2012届高考化学创新题型技巧专题教案

专题十六STSE 创新题型技巧专题

近年来高考在强调夯实基础、抓主干和核心知识的基础上，试题的命制越来越凸现知识与能力并重，并以基础知识为载体来强化对能力的考查，因而创新型、开放型试题逐渐成为最受青睐的题型。创新型试题是指不能单纯地通过简单仿效或机械套用或机械记忆去解答的问题，其考查的知识点仍是中学化学的主干知识，但问题解答的方法却灵活多样，富有技巧性，提高了对学生综合应用能力的要求，现对近年来高考化学创新型试题常见题型进行归类分析，以寻找命题规律，探究解题技巧。
【考点分析】STSE创新题型应对策略
STSE是由英语单词Science（科学）、Technology（技术）、Society（社会）、Environment（环境）的首字母缩写而成。
一、STSE创新题的特点
这类题通常是高起点、低落点，与生活、科技和环境相关。一般选择最新科技成果（最近诺贝尔奖成果、科技新发现、上一年度国内或国外十大科技进展等）、与社会、生活联系紧密的材料（药物、食品、新型材料等）作为载体命题，问题设计严格依据《高考大纲》，知识源于教材，最终都是用化学知识解决问题。这也是考查学生的知识运用能力和理解能力。
二、STSE创新题的类型
以或简答题等题型出现。在中，通过新材料、新信息介绍，以某点为信息源辐射相关联知识与方法，以判断正误、推理为主，考查识记知识，属于较易题。简答题要求根据中学化学知识和原理分析、解释相关现象，对逻辑思维、文字表达能力要求较高，属于中等难度题。
三、STSE创新题的解题方法与思路
第一步??读题。对于陌生度较高的STSE试题要做到逐字逐句，挖掘关键字，排除干扰信息，找出有效信息。对于新信息中的有机化学方程式，要从断键、成键角度分析，找出规律；对于新物质或常见物质的新性质，要找出其不同点。正所谓“书读百遍，其义自见”。
第二步??联题。在读题的基础上，结合题目中的问题或选项分析本题考查的知识板块，联系中学化学知识体系，寻找要提取的信息。
第三步??析题。找到需要的信息后，需进行分析。分析时要从大脑信息库中迅速提取所需要的知识，并使思维从新情境回归到课本、回归到平时的学习中来。
第四步??解题。解题时要注意根据题目的要求回答相应问题。如果是简答题一定要言简意赅，即一定要做到联系化学原理，切入点正确，分析、说理层次清晰，要点全面。
【难点解析】
一、改编、重组、整合教材内容，拓宽思维的广度、深度
这类试题往往以教材实验、重要文字描述及课后习题为素材，对其进行改编、重组、整合或延伸，所以陌生度不大，故学生在解答时感到简单，但因问题设计的角度、深度或说法发生变化，又易导致答题错误。
【例1】某课外研究小组，用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应制取胆矾。其设计的实验过程为：

