“真題”放送 “贏在”總結(jié)
——以“物質(zhì)制備”為背景的實驗題考查方式例談

河北 顏建河

“真題”放送 “贏在”總結(jié)
——以“物質(zhì)制備”為背景的實驗題考查方式例談

河北 顏建河

2016年高考已經(jīng)結(jié)束，認真分析今年各地高考試題，從中不難發(fā)現(xiàn)，化學實驗是高考命題的重點，特別是以“物質(zhì)制備”為背景，以非選擇題型來考查化學實驗知識的綜合應用能力和設計、評價實驗方案的探究能力，成為高考化學學科的主打題目。其題型特點：（1）結(jié)合元素及其化合物知識，根據(jù)實驗流程分析儀器、藥品的作用以及污染物的處理方法；（2）根據(jù)實驗目的和所給藥品、儀器，設計、評價實驗方案，考查學生分析問題、解決問題的能力。立足基礎，掌握核心（主干）知識，學會總結(jié)反思，學會遷移運用，才能做到不變應萬變，戰(zhàn)無不勝。

考查方式之一——以“物質(zhì)制備”為背景命題，考查學生物質(zhì)分離提純?yōu)楹诵牡膶嶒灳C合能力

考題以“物質(zhì)制備”為背景命題，題干主要以化學工藝流程和熟知反應、實驗方法等作為題目材料予以呈現(xiàn)。著力考查學生運用化學原理（化學反應、溶解度、化學平衡）及相關(guān)實驗知識等來解決工業(yè)生產(chǎn)中實際問題的能力。

例1 （2016全國Ⅲ）以硅藻土為載體的五氧化二釩（V2O5）是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為：

物質(zhì) V2O5 V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3質(zhì)量分數(shù)/% 2．2～2．9 2．8～3．1 22～28 60～65 1～2 ＜1

以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：

回答下列問題：

（1）“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為，反應的離子方程式為_________________，同時V2O4轉(zhuǎn)化成VO2＋?！皬U渣1”的主要成分是________。

（2）“氧化”中欲使3mol的VO2＋變?yōu)?，則需要氧化劑KClO3至少為________mol。

（5）“流出液”中陽離子最多的是________。

（6）“沉釩”得到偏釩酸銨（NH4VO3）沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應的化學方程式：_____________________________。

分析與解答：本題是一道“從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用”的“物質(zhì)制備”化學工藝流程題實驗題。試題設問立足于教材，而高于教材，著力考查學生運用化學原理、化學反應、化學平衡等相關(guān)知識，綜合性較強，有一定難度。為此，解答這類問題的關(guān)鍵，就是從制備框圖和問題出發(fā)，充分利用好題目給予的信息（或知識），并結(jié)合所學核心知識（如溶解度、物質(zhì)的分離、化學平衡原理等）來解決題目中的各個問題。

（1）“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為VO＋2，V元素化合價不變，說明不是氧化還原反應，根據(jù)原子守恒配平即可；從題目所給數(shù)據(jù)分析，二氧化硅與酸不反應，則“廢渣1”的主要成分是二氧化硅。（2）“氧化”中欲使3mol的VO2＋變?yōu)閂O＋2，V元素的化合價從＋4價升高到＋5價，而氧化劑KClO3中氯元素化合價從＋5價降低到－1價，則根據(jù)電子得失相等可知，所需要氯酸鉀的物質(zhì)的量為3mol/6＝0．5mol。（3）“中和”作用之一是使釩以V4O4－12形式存在于溶液中，同時生成氫氧化鐵、氫氧化鋁，則“廢渣2”中含有Fe（OH）3、Al（OH）3。（4）根據(jù)題給反應方程式可知，為了提高洗脫效率，反應應該向逆反應方向進行，則淋洗液應該呈堿性。（5）由于前面（流程中）加入了氯酸鉀和氫氧化鉀，則“流出液”中最多的陽離子是鉀離子。（6）根據(jù)原子守恒可知，偏釩酸銨（NH4VO3）“煅燒”生成七氧化二釩、氨氣和水。

考查方式之二——以“物質(zhì)制備”為背景命題，考查學生實驗設計、實驗探究和實驗操作能力

考題以“物質(zhì)制備”為背景命題，題干主要以化學工藝流程和探究物質(zhì)性質(zhì)為核心等作為題目材料予以呈現(xiàn)。著力考查學生物質(zhì)制備（實驗目的、原理、方法等）的實驗設計、實驗探究和實驗操作的綜合能力。

