一道原创中考化学实验与探究题评析

作者：洪兹田 陈女婷

来源：《中小学实验与装备》 2018年第3期

１ 原创试题命制

１．１ 试题呈现

英国化学家瑞利曾通过以下两种方法制取氮气,并测定其密度.

方法一:将洁净的空气通过如图１所示的实验装置,收集所得的气体,测得其在标准状况下的密度为１．２５７２g/L.

A B C

图１ 实验装置图

(１)装置A 中NaOH 溶液的作用是除去空气中的二氧化碳,该反应的化学方程式 .

(２)装置B中浓硫酸的作用是 .

(３)装置C是利用铜丝除去空气中氧气,该反应的化学方程式 ,所用的铜丝最好绕成螺旋状,其目的是 ,能用于除去空气中的氧气且不生成新气体的物质还有(填名称).

方法二:用饱和亚硝酸钠溶液(NaNO２)和氯化铵(NH４Cl)晶体混合加热制备氮气:NaNO２＋NH４Cl??△??NaCl＋２X ＋N２↑.测得所得氮气在标准状况下的密度为１．２５０８g/L.

(４)方法二中物质X化学式为.

(５)工业上分离液态空气可获得氮气和氧气,该事实(填“能”或“不能”)证明空气是混合物.从物质的变化上看,利用该法获得氮气与利用方法二获得氮气的本质区别是 .

两种方法测得的氮气密度存在０．００６４g/L的差异.瑞利没有放过这一微小的差异,又用笑气(N２O)、氨、一氧化氮等来制取氮气,获得的结果仍然一样.后来在化学家拉姆塞的帮助下,经过十几年的努力,找到了问题的症结,发现了稀有气体氩气.

(６)亚硝酸钠和氯化铵、笑气(N２O)、氨、一氧化氮等均可制得氮气,因为它们组成的共同点是: .

(７)瑞利使用的研究方法主要是(填标号).

a．调查法

b．实验法

c．模型法

d．资料检索法

(８)若操作过程与实验设计均无错误,且氮气已经完全干燥.联系所学的空气成分的相关知识回答,相同条件下,方法一制得的氮气比方法二制得的氮气密度大的可能原因: .

(９)瑞利从小数点第三位数的微小差异导致重大科学发现,你受到的启发是(填标号).

a．要相信权威,权威一定是正确的

b．实验探究为未知事物的探索提供了依据

c．科学研究中遇到疑惑就趁早放弃,不要浪费时间

d．应学习科学家严谨求实的态度和敢于怀疑的精神

e．实验结果出现微小的差异可以忽略不计

１．２ 参考答案

(１)CO２＋２NaOH＝Na２CO３＋H２O.

(２)除去空气中的水蒸气.

(３)２Cu＋O２

??△??２CuO;增大与氧气的接触面积,使铜丝和氧气充分反应;红磷(或其他合理答案,填化学式不得分).

(４)H２O.

(５)能;前者没有新物质生成,后者有新物质的生成.

(６)都含有氮元素.

(７)b.

(８)方法一制得的氮气中还含有密度比氮气大的气体,导致密度偏大.

(９)bd.

１．３ 详细解析

(１)二氧化碳和NaOH 溶液反应生成碳酸钠和水,故化学方程式为:CO２ ＋２NaOH ????Na２CO３＋H２O.

(２)浓硫酸具有吸水性,通过浓硫酸的目的是为了除去空气中的水蒸气.

(３)铜能和氧气在加热条件下反应生成氧化铜,该反应的化学方程式为:２Cu＋O２??△??２CuO;

固体与气体的反应较不彻底,将铜丝螺旋状可增大与氧气的接触面积,使铜丝和氧气充分反应;红磷燃烧消耗氧气,产生的白烟是P２O５ 固体,而木炭燃烧生成的二氧化碳气体,使氮气中混有二氧化碳气体,因此可选用红磷除去空气中的氧气,不能选用木炭否则会混入新的杂质.

(４)根据质量守恒定律可知参加反应的各种原子的种类和个数都不会改变,故物质X 化学式为H２O.

(５)分离液态空气获得氮气和氧气属于物理变化,说明空气中含有氮气和氧气等不同的气态物质,从而证明空气是混合物.从物质的变化上看,利用该方法获得氮气属于物理变化,没有新物质生成.而利用方法二获得氮气属于化学变化,有新物质生成.

(６)根据质量守恒定律,化学反应前后元素的种类不变.亚硝酸钠和氯化铵、笑气(N２O)、氨、一氧化氮等均可制得氮气,因为它们组成上都含有氮元素.

