讲义03科学探究的一般步骤初三化学预科班讲义(原卷版)

衔接点03 科学探究的一般步骤
一、对蜡烛及其燃烧的探究
（1）点燃前，观察蜡烛的颜色、状态、形状、硬度，闻一闻气味等。

（2）点燃蜡烛，仔细观察燃着的蜡烛。

取一根火柴梗，拿住一端迅速平放入火焰中，约1s后取出，根据火柴梗在火焰不同部位被烧的情况，推测火焰哪一部分的温度最高，哪一部分的温度最低。

分别取一个干烧杯和一个用澄清石灰水润湿内壁的烧杯，先后罩在火焰上方，仔细观察烧杯壁上有什么现象发生。

推测蜡烛燃烧后生成了什么物质。

（3）熄灭蜡烛，观察蜡烛熄灭时有什么现象发生。

用火柴去点燃刚熄灭时产生的白烟，蜡烛能否重新燃烧。

二、对人体呼入的空气和呼出气体的探究
（1）呼出气体的收集和空气的收集
➢ 呼出气体的收集
①将集气瓶装满水，并用玻璃片盖住瓶口的一小部分，然后推动玻璃片将瓶口全部盖住，再倒立在水槽里。

②向集气瓶内缓缓吹气，当集气瓶内充满呼出的气体时，在水下用玻璃片盖好瓶口，再取出正放在实验桌上即可。

➢ 空气的收集
取一个空集气瓶，用玻璃片将瓶口盖好，这样空气样品就收集好了。

（2）对人体呼入的空气和呼出气体的探究 收集好的空气和人体呼出的气体都是无色的。

用澄清石灰水检验
对着干燥的玻璃片哈气
一、实验方案的设计及评价
1．实验方案设计的基本思路
实验课题→提出实验方案→讨论方案的可行性→进行实验操作→对实验进行分析、比较、评价→确定最佳实验方案
2．实验方案设计的基本原则
①科学性：实验原理、实验方法和操作过程要科学、合理、准确。

②可行性：设计的实验方案一定要切实可行，所选药品、仪器、装置经济可靠。

③安全性：实验操作尽量防止危险性的操作，避免与有毒物质接触，如果无法避免，则应采取安全措施。

④简约性：实验设计尽量简单易行。

装置简单、实验操作方便，实验现象明显。

3．解题思路和方法
（1）明确实验目的，弄清题目给的信息。

（2）选择合适的化学仪器和药品。

（3）设计合理的实验装置和实验操作步骤。

（4）全面、准确地纪录实验过程中的现象和数据。

（5）依据实验现象和纪录的数据，通过分析、计算、推理等过程，进而得出正确的结论。

规律小结：
实验方案设计常用的两种方法：
（1）对比法：保持其他条件不变，只改变其中一个条件探讨该条件对实验的影响。

（2）控制变量法：对于受多个因素影响的问题，为研究每一个因素的影响程度，常常通过控制变量法逐个检验，每个现象只说明一个问题，然后一个变量继续探究，最后综合各个因素对该问题的影响作出综合判断。

4．探究性实验一般步骤：
提出问题（确定研究对象和方向）表达与交流
↓ ↑
猜想与假设（查阅资料）反思与评价
↓ ↑
制定计划（设计实验）解释与结论（结论要针对假设）
↓ ↑
进行实验（观察并记录）搜集证据（对记录的搜集、归纳和整理）
5．实验设计的常见类型
（1）制备型实验设计。

