化學實驗考查的兩大主題

曹桂禎

實驗試題從考查內(nèi)容分不外乎兩類：一是制備分離提純類；二是探究檢驗檢測類。當然，高考實驗試題還可能是上述兩類試題的綜合，如以“制備-檢測”為主線時，則兩類題中所用的實驗方法都會涉及。表1為2014年各省市高考實驗題考查內(nèi)容。

江蘇從含碘廢液（除H2O外，含有CCl4、I2、I-等）中回收碘山東利用含硫廢水生產(chǎn)Na2S2O3·5H2O

全國大綱卷制備苯乙酸銅新課標Ⅰ卷制備乙酸異戊酯海南硫代硫酸鈉（Na2S2O3）的制備上海制備小蘇打，提純氯化銨

浙江制備葡萄糖酸鈣探究檢驗檢測

重慶葡萄酒中SO2含量的測定

北京鋼樣中碳元素、硫元素含量的測定

新課標Ⅱ卷通過氨的測定、氯的測定確定橙黃色晶體X的組成安徽探究弱酸性條件下鐵發(fā)生電化學腐蝕類型的影響因素廣東探究H2O2濃度對H2O2分解反應(yīng)速率的影響，H2O2分解的熱效應(yīng)制備探究綜合

天津制備Na2S2O3·5H2O，測定產(chǎn)品純度，Na2S2O3的應(yīng)用 福建焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）的制取、性質(zhì)、含量測定

四川制備硫代硫酸鈉晶體（Na2S2O3·5H2O），檢測所含雜質(zhì)一、制備分離提純類

物質(zhì)制備可考查物質(zhì)性質(zhì)和化學反應(yīng)原理，物質(zhì)純化過程可考查分離提純的方法，循環(huán)利用和環(huán)保則可考查綠色化學思想（如圖1）?；どa(chǎn)是將化學實驗室少量物質(zhì)的制備變成規(guī)模化生產(chǎn)，該過程與實驗室的物質(zhì)制備在原理上是相通的，因此以化工生產(chǎn)為背景的試題，本質(zhì)上也是物質(zhì)制備題。

圖1

在了解物質(zhì)制備類試題的結(jié)構(gòu)特點和考查內(nèi)容后，該如何應(yīng)對這類試題自然也就很清楚了。首先，要通過剖析典型制備實驗揭示物質(zhì)制備、分離提純的基本規(guī)律，例如通過剖析“乙酸乙酯的制備實驗”明確什么情況下要加碎瓷片？液體應(yīng)按什么順序混合？如何防止液體倒吸？如何除去乙酸乙酯中的雜質(zhì)？再如氧氣、二氧化碳、氨氣和氯氣的實驗室制法，要以“反應(yīng)原理-制氣裝置-除雜裝置-干燥裝置-收集裝置-驗滿方法-尾氣處理”為線索點點過關(guān)（如圖2）。其次，要建構(gòu)起分離提純方法與其適用條件之間的對應(yīng)關(guān)系（如圖3），對每一種方法的原理和操作細節(jié)能做到如數(shù)家珍，例如對“分液”要知道“適用于互不相溶液體之間的分離；分液時要先打開分液漏斗的上口玻璃塞，再轉(zhuǎn)動旋塞；下層液體下口流出，上層液體上口倒出”；對“蒸發(fā)”要知道一些特殊的方法“用酸抑制鹽的水解；通過加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶等操作得到結(jié)晶水合物”。只要對物質(zhì)制備過程的細節(jié)、物質(zhì)提純分離的實驗基本技能了然于胸，解題時就能根據(jù)實驗過程的需要迅速提取，應(yīng)答自如。

圖2

圖3

例1（天津高考節(jié)選）FeCl3在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。某化學研究性學習小組模擬工業(yè)流程制備無水FeCl3，再用副產(chǎn)品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。

Ⅰ.經(jīng)查閱資料得知：無水FeCl3在空氣中易潮解，加熱易升華。他們設(shè)計了制備無水FeCl3的實驗方案，圖4為裝置示意圖（加熱及夾持裝置略去），操作步驟如下：

