基于一道高考實(shí)驗(yàn)題的拓展與研究

摘要:高考試題是命題專(zhuān)家智慧的結(jié)晶，對(duì)高考題的分析研究可以指導(dǎo)我們應(yīng)該注意哪些環(huán)節(jié)。本文以一道高考題為例，從方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)化及問(wèn)題的討論三方面對(duì)問(wèn)題展開(kāi)研究，并想借此“拋磚引玉”。

關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì);優(yōu)化;討論

文章編號(hào):1008-0546(2010)04-0067-02中圖分類(lèi)號(hào):G632.479文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

doi:10319/j.issn.1008-0546.2010.04.025

高考題是中學(xué)教師研究的熱點(diǎn)，但我們發(fā)現(xiàn)，很多教師對(duì)高考題的分析研究?jī)H限于題目考查的知識(shí)點(diǎn)、學(xué)生常見(jiàn)的錯(cuò)誤、題目的得分率等等，對(duì)問(wèn)題的背景及相關(guān)的知識(shí)卻很少涉及，我想這不是研究高考題科學(xué)方法，研究高考題不能僅限于研究題目本身，我們更應(yīng)該研究題目中深層次的東西。下面筆者以一道高考題為例，看看我們從中能得到哪些啟示?

【例】:(2005年浙江省高考理綜28題)已知某純堿試樣中含有NaCl雜質(zhì)，為測(cè)定試樣中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可用下圖中的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:

①按圖組裝儀器，并檢查裝置的氣密性;

②將a g試樣放入錐形瓶中，加適量蒸餾水溶解，得到試樣溶液

③稱(chēng)量盛有堿石灰的U型管的質(zhì)量，得到b g

④從分液漏斗滴入6 mol·L-1的硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體時(shí)為止;

⑤從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣;

⑥再次稱(chēng)量盛有堿石灰的U型管的質(zhì)量，得到c g。

⑦重復(fù)步驟⑤和⑥的操作，直到U型管的質(zhì)量基本不變，為d g。

請(qǐng)?zhí)羁蘸突卮饐?wèn)題:

(1)在用托盤(pán)天平稱(chēng)量樣品時(shí)，如果天平的指針向左偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明▲。

(2)裝置中干燥管B的作用是▲。

(3)如果將分液漏斗中的硫酸換成濃度相同的鹽酸，測(cè)試的結(jié)果▲(填偏高、偏低或不變)。

(4)步驟⑤的目的是▲。

(5)步驟⑦的目的是▲。

(6)該試樣中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算式為 ▲ 。

(7)還可以用其他實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定試樣中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。請(qǐng)簡(jiǎn)述一種不同的實(shí)驗(yàn)方法。

這是一道定量分析的問(wèn)題，在中學(xué)化學(xué)中常見(jiàn)的定量分析的方法有滴定分析法和重量分析法，滴定分析法有酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法;而重量分析法氣化法、沉淀法、提取法、電解法。根據(jù)題目的要求及如何簡(jiǎn)便操作，減少實(shí)驗(yàn)的誤差，我們可以進(jìn)行以下幾方面的研究:

一、測(cè)定方案的設(shè)計(jì)

1. 滴定分析法

酸堿滴定法:取一定量的樣品，用200 mL容量瓶將樣品配成200 mL溶液，取配制好的溶液25 mL于錐形瓶中，并在錐形瓶中滴入2滴甲基橙試液，用一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)鹽酸進(jìn)行滴定并準(zhǔn)確地判斷滴定終點(diǎn)。滴定2-3次，算出平均消耗鹽酸的體積，通過(guò)換算求出純堿的質(zhì)量，最后求出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2. 重量分析法

①氣化法:取一定量的樣品，在樣品加強(qiáng)酸，用堿性物質(zhì)吸收產(chǎn)生的CO2氣體，通過(guò)堿性物質(zhì)的質(zhì)量增加量求出CO2的質(zhì)量，從而求出純堿的質(zhì)量，最后再求出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?；蛘哂昧繗庋b置測(cè)出CO2氣體的體積，通過(guò)換算求出CO2的質(zhì)量，接著求出純堿的質(zhì)量，最終求出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

②沉淀法:取一定量的樣品，在樣品中加入一定的水，使樣品完全溶解，然后在溶液中加入過(guò)量的BaCl2溶液，使溶液中的CO32-沉淀完全，將反應(yīng)后的懸濁液過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)重，然后將碳酸鋇的質(zhì)量換算成純堿的質(zhì)量，從而求出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

二、實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)化

定量分析中優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置的目的主要有是減小實(shí)驗(yàn)誤差和操作簡(jiǎn)便，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中誤差的來(lái)源主要包含三方面，一是方法誤差，二是儀器和試劑誤差，三是操作誤差。

1. 滴定分析法

酸堿滴定法傳統(tǒng)的裝置如圖1，但隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，特別是傳感技術(shù)的發(fā)展，傳感技術(shù)是當(dāng)今世界一項(xiàng)令人矚目的迅猛發(fā)展的高新技術(shù)，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。將先進(jìn)的傳感技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以快捷、方便地為學(xué)生提供較為精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理的能力，可以幫助學(xué)生加深對(duì)核心化學(xué)概念和原理的認(rèn)識(shí)和理解。更為重要的是，學(xué)生在使用先進(jìn)技術(shù)的過(guò)程中，可以體會(huì)技術(shù)在科學(xué)研究及社會(huì)生活與生產(chǎn)中的重要意義，增強(qiáng)他們的科技創(chuàng)新意識(shí)。用傳感技術(shù)進(jìn)行酸堿中和滴定就是一例，其裝置如圖2，其儀器有:燒杯(100 mL，500 mL若干)、吸水紙若干、TriETS滴定計(jì)數(shù)器及相關(guān)數(shù)據(jù)線、TriESmart數(shù)據(jù)采集器、磁力攪拌器、pH傳感器等。

