知道如何对实验数据进行分析。

2.实验技能：掌握过滤(抽滤)、蒸馏(回流)、萃取、滴定等基本实验操作，初步掌握酸度计等仪器的使用方法，掌握实验装置组装的基本原则和技能。

3.实验报告与记录：知道如何规范地撰写实验报告，能准确、客观地进行实验记录，特别关注实验中出现的“异常”现象等。

4.实验安全与环境环保意识：知道实验室物品的分类、安全保存和使用要求。知道常见废弃物的收集方法，树立“绿色化学”思想，形成环境保护的意识。

5.科学态度：具有批判精神和创新意识。

二、考查内容与题型特点

1.考查内容分析

实验探究题涉及读图析表、文献解读、文字表达等多方面的能力。一般是将基础实验与元素及其化合物知识相结合进行命题，考查内容从实验操作到原理、从无机到有机、从定性到定量等，都有覆盖，主要体现在以下几点：第一，考查基础知识点，如化学实验试剂与仪器的选择与使用；第二，考查化学原理的应用，如物质的制备与性质规律的验证；第三，考查细节分析能力，如实验现象的分析与描述；第四，考查创新思维素养，如实验方案的设计与评价。

2.题型特点分析

实验探究题是命题专家经深思熟虑设计出来的，常见的实验设计主要有以下四种类型。

题型一：假设鉴定型实验设计

【例1】(2010·广东卷·33节选)某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。

①提出合理假设。

表1

②设计实验方案，进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3 moL·L-1H2SO4、1 moL·L-1NaOH、0.01 mol·L-1KMnO4、淀粉-KI 溶液、紫色石蕊试液。

②

表2

【解析】(3)①很明显，假设3两种离子都存在。

题型二：成分检验型实验设计

【例2】(2011·广东卷·33节选)某同学进行实验研究时，欲配制1.0 mol·L-1Ba(OH)2溶液，但只找到在空气中暴露已久的Ba(OH)2·8H2O试剂(化学式量：315)。在室温下配制溶液时发现所取试剂在水中仅部分溶解，烧杯中存在大量未溶物。为探究其原因，该同学查得Ba(OH)2·8H2O在283K、293K和303K时的溶解度(g/100 g H2O)分别为2.5、3.9和5.6。

(2)假设试剂由大量Ba(OH)2·8H2O和少量BaCO3组成，设计实验方案，进行成分检验。在答题卡上写出实验步骤、预期现象和结论。(不考虑结晶水的检验；室温时BaCO3饱和溶液的pH=9.6)

限选试剂及仪器：稀盐酸、稀硫酸、NaOH溶液、澄清石灰水、pH计、烧杯、试管、带塞导气管、滴管

表3

【答案】(2)

表4

【解析】(2)Ba(OH)2易溶于水，所以滤液中含有Ba2+，因此滴加稀硫酸会产生白色沉淀BaSO4；要想验证沉淀为BaCO3，可以利用其能与酸反应产生能使澄清石灰水变浑浊的CO2气体；为进一步证明试剂是否还有Ba(OH)2·8H2O，可以取步骤1中的滤液，用pH计测其pH，若pH>9.6，证明滤液不是单纯的BaCO3饱和溶液，即证明是由大量Ba(OH)2·8H2O 和少量BaCO3组成，假设成立。

题型三：性质验证型实验设计

【例3】(2019·广东模拟题·节选)草酸亚铁晶体(FeC2O4·xH2O)为淡黄色粉末，不溶于水，可作照相显影剂和用于制药工业，某化学兴趣小组对其性质进行如下探究。回答下列问题：

Ⅰ.定性探究

选用下列试剂设计实验方案，完成表5内容。

表5

试剂：酸性KMnO4溶液、H2O2溶液、KSCN溶液

【答案】(1)草酸亚铁不溶于水

(2)强于

(3)产生蓝色沉淀

(4)继续滴加K3[Fe(CN)6]溶液(或至不再沉淀)，静置，取上层清液滴加酸性KMnO4溶液 紫色褪去

题型四：原理探究型实验设计

【例4】(2014·广东卷·33节选)某小组拟在同浓度Fe3+的催化下，探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器：30% H2O2、0.1 mol·L-1Fe2(SO4)3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器

(1)设计实验方案：在不同H2O2浓度下，测定________(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。

(2)设计实验装置，完成图1的装置示意图。

图1

(3)参照表6格式，拟定实验表格，完整体现实验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示)。

表6

【答案】(1)生成相同体积的氧气所需时间的多少，或相同时间内产生氧气的体积多少。

(3)(探究生成相同体积的氧气所需时间的多少的表格见表7)

表7

或(探究相同时间内产生氧气的体积多少的表格见表8)

表8

【解析】(1)化学反应速率表示单位时间内物质的量浓度的变化量，测定不同浓度的过氧化氢对分解速率的影响，需测定相同时间内产生氧气的体积多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少。