圖4

①檢驗裝置的氣密性；

②通入干燥的Cl2，趕盡裝置中的空氣；

③用酒精燈在鐵屑下方加熱至反應(yīng)完成；

④……

⑤體系冷卻后，停止通入Cl2，并用干燥的H2趕盡Cl2，將收集器密封。

請回答下列問題：

（1）裝置A中反應(yīng)的化學方程式為 。

（2）第③步加熱后，生成的煙狀FeCl3大部分進入收集器，少量沉積在反應(yīng)管A右端，要使沉積的FeCl3進入收集器，第④步操作是 。

（3）操作步驟中，為防止FeCl3潮解所采取的措施有（填步驟序號） 。

（4）裝置B中冷水浴的作用為 ；裝置C的名稱為 ；裝置D中FeCl2全部反應(yīng)后，因失去吸收Cl2的作用而失效，寫出檢驗FeCl2是否失效的試劑 。

（5）在虛線框中畫出尾氣吸收裝置E并注明試劑。

Ⅱ.該組同學用裝置D中的副產(chǎn)品FeCl3溶液吸收H2S，得到單質(zhì)硫；過濾后，再以石墨為電極，在一定條件下電解濾液。

（6）FeCl3與H2S反應(yīng)的離子方程式為 。

（7）電解池中H+在陰極放電產(chǎn)生H2，陽極的電極反應(yīng)式為 。

（8）綜合分析實驗Ⅱ的兩個反應(yīng)，可知該實驗有兩個顯著優(yōu)點：

①H2S的原子利用率為100%；② 。

解析本題重點考查了物質(zhì)制備過程中的反應(yīng)原理，遇到特殊情況的處理方法（使沉積的FeCl3進入收集器），根據(jù)物質(zhì)的特殊性質(zhì)創(chuàng)設(shè)特殊環(huán)境（FeCl3易潮解應(yīng)避免其接觸到水）和采用特殊收集方法（FeCl3易升華應(yīng)冷凝后收集），有害氣體的處理方法（用堿溶液吸收氯氣）及綠色化學思想（實現(xiàn)FeCl3的循環(huán)利用）。試題的大部分問題都是平時練習中遇到過的，只要通過復(fù)習理解物質(zhì)制備的流程和方法，遷移變通即可解決。

二、探究檢驗檢測類

化學實驗包括定性檢驗和定量檢測，探究類實驗試題中的檢驗檢測，要么源自試題的直接要求，要么源自驗證探究猜想的需要。

歸根結(jié)底還是離不開物質(zhì)的檢驗或檢測。實驗的本質(zhì)是條件控制下的觀察，實驗條件的控制取決于實驗?zāi)康??！坝斜容^才有鑒別”，對比實驗是科學探究中最常用的實驗手段，對比實驗要求有效地進行實驗條件的控制。對比實驗中實驗方案、實驗?zāi)康暮蛯嶒灲Y(jié)論三者之間的關(guān)系（如圖5），重復(fù)實驗（平行實驗）、空白對照實驗的設(shè)計等也是探究類實驗試題考查的重要內(nèi)容。

圖5

當實驗的主題確定為探究時，試題中的主要問題必然圍繞如何準確檢驗檢測出有關(guān)物質(zhì)展開，這就要求熟練掌握常見氣體、離子、有機物的檢驗方法，熟悉定量檢測物質(zhì)的常用方法（如圖6）。復(fù)習時有兩點特別值得注意：一是物質(zhì)檢驗的考查方式正變得越來越靈活，例如在“設(shè)計實驗證明雙氧水有氧化性”時，若選擇了Na2SO3溶液作為還原劑，由于實驗中沒有明顯現(xiàn)象，還必須再選擇BaCl2溶液和鹽酸來進一步證明有SO2-4生成；再如檢驗?zāi)宠F的氧化物中鐵元素的化合價時，先要選擇非氧化性酸將其溶解，再選擇KSCN溶液、KMnO4酸性溶液分別檢驗Fe3+、Fe2+。二是定量檢測中要特別關(guān)注影響實驗結(jié)果準確性的細節(jié)，例如運用質(zhì)量法進行檢測時要有恒重思想，懂得怎樣判斷“生成的氣體是否已完全排出并被吸收，所得沉淀是否已完全干燥”；再如運用氣體體積法進行定量測定時，必須保證反應(yīng)前后氣體的溫度和壓強相同，必須通過恒壓分液漏斗或其他措施保證不會因液體加入到反應(yīng)容器中而多排出氣體造成誤差。