（2）性质型实验设计。

（3）验证型实验设计。

（4）计算型实验设计。

（5）综合型实验设计。

6．实验方案的评价
（1）实验方案的评价是根据实验方案设计的原则，对实验原理的正确性、操作的可行性以及实验是否经济、环保、严谨、科学等方面进行评价。

（2）实验方案评价的方向。

1）可行性。

①原理是否正确；
②操作是否安全、合规；
③现象是否明显；
④反应速率是否适中，可控；
⑤实验结果是否与实验目的一致。

2）是否符合绿色化学。

①原料是否易得、安全、无毒；
②原料是否充分利用，产物的产率是否最优；
③实验过程中是否造成环境污染。

例1：下列各组实验方案中，不能达到实验目的是（）
【答案】：B。

【解析】：A、在金属活动性顺序中，位于前面的金属能把排在它后面的金属从其盐溶液中置换出来，进行分析判断。

B、除杂质题至少要满足两个条件：①加入的试剂只能与杂质反应，不能与原物质反应；②反应后不能引入新的杂质。

C、硬水和软水的区别在于所含的钙镁离子的多少，进行分析判断。

D、除杂质题至少要满足两个条件：①加入的试剂只能与杂质反应，不能与原物质反应；②反应后不能引入新的杂质。

例2：利用下图所示实验装置（气密性良好），验证浓硫酸、浓盐酸的挥发性。

其中甲、乙、丙三个广口瓶中依次装有浓硫酸、浓氨水、浓盐酸。

已知：2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4；（NH4）2SO4为白色固体。

（1）丙中发生化合反应，生成大量白烟（NH4Cl）的化学方程式为。

（2）该实验能够得出的结论是。

（3）从微观角度解释甲中无白烟，而丙中出现白烟的原因是。

【答案】：（1）NH3+HCl=NH4Cl；
（2）浓硫酸没有挥发性，浓盐酸具有挥发性；
（3）氨分子运动到甲、丙液面上方，甲中硫酸分子没有运动到液面上方与氨分子接触，而丙中氯化氢分子运动到液面上方并与氨分子接触反应生成氯化铵，故甲中无白烟，丙中出现白烟。

【解析】：氨分子和氯化氢分子是不断运动的，当氯化氢分子和氨分子混合时，氯化氢和氨气反应生成氯化铵，能够观察到产生白烟。

二、化学定量实验的误差分析
1.托盘天平称量物质时引起的误差
（1）托盘天平未平衡引起的误差。

（2）物体和砝码错位引起的误差。

①物体和砝码放置正确：物体质量=砝码质量+游码质量；
②物体和砝码错位：物体质量=砝码质量游码质量。

2.量筒量取液体时引起的误差
（1）量筒的量程与量取的液体的体量不匹配。

（2）未正确读数引起的误差。

①俯视读数，读数＞实际值。

②仰视读数，读数＜实际值。

③平视读数，读数=实际值。

3.pH试纸测定溶液pH引起的误差
pH试纸在测溶液的pH时，用水润湿，则相当于稀释溶液。

若是酸性溶液，则pH偏大；若是碱性溶液，则pH偏小。

例1：某学生测定下列数据合理的是（）
A．用100 mL量筒量取7.5 mL
B．用温度计测得体温为37.52℃
C．用托盘天平称得某食盐样品的质量为15.6 g
D．用烧杯量取200.0 mL盐酸
【答案】：C。

【解析】：A、选取量筒时，尽量选用能一次量取的最小规格的量筒，据此进行分析判断．
B、普通温度计能准确到0.1℃．
C、托盘天平用于粗略称量药品的质量，能准确到0.1g．
D、量取一定量的液体应使用量筒．
例2：小科同学在实验室配制溶质质量分数为10%的氢氧化钠溶液，结果所得溶液中溶质氢氧化钠的质量分数为10.8%，请你帮助分析一下可能的原因是（填字母）
A．氢氧化钠固体保存不当，已潮解变质
B．用托盘天平称量氢氧化钠固体时，药品与砝码位置放反了
C．用托盘天平称量氢氧化钠时，没有放在玻璃皿中称量
D．用量筒量取水时，俯视水面刻度读数
【答案】：D。

【解析】：某同学在实验室配制溶质质量分数为10%的氢氧化钠溶液，结果所得溶液中溶质氢氧化钠的质量
分数为10.8%：说明溶质氢氧化钠的质量多了，溶剂水的质量少了．
A、氢氧化钠固体保存不当，已潮解变质：氢氧化钠的质量会减少；
B、用托盘天平称量氢氧化钠固体时，药品与砝码位置放反了：放反之后，测出的质量比实际质量偏大；
C、用托盘天平称量氢氧化钠时，没有放在玻璃皿中称量：这个不影响测量结果．放在玻璃皿中称量是为了保护天平；
D、用量筒量取水时，俯视水面刻度读数：量水时，俯视刻度，会造成水偏少．
三、科学探究
1.科学探究的过程
（1）提出问题。

（2）猜想与假设（猜想要科学合理，不能无科学依据）。

（3）设计实验方案（实验方案要紧扣假设，要实际可行，操作上尽量简便、安全）。

（4）进行实验收集证据。

（5）解释与结论（结论一定是对假设的判断）。

（6）反思与评价。

（7）表达与交流。

2.化学实验现象的观察要点
3.化学实验探究的特点
（1）关注物质的性质。

（2）关注物质的变化。

（3）关注物质变化的过程以及对结果的解释和讨论。

例1：某学习小组准备对秀洲区不同水域环境中的鱼类生存状况进行探究，他们预测“污染的水质会影响鱼卵的孵化率”，这属于科学探究基本过程中的（）
A．提出问题B．作出假设C．制订计划D．得出结论
【答案】：B。

