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重要的事情说三遍：进团，进团，进团

初中化学科学研究的一般问题解决方法

科学探究是人们获取科学知识、认识世界的重要途径，是新课程理念实施中的一种新的学习方法，也是九年级化学学习的重要内容。科学探究活动能有效激发学生学习化学的兴趣，使学生学会从日常生活、工农业生产、科学研究中或从化学问题的实际情况中发现值得探究的问题，科学探究活动能有效培养学生的实验能力、探究能力和创新能力。因此，科学探究能力自然而然地成为中考的重点和热点，但很多学生在回答科学探究题时往往不知从何下手。其实，这类题目一般都是根据学生已有的知识和经验设计的，只要基础扎实，掌握科学探究的一般步骤（科学探究的一般步骤为提出问题→猜测与假设→制定计划→进行实验→收集证据→解释与得出结论→反思与评价→表达与交流），可以说并不难解决。本文结合近年来典型的探究型中考试题废铜催化剂，从科学探究的步骤入手，分析了解答此类试题的一般思路与方法，以供参考。

1. 勇敢大胆地根据所学的知识和经验做出合理的猜测和假设

其实科学探究试题中的很多内容都是日常学习中学到的或者生活中常见的内容，关键问题是很多同学在做题时不能将其联想到一起。这就要求我们每个人在日常学习和生活中要多问为什么，注意用化学的角度去观察和思考学习和生产生活中的各种问题，能够根据自己已有的化学知识和经验对问题做出有意义的猜测和假设。

例1.学生A在一个食品包装袋中发现一个小纸袋，里面装有白色颗粒状固体A，上面写着“生石灰干燥剂，不可食用”。学生A将小纸袋取出，放在空气中，经过一段时间，发现纸袋中的白色颗粒粘在一起，形成了固体B块。请与学生A一起对固体B块进行探究。

（1）假设1：块状固体B中除氧化钙外，还可能含有： ， 。

写出白色颗粒状固体A在空气中转化为块状固体B的化学反应方程式：

；。

（2）假设2：固体块B溶解于水时，可能​​会出现现象（填“放热”或“吸水”）。

请设计一个实验方案来验证你的假设（至少写出两个方案，写出三个正确的方案得1分）：

①；②；③。

（3）取适量块状固体B，加入到装有一定量水的试管中，摇匀，静置，过滤，得少量白色固体C。A、B同学共同讨论白色固体C的组成，并进行猜测。

学生A认为白色固体C可能是：氢氧化钙； 学生B认为白色固体C可能是：碳酸钙； 你认为白色固体C还可能是：。

请设计一个实验来证明你的假设（填写下表）：

计划

现象与结论

【思路】本题是一道典型的探究性中考题，其命题紧扣课程标准及各版本教材，同时对学生的知识掌握和思维能力、实验设计能力、探究能力、综合能力等提出了较高的要求。以生活中常见的食品干燥剂生石灰作为考试场景，通过分析生石灰置于空气中会变成块状固体的原因进行猜测和探索。其实本题考的还是知识的应用和相关物质的性质。解题的关键是掌握生石灰氧化钙及其在空气中变质后的一系列物质的性质（生石灰与水反应生成熔融的石灰氢氧化钙，同时放出热量；而氢氧化钙是碱，其水溶液呈碱性，能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙和水；生成的碳酸钙与稀盐酸反应生成二氧化碳气体）。一旦做到了这一点，思路就顺畅了，解题就容易了，所设的探索性问题也就迎刃而解了。这也是为什么双基的重要性被一再强调，也是“问渠何处清，唯有活水源头来”的原因。

[标准溶液] （１）Ca(OH)2；CaCO3（正确填写物质名称） CaO+H2O=Ca(OH)2； Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O

（2）放热； ①将适量块状固体B放入烧杯中，加入少量水，用手触摸烧杯外壁。 ②将适量块状固体B放入烧杯中，加入少量水，立即用温度计测量溶液温度的变化。 ③将适量块状固体B放入试管中，加入少量水，立即用带有导管的单孔橡皮塞塞住。同时将导管的另一端放入盛有水的水槽中，观察导管口是否有气泡放出。 ④将适量块状固体B放入试管中，加入少量水，立即在试管口上套一个放气的气球，观察气球体积的变化。（只需写出正确答案或其他合理答案即可）