（1）杂铜中含有大量的有机物，可采用灼烧的方法除去有机物，灼烧时将瓷坩埚置于 上（用以下所给仪器的编号填入，下同），取用坩埚应使用 ，灼烧后的坩埚应放在 上，不能直接放在桌面上。
实验所用仪器：a．蒸发皿 b．石棉网 c．泥三角 d．表面皿
e．坩埚钳 f．试管夹
（2）杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，用以制取胆矾。灼烧后含有少量铜的可能原因是 。
a．灼烧过程中部分氧化铜被还原
b．灼烧不充分铜未被完全氧化
c．氧化铜在加热过程中分解生成铜
d．该条件下铜无法被氧气氧化
（3）通过途径Ⅱ实现用粗制氧化铜制取胆矾，必须进行的实验操作步骤：酸溶、加热通氧气、过滤、 、冷却结晶、 、自然干燥。
（4）由粗制氧化铜通过两种途径制取胆矾，与途径Ⅰ相比，途径Ⅱ有明显的两个优点是： 、 。
（5）在测定所得胆矾（CuSO4?xH2O）中结晶水x值的实验过程中：称量操作至少进行 次。
（6）若测定结果x值偏高，可能的原因是 。
a．加热温度过高b．胆矾晶体的颗粒较大
c．加热后放在空气中冷却d．胆矾晶体部分风化
【解析】（1）因坩埚加热后温度较高，应放在泥三角上进行加热，且取用坩埚时要用坩埚钳，并且为防止坩埚炸裂和烧环桌面，烧后的坩埚要在石棉网上冷却，不能直接放在桌面上。
（2）灼烧后含有少量铜其原因可能是灼烧不充分，铜未被完全氧化，也可能是灼烧过程中部分氧化铜被还原。
（3）利用途径Ⅱ制取胆矾时，必须先加酸将氧化铜溶解，加热通氧气将Cu氧化，过滤除去粗制氧化铜中的不溶物杂质后，然后再蒸发溶剂，冷却结晶，再过滤得晶体，最后将其干燥，由此可写出答案。
（4）根据途径Ⅰ的反应方程式Cu＋2H2SO4（浓） CuSO4＋SO2↑＋2H2O和途径Ⅱ的反应方程式2Cu＋O2＋2H2OS4（稀） 2CuSO4＋2H2O，可以看出途径Ⅱ的优点是：①产生等量的胆矾比途径Ⅰ耗硫酸少；②途径Ⅱ不产生污染大气的气体（SO2）。
（5）称量操作至少进行4次，分别是：①称量坩锅；②称量加入晶体后的坩埚；③称量加热冷却后的坩埚；④称量再加热、再冷却后的坩埚至两次称量的值相差不超过0．1g。
（6）若测定结果x值偏高，可能是加热温度过高使CuSO4晶体中的CuSO4分解了，其他三项均使x值偏低。
【答案】（1）c e b （2）a b （3）蒸发 过滤
（4）产生等量胆矾途径Ⅱ消耗硫酸少 途径Ⅱ不会产生污染大气的气体 （5）4 （6）a
【点评】本题以高一化学教材第六章氧族元素、环境保护复习题（2）:用铜和浓硫酸为原料制取硫酸铜时，可用下列两种方法：
（1）Cu CuSO4，（2）Cu CuO CuSO4，这两种方法中，哪种较好？为什么？和高三选修教材上的实验??硫酸铜晶体中结晶水含量的测定为题材进行改编、重组，和整合命制的，陌生度小，这类试题的出现，有利于引导对教材知识的进一步整合，融合和思考，拓宽了命题的角度，提升了思维的空间。
【变式训练】实验室常利用甲醛法测定（NH4）2SO4样品中氮的质量分数，其反应原理为：4NH ＋6HCHO＝3H＋＋6H2O＋（CH2）6N4H＋[滴定时，1 mol （CH2）6N4H＋与1 mol H＋相当]，然后用NaOH标准溶液滴定反应生成的酸。某兴趣小组用甲醛法进行了如下实验：
步骤Ⅰ 称取样品1．500g。
步骤Ⅱ 将样品溶解后，完全转移到250 mL容量瓶中，定容，充分摇匀。
步骤Ⅲ 移取25．00 mL样品溶液于250 mL锥形瓶中，加入10 mL20％的中性甲醛溶液，摇匀、静置5 min后，加入1～2滴酚酞度液，用NaOH标准溶液滴定至终点。按上述操作方法再重复2次。
（1）根据步骤Ⅲ：
①碱式滴定管用蒸馏水洗涤后，直接加入NaOH标准溶液进行滴定，则测得样品中氮的质量分数 （填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。
②锥形瓶用蒸馏水洗涤后，水未倒尽，则滴定时用去NaOH标准溶液的体积 （填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。
③滴定时边滴边摇动锥形瓶，眼睛应观察 。
A、滴定管内液面的变化 B、锥形瓶内溶液颜色的变化
④滴定达到终点时，溶液由 色变成 色。
（2）滴定结果如下表所示：
实验
编号待测溶液的体积
/mL标准溶液的体积/mL
滴定前刻度滴定后刻度
125．001．0221．03
225．002．0021．99
325．000．2020．20
若NaOH标准溶液的浓度为0．101 0 mol?L－1，则该样品中氮的质量分数为 。
【答案】（1）①偏高 ②无影响 ③B ④无 粉红（或浅红）（2）18．85％
二、以图表或某一物质为载体，强化学科间知识的综合
以图表或某一物质为载体，将基本概念，基本理论，元素化合物，计算和实验，无机和有机等知识进行融合创新，具有较高的区分度，有利于高校选拔人才，是近年来高考化学命题的一大亮点。
【例2】红磷P（s）和Cl2（g）发生反应生成PCl3（g）和PCl5（g）。反应过程和能量关系如图所示（图中的△H表示生成1 mol产生的数据）。