例2 （2016北京）以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4為原料，制備高純PbO，實現(xiàn)鉛的再生利用。其工作流程如下：

（1）過程Ⅰ中，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2反應生成PbSO4的化學方程式是________________________________。

（2）過程Ⅰ中，F(xiàn)e2＋催化過程可表示為：

①寫出ii的離子方程式：__________________________。

②下列實驗方案可證實上述催化過程。將實驗方案補充完整。

a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無色，再加入少量PbO2，溶液變紅。

b．______________________________________________。

（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO（s）＋NaOH（aqNaHPbO2（aq），其溶解度曲線如圖所示。

①過程Ⅱ的目的是脫硫。濾液1經(jīng)處理后可在過程Ⅱ中重復使用，其目的是________（填序號）。

A．減少PbO的損失，提高產(chǎn)品的產(chǎn)率

B．重復利用NaOH，提高原料的利用率

C．增加Na2SO4濃度，提高脫硫效率

②過程Ⅲ的目的是提純。結(jié)合上述溶解度曲線，簡述過程Ⅲ的操作：________________________________________。

分析與解答：本題是一道“以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4為原料，制備高純PbO，實現(xiàn)鉛的再生利用”的“物質(zhì)制備”化學工藝流程題，看似復雜，實際上考查的都是學生熟知的基礎知識及運用（催化劑，離子方程式書寫，化學實驗方案的設計，物質(zhì)的分離、提純，平衡移動原理的應用），有一定難度。為此，解答這類問題的關(guān)鍵，就是從制備框圖和問題出發(fā)，抓住核心反應和利用好題中的各種條件來解決題目中的各個問題。

（1）根據(jù)題給化學工藝流程知，過程Ⅰ中，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2反應生成PbSO4和水。（2）①催化劑的作用是通過參加反應，改變反應歷程，降低反應的活化能，加快化學反應速率，而本身的質(zhì)量和化學性質(zhì)反應前后都不變。根據(jù)題給信息知，反應i中Fe2＋被PbO2氧化為Fe3＋，則ii中Fe3＋被Pb還原為Fe2＋；②a實驗證明發(fā)生反應i，則b實驗證明發(fā)生反應ii，實驗方案為：取a中紅色溶液少量，向其中加入過量鉛粉后，充分反應，紅色褪去。（3）①過程Ⅱ的目的是脫硫，其脫硫過程發(fā)生的反應為 PbSO4＋ 2NaOHPbO＋Na2SO4＋H2O，而濾液Ⅰ中含有硫酸，可降低溶液的pH，使平衡：PbO（s）＋NaOH（aq）NaHPbO2（aq）逆向移動，減少PbO的損失，提高產(chǎn)品的產(chǎn)率，重復利用NaOH，提高原料的利用率，正確選項為AB；②根據(jù)PbO的溶解度曲線判斷，提純粗Pb應用趁熱過濾，冷卻結(jié)晶的方法。

考查方式之三——以“物質(zhì)制備”為背景命題，考查實驗原理、試劑與儀器的選擇和計算的能力

考題以“實驗操作”為背景命題，題干以學生所熟知的實驗基礎知識、基本操作為主要目標作為題目材料予以呈現(xiàn)。著力考查學生的基本實驗操作技能、技巧（實驗儀器選擇、組裝和使用方法）和計算能力。