【解析】：科学探究的过程：
某学习小组准备对秀洲区不同水域环境中的鱼类生存状况进行探究，他们预测“污染的水质会影响鱼卵的孵化率”，这属于科学探究基本过程中的作出假设。

例2：下表列举了法拉第《蜡烛的故事》中涉及的部分问题及对问题的回答，其中“对问题的回答”属于“设计实验方案”的是（）
【答案】：D。

【解析】：解：A、主要成分是烛油蒸气，属于解释与结论。

B、热气流上升，形成对流，属于解释与结论。

C、与火焰中的碳颗粒有关，碳颗粒会影啊火焰明亮程度，属于实验现象的分析。

D、用一根火柴梗在火焰中心一秒，观察火柴梗不同部位被烧情况，属于设计实验方案。

例3：为验证某无色气体是二氧化碳，兴趣小组的同学进行并记录了如下活动，但由于时间紧张，记录顺序前后颠倒、较乱，现编号如下：
（1）需解决的内容主要是：该无色气体是二氧化碳吗？
（2）将燃烧的木条插入该瓶气体中，观察木条熄灭；
（3）该气体是二氧化碳；
（4）将澄清的石灰水倒入瓶中振荡，观察澄清石灰水变浑浊；
（5）能使燃着的木条熄灭的气体不只二氧化碳，所以用燃着的木条不如澄清石灰水理由充分。

你认为以上探究活动环节中，属于提出问题的是（填效字序号，下同）；属于收集证据的是；属于获得结论的是；属于反思评价的是。

【答案】：（1）；（2）（4）；（3）；（5）。

【解析】：（1）需解决的内容主要有：该无色气体是二氧化碳吗？属于提出问题；
（2）将燃烧的木条插入该瓶气体中，观察木条熄灭、（4）将澄清的石灰水倒入瓶中振荡，观察澄清石灰水变浑浊；属于收集证据；
（3）该气体是二氧化碳；属于获得结论；
（5）能使燃着的木条熄灭的气体不只二氧化碳，所以用燃着的木条不如澄清石灰水理由充分。

属于反思评价。

例4：小华同学在准备“对蜡烛及其燃烧的探究活动”时，发现实验室有许多剩下的小蜡烛，他感觉太浪费，于是带领实验小组的同学以小蜡烛头为原料制造蜡烛，过程如图1：
（1）蜡烛能用小刀切割成型，说明蜡烛具有的性质是．
（2）小华将切下的蜡烛块放入水中，它能浮在水面上，说明．
（3）点燃蜡烛用一个干而冷的烧杯罩在蜡烛火焰的上方，如图2所示，看到的现象是烧杯内壁，片刻后取下烧杯，迅速向烧杯中倒入少量澄清石灰水，振荡后发现．
（4）结论：蜡烛燃烧的生成物是．
【答案】：（1）硬度小（或质地软）；
（2）蜡烛的密度小于水的密度；
（3）有水雾（小水滴）产生，澄清的石灰水变浑浊；
（4）水和二氧化碳。

【解析】：（1）根据实验了解石蜡的物理性质，蜡烛的质地比较软；
（2）通过实验现象可推断蜡烛的密度比水小；
（3）根据蜡烛燃烧生成二氧化碳和水判断实验现象；
（4）根据蜡烛燃烧的生成物是水和二氧化碳解答。

例5：下面是某兴趣学习小组未完成的“对人体吸入的空气和呼出的气体的探究”实验，请和他们一起探究。

【提出问题】人们吸入的空气和呼出的气体有什么不同？
【猜想】
①吸入的空气比呼出的气体中含氧气多
②吸入的空气比呼出的气体中含的二氧化碳多
③呼出的气体中含有较多的水蒸气
【查阅资料】
①二氧化碳可以使澄清石灰水变浑浊，浑浊越多，二氧化碳就越多；
②氧气可以使带火星的木条复燃，木条燃烧越旺，氧气越多；
③二氧化碳可以使燃着的木条熄灭．
【进行实验】
分别收集两瓶空气和两瓶呼出的气体作为样品进行实验，请补充完整以下实验报告：
【得出结论】人体呼出的气体比吸入的空气含多，而含少．
【反思】
①就人体呼吸而言，究竟发生的是什么变化？有的认为是物理变化，有的认为是化学变化，还有的认为既有物理变化又有化学变化．结合我们学过的知识分析，我的认识是：。