根据上图回答下列问题：
（1）P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是 。
（2）PCl3分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是 ，上述分解反应是一个可逆反应，温度为T1时，在密闭容器中加入0．80 mol PCl5，反应达到平衡时PCl5还剩0．60 mol，其分解率 等于 ；若反应温度由T1升高到T2，平衡时PCl5的分解率为 ， （填“大于”、“小于”或“等于”）。
（3）工业上制备PCl5通常分两步进行，先将P和Cl2反应生成中间产物PCl3，然后降温，再和Cl2反应生成PCl5。原因是 。
（4）P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5 的△H4 △H3（填“大于”、“小于”或“等于”）。
（5）PCl5与足量水充分反应，最终生成两种酸，其化学方程式是 。
【解析】（1）由图可以看出，1 mol P与Cl2中完全燃烧放出的热量为306 kJ?mol－1，所以P与Cl2反应生成PCl3的热化学方程式为P（s）＋ Cl2（g）＝PCl3（g）；△H＝－306 kJ?mol－1。
（2）中间产生PCl3和未完全反应的Cl2的总能量高于最终产物PCl5的能量，其△H＝－93 kJ?mol－1，所以PCl5（g）＝PCl3（g）＋Cl2（g）；△H＝93 kJ?mol－1；分解率 ＝ ×100％＝25％，由热化学方程式可知，此反应的正反应为吸热反应，所以升高温度，平衡向正反应方向移动，PCl5的分解率增大， ＞ 。
（3）由图可知，P与Cl2反应生成PCl3，PCl3和Cl2进一步反应生成PCl5，都是放热反应，分两步进行且第二步降低温度，有利于PCl5的生成，防止PCl5的分解。
（4）由盖期定律可知，一步生成PCl5和两步生成PCl5的总热效应相等，即△H4＝△H3＝△H1＋△H2＝－306 kJ/mol－93 kJ/mol＝－399 kJ?mol－1。
（5）PCl5与水反应生成H3PO4和HCl，化学方程式为：PCl5＋4H2O＝H3PO4＋5HCl。
【答案】（1）P（s）＋ Cl2（g）＝PCl3（g）；△H＝－306 kJ?mol－1。
（2）PCl5（g）＝PCl3（g）＋Cl2（g）；△H＝93 kJ?mol－1 25% 大于
（3）两步反应均为放热反应，降低温度有利于提高产率，防止产物分解。
（4）－399 kJ?mol－1 等于
（5）PCl5＋4H2O＝H3PO4＋5HCl
【例3】二甲醚（CH3OCH3）被称为21世纪的新型燃料，它清洁、高效，具有优良的环保性能。四川是利用天然气生产二甲醚的重要基地之一。
请填写下列空白：
（1）与二甲醚相对分子质量相等且元素种类相同的有机物的结构简式是： 。
（2）二甲醚可由合成气（CO＋H2）在一定件下制得。用合成气制二甲醚时，还产生了一种可参与大气循环的无机化合物，该反应的化学方程式可能是： 。
（3）以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。该电池中负极上的电极反应式是： 。