（3）Ca(OH)2和CaCO3的混合物；

计划

现象与结论

步骤①：将所得固体C放入试管中，加入少量水，摇匀，然后滴加两滴酚酞试液；

步骤②：向试管中加入稀盐酸。

①若溶液变成红色，则白色固体C中含有Ca(OH)2

如果溶液不变红，则白色固体C不含有Ca(OH)2

②若产生气泡，则白色固体C中含有CaCO3

若无气泡产生，则白色固体C不含CaCO3

（其他合理方案也可）

2. 根据试题要求，结合已有的化学知识和生活经验，设计简单的化学探索性实验

设计探索性实验是综合考察学生能力的一道题，对学生的要求较高。它不仅要求学生熟悉物质的性质、检测方法和制备方法，还要求实验方案简单易行，原材料价格低廉，无污染。对于该类题型，学生只需要根据题意明确或确定实验原理，然后根据原理进行设计，难点就迎刃而解了。

例2. 铁暴露在空气中会生锈。你有没有发现，苹果切开后不久，果肉上就会结出一层褐色的物质，看上去也很像“铁锈”。化学活动小组就此进行了调查。

【提出问题】切开的苹果“生锈”和哪些因素有关？

【猜想与假设】

假设一：可能和空气没关系，只是纸浆里的物质之间发生反应，发生了“生锈”而已。

假设二：可能是纸浆中的物质与空气中的氧气发生反应，导致“生锈”；

假设三：可能是纸浆中的物质与空气中的氮气发生反应，导致“生锈”；

假设④：可能是纸浆中的物质与空气中的二氧化碳发生反应，导致“生锈”；

假设五：有可能果肉里的物质和空气中的氧气发生了反应，导致苹果“生锈”，而苹果“生锈”的速度可能也与温度有关。

收集证据

（1）查阅相关资料：已知苹果“生锈”是由于果肉中的物质（苯酚和酶）与空气中的某种物质发生反应，生成褐色物质造成的。

（二）实验探索：针对以上猜想①至⑤，化学活动小组依次设计实验方案，进行实验验证，并依次观察到下列实验现象。请将各自设计的可行的实验探索方案填写在下表中。

猜测

可行的实验计划

观察到的实验现象

猜想①

将一小块纸浆浸入装有蒸馏水的烧杯中并观察现象。

果肉的表面不变色。

猜想②

果肉的表面会变色。

猜想③

果肉的表面不变色。

猜想④

果肉的表面不变色。

猜想⑤

温度越高，颜色变化越大。

【得出结论】。

【反思与评价】（1）在②至⑤四个猜想中，你认为哪一个最不合理？为什么？

（2）在验证假设①时，学生发现，如果水没有与空气隔绝，果肉在水中放置时间长了就会变色，可能的原因是。

[应用]基于以上结论，为防止果汁腐败，水果加工厂在加工和贮存果汁时可采取的措施有：

【思路】本题是一道典型、有代表性的探究性中考题，题目设计新颖独特，题材新鲜，情境真实，问题贴近现实生活，切入学生生活。选取学生在生活中忽略却蕴含丰富化学知识的苹果“生锈”作为探究题情境，探究苹果“生锈”与哪些因素有关。本题其实来源于课本——借用课本上已经学过的探究铁生锈条件的知识背景，但又高于课本——延伸到探究苹果生锈的原因，同时也渗透运用类比、迁移等科学研究方法。本题不仅考查学生获取、组织、处理信息的能力，还将科学探究的完整过程呈现给学生，目的是引导学生在解决问题的过程中了解科学探究的过程。最后的应用凸显了探究的价值和社会意义，画龙点睛。可以说，这道题很好地体现了“化学源于社会，服务社会”的新课程理念，引导学生在日常的学习过程中，注重从化学的角度进行观察和思考，体会到“处处皆学”。我想，如果能做到这一点，我们才能真正感受到“万变而本质不变”的寓意。至于这道题中如何设计可行的实验方案，只要把握住各种猜想，掌握基础知识，设计起来并不难。