②空气中实际也含有水蒸气，请设计一个简单的实验证明空气中含有水蒸气：（必须写出操作方法和现象）．。

【答案】：
【进行实验】
（2）石灰水在空气样品中无明显变化，在呼出的气体样品中变浑浊；呼出气体中二氧化碳含量比空气中高；（3）取两玻璃片，对其中一片呼气，另一片放在空气中；
【得出结论】二氧化碳；氧气；
【反思】①既有物理变化又有化学变化；
②实验步骤：取表面皿于实验桌上，取适量无水硫酸铜粉末与表面皿中；
实验现象：无水硫酸铜粉末由白色变成蓝色；
实验结论：空气中含有水蒸气。

【解析】：
【进行实验】根据实验现象可以判断实验结论，根据实验结论可以判断实验现象；【进行实验】人体呼吸作用过程中，体内的有机物分解生成新物质；
【反思】白色粉末无水硫酸铜能和水负影视城蓝色晶体五水硫酸铜。

1科学探究基础
1．化学是一门自然科学，学习化学最重要的方法是（）
A．计算B．测量C．实验D．推理
2．科学探究活动中观察现象是指（）
A．随意观察
B．应从变化前、变化中、变化后三方面进行
C．观察变化后所存在的现象
D．观察变化过程中出现的现象
3．小明同学在化学课上提出，可用澄清石灰水来检验人呼出的气体是否是二氧化碳气体，就这一过程而言，属于科学探究环节中的（）
A．建立假设B．收集证据C．设计实验D．做出结论
4．下表列举了蜡烛燃烧涉及的部分问题及对问题的回答，其中“对问题的回答”属于“设计实验方案”的是（）
5．下列有关实验设计能达到实验目的的是（）
6．蜡烛及其燃烧的探究活动中，你体会到化学学习的主要特点（）
①关注物质的变化；②关注物质的变化过程及其现象；
③关注物质的性质；④对实验现象进行分析和比较，得出有价值的结论。

A．②④B．②③C．①②③④D．②③④
7．婷婷在探究蜡烛燃烧的过程中，发现罩在火焰上方的烧杯被熏黑，你认为她的以下做法不正确的是（）
A．反复实验，并观察是否有相同的现象
B．认为与本次实验无关，不予理睬
C．查找资料了解蜡烛的主要成分，探究生成的黑色固体是什么
D．询问老师或同学，讨论生成黑色物质的原因
8．下图所示的实验中，观察不到明显现象的是（）
A．B．C．D．
9．在通风不良的教室内上课，由于二氧化碳的含量略高，同学们常会感觉面红耳赤，昏昏欲睡。

怎样用最简单的方法收集一集气瓶教室内的空气，以便测定其中二氧化碳的含量？
10．为证明某空杯内充满空气，小红同学把杯口向下使杯子浸没在盛水的盆里，她将观察到的现象是__________________________________。

你还能用其他方法证明空杯内充满着空气吗？请简述操作方法和现象。

11．为了研究植物的呼吸作用，小刚设计了如图所示的装置。

请你和小刚一起探究下列问题：（1）实验时，集气瓶用不透光的黑纸包住，其目的是为了防止瓶内的植物进行
_______作用，对实验产生干扰。

（2）经过一段时间后，可以看到细玻璃管中的红墨水会__________（选填“左移”、
“右移”或“不动”）。

揭去集气瓶外的黑纸，观察到集气瓶中发生的现象是
______________，原因是_________________________________。

2对蜡烛及其燃烧的探究
12．下列有关蜡烛燃烧的叙述错误的是（）
A．蜡烛燃烧产生明亮的火焰，火焰分三层
B．蜡烛熔化产生“烛泪”
C．在蜡烛火焰上方罩一个干冷的烧杯，烧杯内壁有水雾生成
D．用燃着的火柴去点燃蜡烛刚熄灭时产生的白烟，蜡烛不能被点燃
13．“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”。

下列关于蜡烛燃烧的说法正确的是（）A．“泪”是指石蜡燃烧生成的水
B．“泪”说明蜡烛燃烧只发生物理变化
C．“泪”说明化学变化的同时伴随有物理变化
D．“泪”说明石蜡不能燃烧
14．把一根火柴平放在蜡烛的火焰中，约1秒后取出，可观察到火柴梗（）
A．均匀的被烧焦
B．放置在外焰部分被烧黑最重
C．放置在焰心部分被烧黑最重
D．放置在内焰部分被烧黑最重
15．对蜡烛及其燃烧的实验探究过程中，一定属于化学变化的是（）
A．把蜡烛切成小块
B．燃烧后的气体在干燥烧杯壁上冷凝成无色液滴
C．燃烧后的气体使澄清石灰水变浑浊
D．蜡烛熄灭后观察到有白烟
16．兴趣小组对蜡烛及其燃烧进行了探究，根据操作和现象，观察蜡烛燃烧过程中的变化，下列说法不正确的是（）
A．蜡烛燃烧的过程中，既有物理变化也有化学变化
B．蜡烛燃烧的过程中，既有物质变化也有能量变化
C．燃烧后的气体使澄清石灰水变浑浊，发生的是化学变化
D．燃烧后的气体在干燥烧杯壁上冷凝成液滴时，发生的是化学变化
17．蜡烛由石蜡和棉线芯组成。