（4）制备二甲醚的合成气可由甲烷与水蒸气或二氧化碳经高温催化反应制得。合成气除制二甲醚外，还可用于冶炼金属，用它冶炼铁的生产过程可示意如下：

①在催化反应室中进行的反应均为可逆反应，增大体系的压强对甲烷转化率的影响是 （填“增大”“减小”或“不变”）。
②在上述炼铁过程的某时间段内，若有x m3（标准状况）的甲烷进入燃烧室中充分燃烧，还原反应室有5y kg（即 ×103 mol）铁生成，假设燃烧室与还原反应室产生的高温尾气全部进入催化反应室，则这些高温尾毛在理论上可产生合成气 m3（标准状况）。
【解析】（1）由于醇与等碳原子数的醚为同分异构体，显然相对分子质量相等，C2H5OH符合条件，由于1 mol O的质量等于1 mol CH4的质量。1 mol碳的质量等于12 mol H的质量，在C2H6O的基础上去掉1个CH4而同时增加一个氧即CH2O2应符合条件，经验证，没有其他的分子符合题意。
（2）根据质量守恒定律及规律可得如下符合条件的化学方程式：3CO＋3H2＝CH3OCH3＋CO2或2CO＋4H2＝CH3OCH3＋H2O。
（3）由原电池原理可知负极发生氧化反应失电子，由于CH3OCH3被氧化的产物在碱性溶液中不能存在，故负极反应物应为 和H2O，即CH3OCH3＋16OH－?12e－＝2 ＋11H2O。
（4）由CH4＋H2O（g） CO＋3H2①和反应CH4＋CO2 2CO＋2H2② 知，增大压强可使上述平衡向逆反应方向移动，减少CH4的转化率。由反应CH4＋2O2 CO2＋2H2O知x m3的CH4可产生3x m3的CO2与H2O的混合气体；又由Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2，Fe2O3＋3H2 2Fe＋3H2O知，生成 ×103 mol的Fe产生3y 103的高温尾气，故由反应①②知最后可得合成所12（x＋y） m3。
【答案】（1）CH3CH2OH、HCOOH
（2）3CO＋H2＝CH3OCH3＋CO2或2CO＋4H2＝CH3OCH3＋H2O
（3）CH3OCH3＋16OH??12e－＝2 ＋11H2O
（4）①减少 ②12（x＋y）
【点评】例2以图表为载体，将反应热的本质，热化学方程式的书写，反应热的计算，化学平衡等知识进行融合创新。例3以二甲醚为载体，考查了有机和无机、同分异构体、原电池及化学平衡等知识内容，这类试题的出现使人感到耳目一新，充分出现了“深化基础、知识与能力并重、稳中求变”的命题特点。
【变式训练】铜在自然界存在于多种矿石中，如：
矿石名称黄铜矿斑铜矿辉铜矿孔雀石
主要成分CuFeS2Cu5FeS4Cu2SCuCO3?Cu（OH）2
请回答下列问题：
（1）上表所列铜化合物中，铜的质量百分含量最高的是 。
（2）工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2CU2O＋Cu2S 6Cu＋SO2↑，反应的氧化剂是 。
（3）SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是 ；处理该尾气可得到有价值的化学品，写出其中1种酸和1种盐的名称 。
（4）黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，需进一步采用电解法清制。请简述粗铜电解得到精铜的原理： 。
（5）下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是 （填字母）。
选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断
A铜绿的主要成分是碱式碳酸铜可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Ⅰ对；Ⅱ对；有
B铜表面易形成
致密的氧化膜铜容器可以
盛放浓硫酸Ⅰ对；Ⅱ对；有
C铁比铜活泼铆在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈Ⅰ对；Ⅱ对；有
D蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂Ⅰ错；Ⅱ对；无
【答案】（1）Cu2S （2）Cu2O和Cu2S
（3）形成酸雨，会对植物和建筑物等造成严重危害 硫酸、硫酸铵
（4）电解池中，粗铜作阳极，精铜作阴极，为硫酸铜溶液。阳极上发生氧化反应，粗铜中的铜以及比铜活泼的金属失去电子进入溶液，不如铜活泼的金属沉入电解槽形成“阳极泥”；阴极上发生还原反应，溶液中的铜离子得到电子变成铜单质沉积在纯铜上，从而达到精制Cu的目的
（5）AD
三、联系科学实践，体现创新理念
试题注重STSE（科学、技术、社会、环境）教育，注重理论联系实际，并能应用所学知识解决生产、生活和社会热点中的实际问题，命题具有创新理念，已成为高考的另一大亮点。
【例4】纤维素是自然界最为丰富的可再生的天然高分子资源。
（1）纤维素可制备用于纺织、造纸等的黏胶纤维[成分是（C6H10O5）n]，生产过程涉及多个化学反应。工艺简图如下：

近来，化学家开发了一种使用NMMO加工纤维素的新方法，产品“Lyocell纤维”成分也是（C6H10O5）n。工艺流程示意图如下：

①“Lyocell纤维”工艺流程中，可充分循环利用的物质是 。
②与“Lyocell纤维”工艺相比，粘胶纤维工艺中会产生含有 （只填非金属元素符号）的废物，并由此增加了生产成本。
③“Lyocell纤维”被誉为“21世纪的绿色纤维”，原因是 。
（2）“Lyocell纤维”工艺流程中的NMMO可按如下路线制备（反应条件均省略）：