【标准化问题解决】

收集证据

猜测

可行的实验计划

猜想②

将切好的一小块苹果放入装有氧气的集气瓶中，观察现象。

猜想③

将切开的苹果放入充满氮气的集气瓶中，观察现象。

猜想④

将切开的苹果放入含有二氧化碳的气体收集瓶中，观察现象。

猜想⑤

取一小块苹果，放入两个充满氧气的试管中，将其中一支试管放入热水中，观察两支试管中的苹果颜色变化速度。

【结论】这是矿浆中的成分与氧气发生反应的结果，“生锈”的速度与温度有关，温度越高，矿浆变色越快。

【反思与评价】

（1）③氮气的化学性质很稳定，通常不与其他物质发生反应。 （2）氧气溶于水

[应用] 果实密闭加工，真空包装，低温贮藏。

3.善于通过比较、归纳、概括、总结等方法处理实验得到的事实证据，从而得出科学结论，解释化学现象、说明问题。

对实验得到的事实证据进行比较、总结、概括、归纳是初中化学学习的重要方法，也是中考的重要内容。近年来，中考通过呈现探索性实验的事实，重点考察上述能力。但上述能力的培养并非一朝一夕，需要学生在日常的学习过程中逐渐培养，这样在中考中面对探索性试题的相关内容时才不会手足无措。

例3.“过氧化氢和二氧化锰制取氧气”的反应方程式为： 。

一位学生做完实验后，进行了如下的思考和探索：

（1）催化剂MnO2的量是否影响反应速率？

他做了一组实验：每次用%H202溶液和不同量的MnO2粉末作为催化剂，测量每次收集500mL氧气所需的时间。结果如下：（其他实验条件相同）

实验序列

10

MnO2粉体用量（g）

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

所用时间（秒）

17

请分析表中数据并回答：MnO2 的量是否影响反应速率？如果影响，如何影响？

回答： 。

（2）H2O2溶液中溶质的质量分数是否影响反应速率？

他又做了一组实验，每次取5mL 30% H2O2溶液，然后稀释成不同溶质质量分数的溶液进行实验，记录的数据如下：（实验均在室温20℃下进行，其他实验条件也相同）

实验序列

H2O2溶液溶质的质量分数

1％

3%

5％

10％

15％

20％

25％

30％

MnO2粉体用量（g）

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

收集540毫升气体的时间（秒）

660

220

205

80

二十五

反应后液温(℃)

24

三十四

三十九

56

65

67

69

70

请分析表中数据并回答：H2O2溶液中溶质的质量分数是否影响反应速率？若有，是如何影响的？

回答：。

从表中数据也可以看出，此反应为反应（填入“放热”或“吸热”）。

（3）还有哪些因素可能影响该反应的速率？

请告诉我你的一个猜测：。

【思考提示】本题是处理探索性实验事实并得出正确结论的最典型例子。解题的关键是掌握探索性实验事实，通过比较、归纳、概括、总结等方法处理实验事实，然后用结论来分析、解释现象、说明问题。本题通过对实验（1）、（2）提供的数据进行比较分析，可以得出正确的结论：MnO2的量对过氧化氢分解反应的速率有影响，在一定范围内，MnO2的量越大，反应越快；H2O2溶液中溶质的质量分数对过氧化氢分解反应的速率也有影响，H2O2溶液中溶质的质量分数越大，反应越快。从（2）提供的反应后液体温度的变化可以看出，过氧化氢分解反应为放热反应。对于（3），受（1）、（2）实验事实的启发，结合学习、生活经验，我们可以大胆提出，影响反应速率的因素有：MnO2颗粒的大小可能影响反应，环境温度可能影响反应，气压可能影响反应，实验过程中是否有振荡可能影响反应等。