(７)瑞利研究使用的方法是研究者根据研究目的,通过对实验现象的观察、记录、分析,揭示出其原因和规律,得出事物之间有必然联系的一种研究方法,属于实验法.故选b.

(８)实验一制得的气体中除了氮气外,还含有密度比氮气大的气体氩气,而实验二制得的气体为纯净的氮气,故方法一制得的氮气比方法二制得的氮气密度大.

(９)瑞利没有放过两种方法测得的氮气存在０??００６４g/L这一微小的差异,并在化学家拉姆塞的帮助下,经过十几年的努力,发现了稀有气体氩气.这使我们了解到,实验探究能为未知事物的探索提供了依据,在科学探究的过程中不能放过任何细节,当实验结果出现微小的差异应认真寻找原因,不能轻言放弃.我们应学习科学家严谨求实、敢于怀疑的态度和不放过细节,坚韧不拔的精神.故选bd.

２ 命题素材资料

大约在氮气发现的百年之后,英国化学家瑞利(Rayleigh,J．W．S．１８４２—１９１９),一方面从空气中除掉氧气、二氧化碳、水蒸气得到氮气;另一方面将氮化物分解制得氮气.他把这两种来源不同的氮气进行比较,发现在正常状态下前者的密度是１??２５７２g/L,后者的密度是１??２５０８g/L,为什么空气中的氮气密度要大些呢? 是不是其中还有较重的不活泼气体? 英国化学家拉姆塞(Ramsay,W．１８５２—１９１６)用燃烧的镁与空气中的氮气作用,以除去空气中的氮,结果剩下少量的稀有气体.经光谱检验,证明是一种新的气体元素叫做氩.后几年,他用分级蒸馏法,从粗制的氩中分离出其他３种稀有气体———氖、氪、氙.１８９５年,拉姆塞用硫酸处理沥青油矿,产生一种气体,用光谱鉴定为氦.由于他先后发现氦、氖、氪、氩、氙,获得了１９０４年诺贝尔化学奖.

３ 命题内容与考试说明的对应关系

本题考查的内容领域为化学实验与探究,初中学业考试大纲指出“科学探究能力包含提出问题、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、表达与交流等要素”.中考化学考试说明对“化学实验与探究的能力”提出如下要求:能提出简单有价值的问题,并进行合理的猜想与假设;能设计、评价或改进简单的实验方案;能进行简单的对比实验研究;能初步分析或处理实验数据,得出合理结论.具体内容见表１.

４ 考查知识内容和能力要求

４．１ 考查的知识内容

(１)元素化合物的性质.

(２)物质除杂或净化的探究.

(３)空气的组成及其测定原理.

(４)物理变化与化学变化的区别.

(５)实验方案的设计与评价.

(６)质量守恒定律的应用.

(７)化学的研究方法.

(８)分析和处理实验数据,实验误差分析.

４．２ 考查的能力要求

本题考查了学生学习化学需要掌握的三大能力.

４．２．１ 接受、吸收、整合化学信息的能力

通过对试题提供的文字、实验装置图等文本信息进行初步加工和提取实质性内容,整合所学的“空气中氧气含量测定实验”的知识,深刻理解两种制取氮气方法的基本原理.

４．２．２ 分析和解决化学问题的能力

考查学生能够运用所学的元素化合物的性质、空气的组成及其测定原理等知识,解释方法一实验装置中所用药品的作用;能够运用所学的质量守恒定律的知识推理与判断物质的元素组成和化学方程式中缺少的化学式;能够在理解制取氮气的两种方法的基础上,对两种方法测得的氮气密度存在的微小差异进行分析,并将可能的原因进行归纳和表达.

４．２．３ 实验与探究的能力

考查学生实验方案的设计与评价、物质的除杂、混合物分离的方法、初步分析和处理实验数据,得出合理结论的能力.

５ 试题价值和难度情况分析

从化学视角出发,能够分析和解决化学问题是学生应具备的学科素养.本题以英国化学家瑞利不放弃“两种方法制取的氮气在密度数据上存在的微小差异”,得出重大科学发现为素材,让学生追寻科学家发现稀有气体氩的足迹.试题重点考查了气体的除杂和分离方法、质量守恒定律的应用、元素化合物的性质、实验方案的设计与评价、实验误差分析等知识点,同时也较好地考查了学生自主学习能力(如读题、读图能力)、思维能力.

试 题命题手法新颖,在设计上除了实现相关考查目标外,还有利于引导学生关注化学史,培养学生严谨求实的探究精神.本试题起点高、落点和难度适中,较好地体现了中考命题原则中的“科学性、导向性、基础性、应用性”的思想.