其中，化合物Ⅰ可三聚为最简单的芳香烃，化合物Ⅱ可使溴水褪色。
①化合物Ⅰ也可聚合为在一定条件下具有导电性的高分子化合物，该高分子化合物的化学式为 。
②化合物Ⅱ与氧气反应的原子利用率达100％，其化学方程式为 。
③关于化合物Ⅲ、Ⅳ的说法正确的是 （填代号）。
A、都可发生酯化反应 B、Ⅲ可被氧化，Ⅳ不可被氧化
C、都溶于水 D、Ⅲ可与钠反应，Ⅳ不可与钠反应
E、Ⅲ是乙醇的同系物 F、Ⅲ可由卤代烃的取代反应制备
④写出合成NMMO最后一步反应的化学方程式
【解析】（1）由工艺流程可知，NMMO被循环利用。比较两个生产流程可知在黏胶纤维的生产过程中会产生含硫、含氯的废物，从而增加了生产成本，并可能由此产生环境污染。而新工艺不会产生污染物，具纤维素原料可以再生，故称为“21世纪绿色纤维”。（2）最简单的芳香烃为苯，则三聚为苯的烃必为乙炔，其聚合成为高分子化合物的化学方程式为 ；化合物Ⅱ为乙烯，欲使其与O2反应，原子利用率为100％，只有发生加成反应即2CH2＝CH2＋O2→ 。据Ⅲ、Ⅳ的分子结构特点不难推知它们所具有的性质。
【答案】（1）①NMMO ②S、Cl ③新工艺环境污染小，纤维素原料可再生

【点评】本题以NMMO加工纤维素的新化学工艺方法为题材，联系化工生产实际，考查学生的分析问题和解决问题的能力，第①问从物质的循环利用出发，强调了可持续发展的观念；第②问要求对两种工艺的优劣进行评价：第③问题要求考生了解绿色化学的理念；（2）中主要考查有机物的组成、结构和性质。
四、提供信息，考查信息迁移能力
这类试题往往“高起点、低落点”，一般是以教材上没有涉及的知识和平时不做要求的陌生知识为背景而提供明确的信息，然后设置综合性的问题进行考查信息提取、与所学知识整合及应用能力。
【例5】 －松油醇可以以下路线合成，小方框中的每一字母各代表一种有机物：

请回答下列问题：
（1）试剂1是 ，试剂2是 。
（2）A至H中，能发生银镜反应的是 （填结构简式）。
（3）写出G和H的结构简式：G ，H 。
（4）E转化为F的反应的化学方程式是 。
【解析】与（CH3）2CHMgI反应的物质应含有碳氧双键，所以A为CH3CHO试剂1为O2，可推出B的结构简式为 ，B在浓H2SO4加热的条件下发生消去反应可生成两种烯烃，依据F能与 反应，说明F为二烯烃，可推知C应为 ，D为 。C要由单烯烃转变成二烯烃，应先与卤素加成，再发生消去反应，所以试剂乙为Br2水，E为 ，F为 ，H为 ，G为 。
【答案】（1）O2； Br2 水

【点评】本题以 －松油醇的合成为情景和信息，它不但考查了考生信息的接受、提取及迁移应用能力，同时也考查了将信息，与已学知识有机整合的能力。本题考查的知识点主要有烯烃、卤代烃、醇、醛（酮）等性质及其相互转化，反应条件、试剂选择，结构简式、化学方程式的书写等知识。、
【变式训练】已知：
（1）

两种醛类物质（其中一种必须在与醛基相邻的C原子上有H原子，俗称 －H）在碱性条件下加热，可以发生羰基的加成和消去反应，得到不饱和醛。

甲苯及其卤代物是有机化工的基本原料，由它出发可制造某些香料、药物及广泛应用于印刷、电子工业中的感光树脂的重要中间体，它们之间的关系如下图所示：

图中B、D、E都能使溴水褪色，E在光等辐射能作用下可以发生二聚加成反应，生成互为同分异构体的环状化合物F和G；E还可以在一定条件下形成一种优质高分子感光树脂的单体H。试回答：
（1）写出有机物的结构简式：A 、C 、D 。
（2）反应（Ⅰ）的类型是 ，反应（Ⅱ）的类型是 ．
（3）写出A→B的化学方程式： 。
（4）同种类、互为同分异构体的F和G的结构简式为F 、G 。
（5）已知：
如果E→H的反应在一定条件下也能实现的话，请你预测所得高分子感光树脂单体H的最简单的结构简式为 。