【标准化解决方案】

+氧气↑

（1）是的。在一定范围内，MnO2的用量越大，反应越快。

（2）有作用，H2O2溶液中溶质质量分数越大，反应越快，放出热量。

（3）MnO2粒径、环境温度、气压、是否振荡等。任何合理的答案都是可以的。

4. 能评估简单化学实验研究方案的优缺点并提出自己的建议

科学探究的目的是让学生学会科学探究的方法，学会在探究过程中运用所学知识分析解决实际问题废铜催化剂，同时学生要学会创新，养成“敢于实践、敢于质疑”的科学品质。近几年中考探究测试题中设置的探究实验方案的评价内容应该说是对上述精神的最好体现。在评价一个实验方案时，要注意以下几个方面：①原理是否正确，即能否达到实验目的；②所用原材料是否常见、易得、廉价；③是否节省药品，即原材料的利用率是否高；④操作是否简便，即操作流程是否简便、优化；⑤是否污染环境；⑥是否存在实验误差；⑦方案是否有新意； ⑧安全性是否良好等。能满足以上八项要求的实验方案应视为最佳实验方案。至于提出合理化建议，就是根据以上几个方面，结合题意，提出符合要求的建议。

例4、化学活动组学生在探究金属的化学性质时发现，铜和稀硫酸在常温或短时间加热条件下不发生反应。那么，铜和浓硫酸能发生反应吗？

【猜想与假设】

假设① 在室温下就能发生反应；

假设② 在室温下不能发生反应，但可以在加热条件下发生反应；

假设③在加热条件下无法发生反应。

【实验与事实】

操作 ① 将一小块铜放入试管中，加入适量浓硫酸，无明显现象发生。

操作② 加热试管，铜片上出现气泡，并有刺鼻气味；

操作③ 检查产生的有刺激性气味的气体（试验方法及现象略）；

操作④立即停止加热；

操作⑤ 将试管中的残液慢慢倒入少量水中，溶液变为蓝色。

【结论与解释】

（1）由以上探索，我们可以知道猜想_是正确的；

（2）检查后发现有气体产生：立即停止加热，避免产生更多的气体；

（3）铜和浓硫酸在加热条件下反应的产物是SO2和CuSO4。

【反思与评价】

（1）操作⑤中，为了安全起见（填“是”或“否”），将水倒入剩余的液体中。

（2）探究产物为SO2和CuSO4的结论是否正确，为什么？

【扩展应用】

基于以上研究以及所学知识，学生们设计了两个利用废铜屑和硫酸为原料生产硫酸铜的实验方案。

方案A：利用废铜屑在加热条件下与浓硫酸发生反应。

方案B：将废旧铜屑在加热条件下在空气中氧化成CuO，再与稀硫酸反应生成CuO。

请从安全性、经济性、环保性等方面评价，较好的方案是什么，理由是什么（只回答一点）。

【思考提示】本题【拓展与应用】中实验方案的评价是经典的评价题之一，把握以上评价要素，就能得出自己的观点：从实验原理“Cu+（浓）

SO2↑+CuSO4+2H2O、2Cu+O2

2CuO CuO+H2SO4== CuSO4+H2O”，可见方案B明显优于方案A。理由是：与方案A相比，方案B减少了对环境的污染；由于不使用浓硫酸，更加安全；生产同等质量的硫酸铜所需的硫酸用量更少，从而节省了药物；等等。至于前面的[结论与解释]

、[反思与评价]，我们可以通过分析[实验与事实]做出准确的判断和解释。从[实验与事实]中，我们知道三个猜想中只有②是正确的。从实验事实和质​​量守恒定律我们知道，在加热条件下，铜与浓硫酸反应不仅生成二氧化硫和硫酸铜，还会生成水。由于使用足够的浓硫酸与铜反应，反应后的残液中含有浓硫酸，如果直接倒入少量水中，可能会造成安全隐患。

【标准化问题解决】

例4. ② 反应前后元素不能不同（或产物不含氢）

B计划不使用浓硫酸（或节省硫酸，不污染环境）