圖6

例2（2012年安徽高考節(jié)選）工業(yè)上從廢鉛蓄電池的鉛膏回收的過程中，可用碳酸鹽溶液與處理后的鉛膏（主要成分為PbSO4）發(fā)生反應(yīng)：PbSO4（s）+CO2-3（aq） PbCO3（s）+SO2-4（aq）。某課題組用PbSO4為原料模擬該過程，探究上述反應(yīng)的實驗條件及固體產(chǎn)物的成分。

（2）室溫時，向兩份相同的PbSO4樣品中分別加入同體積、同濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化，在 溶液中PbSO4轉(zhuǎn)化率較大，理由是 。

（3）查閱文獻：上述反應(yīng)還可能生成堿式碳酸鉛[2PbCO3·Pb（OH）2]，它和PbCO3受熱都易分解生成PbO。該課題組對固體產(chǎn)物（不考慮PbSO4）的成分提出如下假設(shè)，請你完成假設(shè)二和假設(shè)三。

假設(shè)一：全部為PbCO3；

假設(shè)二： ；

假設(shè)三： 。

（4）為驗證假設(shè)一是否成立，課題組進行如下研究。

①定性研究：請你完成下表中內(nèi)容。

實驗步驟（不要求寫出具體操作過程）預(yù)期的實驗現(xiàn)象和結(jié)論

取一定量樣品充分干燥，……

②定量研究：取26.7mg的干燥樣品，加熱，測得固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系如圖7。

圖7

某同學由圖中信息得出結(jié)論：假設(shè)一不成立。你是否同意該同學的結(jié)論，并簡述理由： 。

解析本題是一道探究類試題。根據(jù)題中的“查閱文獻”可知上述反應(yīng)所得固體產(chǎn)物的另外兩種可能分別是“全部為2PbCO3·Pb（OH）2”和“PbCO3和2PbCO3·Pb（OH）2的混合物”。為判斷假設(shè)一是否成立，題中首先采用了定性研究的方法，根據(jù)假設(shè)一與假設(shè)二、三的區(qū)別在于假設(shè)一的分解產(chǎn)物中沒有水，可通過無水硫酸銅檢驗分解產(chǎn)物中是否有水來判斷假設(shè)一是否成立；緊接著，試題中提出了定量研究的方法，采用的是熱重分析法，通過比較假設(shè)一的理論值與實際值是否吻合判斷該假設(shè)是否成立。題中所用的方法都是實驗中常用的方法，在實驗習題中也屢見不鮮，只要復(fù)習時培養(yǎng)學生識破新情境試題的“本來面目”，就不難作出正確解答。

通過以上對實驗試題兩大主題的分析，反觀我們的實驗復(fù)習，顯然在組織復(fù)習和選擇實驗題進行訓練時都應(yīng)當牢牢抓住“物質(zhì)制備——分離提純”和“科學探究——檢驗檢測”兩條主線展開，形成物質(zhì)制備提純和探究檢驗檢測的方法體系。與此同時，還必須跟蹤近年來兩條主線上的這些“點”在考查方式上有什么新變化。“實驗試題年年變，主題不變情境變”，只要在“大方向”的引領(lǐng)下做好“點”上的功課，考試時就能做到一切盡在掌控之中，從容地以不變應(yīng)萬變。

（收稿日期：2015-01-15）