利用傳感技術(shù)進(jìn)行酸堿中和滴定它能使實(shí)驗(yàn)化難為易，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)情景，它能使化學(xué)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)突破學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間的限制，并以數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式向師生展示實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，是定量研究的重要工具。

2. 重量分析法

氣化法中如果采用測(cè)量氣體的體積的方法，那么量氣裝置的選擇就至關(guān)重要，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室常用圖3裝置來(lái)測(cè)量氣體的體積，但CO2氣體能溶于水，在通常情況下，一體積水中能溶CO2氣體一體積，另外讀數(shù)時(shí)，為保持洗氣瓶中的液面和量筒中的液面相平，操作比較困難且極易產(chǎn)生誤差。如果采用圖4的裝置，就可以克服上述的缺點(diǎn)，飽和CO2溶液可以減少CO2的溶解度，反應(yīng)管還可以除去CO2氣體中的雜質(zhì)，右端量氣管中間用軟管相連，便于調(diào)節(jié)兩邊液面的高度，減少實(shí)驗(yàn)誤差。

三、幾個(gè)問(wèn)題的討論

1. 滴定分析法

問(wèn)題討論1:在滴定過(guò)程中指示劑選用甲基橙或酚酞時(shí)應(yīng)注意什么?

分析:在滴定過(guò)程中指示劑選用甲基橙或酚酞時(shí)主要有兩點(diǎn)值得注意，一是溶液顏色的變化，一是反應(yīng)物之間量的關(guān)系。

當(dāng)用鹽酸滴定碳酸鈉時(shí)，選用甲基橙或酚酞時(shí)溶液顏色的變化

用鹽酸滴定碳酸鈉時(shí)，滴定時(shí)發(fā)生的反應(yīng):

用甲基橙做指示劑:

Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl

NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O

用酚酞做指示劑:Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl

因此在使用甲基橙做指示劑時(shí)，碳酸鈉與鹽酸的物質(zhì)的量之比為1∶2，在使用酚酞做指示劑時(shí)，碳酸鈉與鹽酸的物質(zhì)的量之比為1∶1。

2. 重量分析法

①氣化法:

問(wèn)題討論2:采用測(cè)量氣體的體積的方法時(shí)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程一般要記錄哪些數(shù)據(jù)?

分析:量氣法測(cè)量的是氣體的體積，而影響氣體體積的因素有溫度和壓強(qiáng)，因此，在使用氣化法測(cè)定純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)需要記錄的數(shù)據(jù)有溫度、大氣壓，如果采用圖3裝置，則要記錄水進(jìn)入量筒的體積，如果采用圖4裝置，則要記錄液面在量氣管中初始刻度和最終刻度。

問(wèn)題討論3:在采用量氣管測(cè)量氣體體積時(shí)應(yīng)注意哪些細(xì)節(jié)問(wèn)題?

分析:為了減少誤差，一要使試管和量筒內(nèi)的氣體都冷卻至室溫，二要使量氣管兩邊的液面保持相平，三要使視線與液面的凹液面平齊。

問(wèn)題討論4:用如圖5的簡(jiǎn)易的量氣裝置來(lái)測(cè)CO2的體積，有什么不妥?

分析:圖5是用排液體法收集CO2氣體，通過(guò)讀取量筒上的刻度來(lái)測(cè)量氣體的體積的一種簡(jiǎn)易方法，但導(dǎo)氣管深入量筒內(nèi)太短，這樣導(dǎo)致的結(jié)果是產(chǎn)生的氣體容易外逸，造成測(cè)量誤差，正確的裝置應(yīng)該如圖6，導(dǎo)氣管深入量筒內(nèi)長(zhǎng)些，防止氣體外逸。

②沉淀法:

問(wèn)題討論5:使CO32-轉(zhuǎn)化為沉淀使用CaCl2溶液好還是用BaCl2溶液好?

分析:CaCl2溶液和BaCl2溶液都能使CO32-轉(zhuǎn)化為沉淀，問(wèn)題的關(guān)鍵在于當(dāng)CO32-離子的物質(zhì)的量一定時(shí)，生成沉淀的質(zhì)量不同，在重量分析法中，當(dāng)生成的沉淀的質(zhì)量越大時(shí)產(chǎn)生的誤差越小。因此使用BaCl2溶液要比使用CaCl2溶液效果好。

因此，我們教師對(duì)試題的研究不能僅浮于問(wèn)題的表面，要善于總結(jié)，善于反思，古語(yǔ)說(shuō)得好“業(yè)精于勤，荒于嬉;行成于思，毀于隨。”對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，一方面有利于我們?cè)诮虒W(xué)中熟練地運(yùn)用相關(guān)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，另一方面也可以給學(xué)生提供更廣闊的視野與空間，這是課改的要求，也是時(shí)代的要求。