【答案】

五、设置综合性问题，考查思维的严密性、流畅性
这类试题的问题设计往往是考查物质合成路线的设计及评价、实验方案的设计及评价、物质的检验和化学用语等知识。
【例6】已知：①2CH2＝CH2＋O2 2CH3CHO ②CH3CHO＋CH3CHO CH3CH（OH）CH2CHO CH3CH＝CHCHO
（1）兔耳草醛 在食品、化妆品等工业中用作香料添加剂。其合成流程为（部分产物及反应条件已略去）：

①兔耳草醛的分子式是 ；物质A的结构简式是 。
②检验C中含有一般的碳碳双键的简要实验步骤是 。
③物质A有多种同分异构体，其中一类同分异构体能使FeCl3溶液显紫色，结构中不含－CH3，且苯环上只有两个互为对位的取代基，其可能的结构简式为 。
④C＋D的化学方程式为 。
（2）现以CH2＝CH2和其他无机物合成CH3CH＝CHCOOCH2CH2OOCCH＝CHCH3。请用合成反应流程图表示出最合理的合成方案（注明反应条件）。例，由乙醇合成聚乙烯的反应流程图可表示为：

【解析】（1）①根据兔耳草醛的结构简式即可得其分子式为C13H18O，然后根据其合成流程图逆推，可知物质D、C、A的结构简式为

②因为C中含有碳碳双键与醛基，且醛基比碳碳双键更易被氧化，所以检验碳碳双键时应先把醛基保护或利用银氨溶液（或新制氢氧化铜悬浊液）氧化掉，然后再检验碳碳双键。
③根据“能使FeCl3溶液显紫色，结构中不含－CH3，且苯环上只有两个互为对位的取代基”可写出A的同分异构体
（2）分析CH3CH＝CHCOOCH2CH2OOCH＝CHCH3的结构可知，要生成该物质就需要先制备出CH3CH＝CHCOOH与HOCH2CH2OH，由CH3CH＝CHCOOH可进一步逆推到CH3CH＝CHCHO→CH3CHO→CH3CH2OH→CH2＝CH2，故其合成路线如图2所示：

图2物质的合成路线图
【点评】本题除考查醛、烯烃、醇、脂及其相互转化关系等知识点外，主要考查了信息处理、实验检验及设计能力。如“在检验C中含有一般的碳碳双键”时，因C中含醛基，就应想到醛基的干扰及处理，这就突出了思维的严密性、深刻性。再如合成流程图的设计，与传统的根据有机合成路线推测有机物的结构正好相反，突出体现了对设计流程的正误辨析、优化选择，体现了思维的敏捷性、流畅性。
六、设置探究性问题、提倡探究性学习
探究性化学试题在近年高考中主要表现在实验考题上，简单地说这类试题就是将化学问题或化学实验教学中出现的疑难问题，通过设计一系列的实验并付诸实践，根据实验现象或实验结果进行严密推理来解决问题的一种实验方法。这类试题通过将研究性学习方法和科学探究的方法引入到实验问题的解决之中，引导考生逐步形成质疑，乐于探究的学习习惯；重视对实验方案的设计和评价，培养考生分析问题的能力和实验探究的能力。
【例7】某种催化剂为铁的氧化物。化学兴趣小组在实验室对该催化剂中铁元素的价态进行探究：将适量稀硝酸加入少许样品中，加热溶解；取少许溶液，滴加KSCN溶液后出现红色。一位同学由此得出该催化剂中铁元素价态为＋3的结论。
（1）请指出该结论是否合理并说明理由 。
（2）请完成对铁元素价态的探究：
限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹；3 mol?L－1 H2SO4、3％ H2O2、6 mol?L－1 HNO3、0．01 mol?L－1 KMnO4、NaOH稀溶液、0．1 mol?L－1 KI、20％KSCN、蒸馏水。
①提出合理假设
假设1： ；
假设2： ；
假设3： 。
②设计实验方案证明你的假设
③实验过程
根据②的实验方案，进行实验。请按下列表格格式写出实验操作步骤、预期现象与结论。
实验操作预期现象与结论
步骤1：
步骤2：