某同学在做蜡烛燃烧的探究实验时，用火柴去点蜡
烛刚熄灭时产生的白烟（如图所示），他惊奇地发现蜡烛又能重新燃烧起来．由
此，他大胆地做了一个推测，此白烟是（）
A．氧气B．二氧化碳
C．一氧化碳D．石蜡的固体小颗粒
18．英国科学家法拉第曾为少年儿童做过“母子火焰”实验。

据此实验，下列有关分析说法错误的是（）A．导管的一端插入母火焰的中心部位是因为该处氧气很充足
B．子火焰中燃烧的物质是石蜡蒸气
C．这一现象说明蜡烛中的石蜡沸点较低，受热易成气态
D．要使实验成功，导管不宜过长
19．几位同学对蜡烛燃烧火焰的焰心进行了以下探究。

向焰心斜向插入一支细短玻璃管，发现玻璃管中无明显现象（如图）。

在玻璃管的上口点燃，
上口产生火焰。

【猜想和假设】导管导出的气体可能由二氧化碳、一氧化碳和石蜡蒸气中的一种或几
种组成。

【设计实验】
检验气体操作现象结论
在未点燃的短玻璃管上口罩一个涂有
二氧化碳
不含二氧化碳
澄清石灰水的玻璃片或烧杯
石蜡蒸气含有石蜡蒸气
一氧化碳含有一氧化碳3对人体吸入的空气和呼出的气体的探究
20．把一根燃着的木条，分别伸入装有呼出的气体和普通空气的集气瓶内，观察到木条在装有空气的集气瓶内能够正常燃烧。

由此说明（）
A．空气是由氮气和氧气组成
B．呼出气体中氧气的含量比空气中少
C．呼出过程中氧气被完全消耗
D．呼出的气体的主要成分是二氧化碳
21．下列事实不能证明空气中含水蒸气的是（）
A．干脆的饼干在空气中一段时间会变软
B．寒冷的冬天，家中窗户的玻璃会出现好看的冰花
C．夏天清晨，花园绿地中草上有很多露珠
D．对着一片干燥的玻璃吹气，玻璃片上出现一层水雾
22．通过探究“我们吸入的空气和呼出的气体有什么不同”实验，得出结论正确的是（）A．吸入的气体全部是氧气B．呼出的气体全部是二氧化碳
C．呼出的气体极易溶于水D．呼出的气体里含有较多水蒸气
23．小捷从冰箱中取出一个杯子，放在桌子上，过一会儿，发现杯子外壁有水珠，她奇怪了，怎么回事呢？你能帮她分析原因吗？
24．为什么冬天呼出的气体我们可以观察到白雾，而其他季节则观察不到呢？
25．人体通过肺与外界进行气体交换，吸入空气中的氧气，呼出二氧化碳和水蒸气，但人体排出的二氧化碳究竟是空气中原有的，还是人体代谢的最终产物？
为了证明这个问题。

某同学设计了如图的装置进行了实验。

（1）人吸入气体时，应打开活塞_____（填字母，下同），关闭活塞
______。

（2）人呼出气体时，应打开活塞_____，关闭活塞_____。

此时可以
观察到②瓶中的现象是____________。

（3）瓶①中所装试剂的作用是证明空气中的二氧化碳含量很少，不能使澄清的石灰水___________，瓶②中所装试剂的作用是证明_____________________________。

将上述操作反复进行，能证明人体呼出的气体中所含的二氧化碳不是来自空气，而是人体的代谢产物。

26．化学实验兴趣小组的同学设计出简单的实验方案来验证呼出的气体与吸入空气中主要成分的含量有什么不同，其主要操作步骤如图所示：
（1）先用_______________法收集两瓶呼出气体。

（2）仪器A的用途_____________________。

（3）请你将主要实验操作、现象和结论以文字的形式填入下列表格中的横线部分：
探究目的实验操作实验现象
实验结论（填“高”或
“低”）
比较吸入的空气与呼出气体中氧气含量的将两根①_____的小木条
分别插入空气样品和呼
空气样品中的小木条无明
显现象；呼出气体的样品
空气样品中氧气的含
量比呼出气体中的氧。