(2)利用排水量气法收集一定体积的氧气，可用盛满水的量筒倒立于盛水的水槽中，并用导管与题给装置连接，按此思路，结合题目提供的锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、注射器等限选仪器即可设计出几种常规量气装置图。

(3)控制变量法思想的运用。应保证催化剂的浓度相同，故加入双氧水溶液体积与水的总体积不变，通过改变二者的体积，探究不同H2O2浓度对反应速率的影响。

【例5】(2021·广东省学业水平选择性考试·17节选)含氯物质在生产生活中有重要作用。1774年，舍勒在研究软锰矿(主要成分是MnO2)的过程中，将它与浓盐酸混合加热，产生了一种黄绿色气体。1810年，戴维确认这是一种新元素组成的单质，并命名为chlorine(中文命名“氯气”)。

(4)某合作学习小组进行以下实验探究。

①实验任务 通过测定溶液电导率，探究温度对AgCl溶解度的影响。

②查阅资料 电导率是表征电解质溶液导电能力的物理量。温度一定时，强电解质稀溶液的电导率随溶液中离子浓度的增大而增大；离子浓度一定时，稀溶液电导率随温度的升高而增大。25℃时，Ksp(AgCl)=1.8×10-10。

③提出猜想

猜想a：较高温度的AgCl饱和溶液的电导率较大。

猜想b：AgCl在水中的溶解度S(45℃)>S(35℃)>S(25℃)。

④设计实验、验证猜想 取试样Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同温度下配制的AgCl饱和溶液)，在设定的测试温度下，进行表9中实验1～3，记录数据。

表9

⑤数据分析、交流讨论 25℃的AgCl饱和溶液中，c(Cl-)=________mol·L-1。

实验结果为A3>A2>A1。小组同学认为，此结果可以证明③中的猜想a成立，但不足以证明猜想b成立。结合②中信息，猜想b不足以成立的理由有________________________。

⑥优化实验 小组同学为进一步验证猜想b，在实验1～3的基础上完善方案，进行实验4和5。请在答题卡上完成表10中内容。

表10

⑦实验总结 根据实验1～5的结果，并结合②中信息，小组同学认为猜想b也成立。猜想b成立的判断依据是________。

【答案】(4)1.34×10-5测试温度不同，根据电导率结果无法判断不同温度下饱和溶液的溶解度 35 Ⅱ 45 由实验结果A3>B2和A2>B1可说明S(45℃)>S(35℃)>S(25℃)

实验1～3中为不同温度的饱和溶液(即浓度不同)且测试温度不同，根据资料“离子浓度一定时，稀溶液电导率随温度的升高而增大”，所以由实验1～3无法判断温度较高的饱和溶液离子浓度大，进而不能得出溶解度关系。

⑥如果要判断AgCl在水中的溶解度随温度的变化情况，可设计不同温度下的饱和溶液在相同温度下测试，如果温度较高下的饱和溶液电导率比温度较低的饱和溶液电导率高，则说明温度升高饱和溶液中离子浓度增大。所以可以设计试样Ⅰ在35℃下测试与实验2比较；设计试样Ⅱ在45℃下测试与实验3比较。

⑦猜想b成立的判断依据是A3>B2和A2>B1。

三、实验探究题解题策略

高三化学实验教学应加强对课本典型实验的再认识，对各种类型的实验探究进行复习，其目的就是要学生对实验思路有一个整体的认识。有了这个思路，学生才能找到该类试题的解题策略，学生在解题时可以围绕“做什么？用什么做？为什么这样做？”的角度引发思考，实验探究题基本解答流程为：阅读题目→挖掘信息→找出原理→浏览问题→联想模型→提出假设→设计方案→分析步骤→预期现象→解释异常→得出结论。

1.读懂实验目的

细读题干，明确目标，教师才能有的放矢。如何读懂实验目的是解决实验探究题的首要任务，以目的为中心，依次确定实验原理，选择仪器与药品，把握实验步骤，预测实验现象和结论，分析实验操作中可能引起的误差，并通过实验操作验证相关知识，解释实验中出现的与预测不一致的现象。

2.明确考查问题

每小题的设问也可以看出命题者的思路，浏览问题，尤其是寻找和应用题目给出的信息和原理是解答的关键。明确有关物质的性质，从目的与原理到寻找药品、仪器，组装实验装置，分析实验现象和结论，再到实施过程中的注意事项、实验安全等等，都可以作为试题考查的角度，考操作、考细节、考描述，考查问题相当广泛。

3.联想实验模型

实验探究题往往由教材实验或平时的常见实验题衍变而成，实验原理来源于学生学过的元素化合物的基础知识，仪器是教学中经常使用的。学生要学会对目标进行分解，类比联想，将陌生问题熟悉化，结合实验装置和步骤，尤其是特殊的实验装置或操作，跟随元素的流向探索物质变化，思考每一步在做什么。

4.优化考试答案

准确有效地回答是得分的关键。如填物质注意是名称还是化学式；写方程式看清是离子方程式还是化学方程式；答作用要突出关键词；解计算要确定守恒关系；设计方案尽量套用积累的规范模板等等。