步骤3：
……
【解析】（1）加入KSCN溶液出现血红色，溶液中一定含有Fe3＋，但由于是用HNO3溶解的铁的氧化物，HNO3具有强氧化性，能将Fe2＋氧化为Fe3+，所以该同学得出的结论是不合理的。
（2）①在高中阶段常见的铁的氧化物有FeO（＋2价铁的氧化物）、Fe2O3（＋3价铁的氧化物）、Fe3O4（同时含有＋2、＋3价铁的氧化物），据此可得出三种假设。
②由于Fe2＋极易被氧化，所以首先应该把3 mol?L－1 H2SO4煮沸赶走H2SO4中溶解的O2，然后将样品溶解在煮沸的H2SO4中，根据Fe2＋、Fe3＋的性质差异即可设计出相应的实验方案。设计时本着操作简单、现象明显等原则进行。本小问属于开放性问题，只要设计方案合理即可。
【答案】（1）不合理。因为稀硝酸有强氧化性，会氧化样品中可能存在的二价铁，所以从实验结果只能判断样品溶解后的溶液中存在三价铁，而不能确定样品中铁元素的价态。
（2）①假设1：催化剂中铁元素全部为＋3价
假设2：催化剂中铁元素全部为＋2价
假设3：催化剂中铁元素同时存在＋2、＋3价
③
实验操作预期现象与结论
步骤1：用滴管取一定量3 mol?L－1 H2SO4于试管中，加热煮沸数分钟以除去溶于其中的O2
步骤2：用药匙取少量样品于试管中，用滴管加入适量已除氧的3 mol?L－1 H2SO4并加热，充分反应后得A溶液固体溶解，溶液有颜色变化
步骤3：取少许A溶液于试管中，滴加1～2滴20％的KSCN溶液，振荡（1）若溶液不出现红色，则假设2成立
（2）若溶液呈红色，则假设1或假设3成立
步骤4：另取少许A溶液于试管中，滴加1～2滴0．01 mol?L－1 KMnO4溶液，振荡结合步骤3中的（2）：
（1）若溶液呈紫红色且不褪去，则假设1成立
（2）若溶液紫红色褪去，则假设3成立

【点评】本题以探究铁元素价态为载体考查考生中信息做出假设和猜想、自主设计实验的科学探究能力。近年来江苏、广东的高考化学卷在此方面做了有益的尝试，符合新课标的要求。
【变式训练】某混合金属粉末，除Mg外还含有Al、Zn中的一种或两种，含量都在10％以上。某研究小组设计实验探究该混合金属粉末中铝、锌元素的存在。
所用试剂：样品、pH试纸、稀H2SO4、NaOH溶液、稀氨水，该小组探究过程如下：
一、查阅资料：
①镁、铝、锌都是白色金属；
②锌（Zn）可以与NaOH溶液反应生成H2；
③Zn（OH）2是白色固体，难溶于水，可溶于强碱溶液及氨水；
④Zn2＋易形成络合物如[Zn（NH3）4]2＋，该络合物遇强酸分解生成Zn2＋、NH 。
二、提出假设：
（1）假设1：该混合金属粉末中除镁外还含有 元素；
（2）假设2：该混合金属粉末中除镁外还含有 元素；
假设3：该该混合金属粉末中除镁外还含有铝、锌元素。
三、实验探究：
甲同学基于假设3设计实验方案如下：

乙同学同样基于假设3设计另一实验方案如下：

（3）试剂M是 。
（4）写出操作Ⅰ的过程 。
（5）写出Zn与NaOH溶液反应的化学方程式 。
（6）写出[Zn（NH3）4]（OH）2溶液与稀硫酸反应的离子方程式 。
（7）丙同学认为乙同学的方案比甲同学的好，理由是 。
（8）丁同学研究了甲、乙两同学的方案后，用最简便的方法测定了Wg样品中金属镁（Mg）的质量分数，他的方法是 。
【答案】（1）铝（或Al） （2）锌（或Zn）
（3）NaOH溶液（或氢氧化钠溶液）
（4）在滤液中加入稀硫酸直至生成的沉淀刚好溶解，再加入足量的稀氨水
（5）Zn＋2NaOH＝Na2ZnO2＋H2↑
（6）[Zn（NH3）4]2＋＋2OH－＋6H＋＝Zn2＋＋4NH ＋2H2O
（7）步骤简单，节约试剂
（8）将沉淀C洗涤、小心干燥后称量

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