例3 （2016浙江）無水MgBr2可用作催化劑。實驗室采用鎂屑與液溴為原料制備無水MgBr2，裝置如圖1，主要步驟如下：

圖1

步驟1 三頸瓶中裝入10g鎂屑和150mL無水乙醚；裝置B中加入15mL液溴。

步驟2 緩慢通入干燥的氮氣，直至溴完全導入三頸瓶中。

步驟3 反應完畢后恢復至常溫，過濾，濾液轉(zhuǎn)移至另一干燥的燒瓶中，冷卻至0℃，析出晶體，再過濾得三乙醚合溴化鎂粗品。

步驟4 室溫下用苯溶解粗品，冷卻至0℃，析出晶體，過濾，洗滌得三乙醚合溴化鎂，加熱至160℃分解得無水MgBr2產(chǎn)品。

已知：①Mg與Br2反應劇烈放熱；MgBr2具有強吸水性。

②MgBr2＋3C2H5OC2H5MgBr2·3C2H5OC2H5

請回答：

（1）儀器A的名稱是____________。實驗中不能用干燥空氣代替干燥N2，原因是____________________________。

（2）如將裝置B改為裝置C（圖2），可能會導致的后果是____________________________________________________。

（3）步驟3中，第一次過濾除去的物質(zhì)是____________。

（4）有關(guān)步驟4的說法，正確的是________。

A．可用95%的乙醇代替苯溶解粗品

B．洗滌晶體可選用0℃的苯

C．加熱至160℃的主要目的是除去苯

D．該步驟的目的是除去乙醚和可能殘留的溴

（5）為測定產(chǎn)品的純度，可用EDTA（簡寫為Y4－）標準溶液滴定，反應的離子方程式：

①滴定前潤洗滴定管的操作方法是________________。

②測定時，先稱取0．250 0g無水MgBr2產(chǎn)品，溶解后，用0．050 0mol·L－1的EDTA標準溶液滴定至終點，消耗EDTA標準溶液26．50mL，則測得無水MgBr2產(chǎn)品的純度是____________（以質(zhì)量分數(shù)表示）。

分析與解答：本題是一道“實驗室采用鎂屑與液溴為原料制備無水MgBr2”的“物質(zhì)制備”實驗操作類的化學實驗綜合題，著力考查學生化學基礎知識和基本實驗技能，涉及較多的化學知識，且綜合性強，有一定難度。為此，解答這類問題的關(guān)鍵，就是從實驗裝置和問題出發(fā)，明確實驗的目標，再結(jié)合題目設問及實驗裝置圖，利用好鹵素、氧化還原反應和滴定計算等相關(guān)知識來解決題目中的各個問題。

（1）本實驗要用鎂屑和液溴反應生成無水溴化鎂，所以裝置中不能有能與鎂反應的氣體，如氧氣能與Mg反應生成的MgO阻礙Mg和Br2的反應，故不能用干燥的空氣代替干燥的氮氣。（2）將裝置B改為裝置C，當干燥的氮氣通入，會使氣壓變大，將液溴快速壓入三頸瓶，使反應過快并大量放熱導致產(chǎn)生安全隱患。而裝置B是利用干燥的氮氣將溴蒸氣帶入三頸燒瓶中，使反應速率可以控制。（4）選項A，95%的乙醇中含有水，溴化鎂有強烈的吸水性，錯誤；選項B，加入苯的目的是除去乙醚和溴，洗滌晶體用0℃的苯，可以減少產(chǎn)品的溶解，正確；選項C，加熱至160℃的主要目的是分解三乙醚合溴化鎂得到溴化鎂，不是為了除去苯，錯誤；選項D，該步驟是為了除去乙醚和溴，故正確。（5）①滴定前潤洗滴定管2～3次。②根據(jù)反應方程式分析知，n（MgBr2）＝0．050 0mol·L－1×0．026 50L＝0．001 325mol，則m（MgBr2）＝0．001 325mol×184g·mol－1＝0．243 8g，所以溴化鎂的產(chǎn)品的純度為0．243 8g/0．250 0g＝97．5%。

【答案】（1）干燥管 防止鎂屑與氧氣反應，生成的MgO阻礙Mg和Br2的反應 （2）會將液溴快速壓入三頸瓶，反應過快大量放熱而存在安全隱患 （3）鎂屑 （4）BD（5）①從滴定管上口加入少量待測液，傾斜著轉(zhuǎn)動滴定管，使液體潤濕內(nèi)壁，然后從下部放出，重復2～3次②97．5%

啟示：以“物質(zhì)制備”為背景的實驗題考查方式，其命題核心就是通過化學工藝流程和實驗裝置作為“物質(zhì)制備”的載體，并以此來設計問題，著力考查學生掌握化學主干知識和化學實驗的基本操作的綜合運用的能力。

1．熟悉物質(zhì)的制備流程考查要點（主線主產(chǎn)品、分支副產(chǎn)品、彎箭頭為循環(huán)）。

2．掌握物質(zhì)制備常涉及的化學原理。（1）氧化還原反應的具體應用：強弱規(guī)律、守恒規(guī)律、選擇規(guī)律。（2）反應速率及化學平衡理論在實際生產(chǎn)中的應用、反應速率控制、化學平衡移動、化學平衡常數(shù)的應用、反應條件的控制。（3）鹽類水解的具體應用：水解規(guī)律、水解反應的控制（抑制或促進）。（4）沉淀溶解平衡的相關(guān)應用、沉淀的最小濃度控制、沉淀轉(zhuǎn)化的條件。

3．明確物質(zhì)制備的實驗技術(shù)。結(jié)合化學工藝流程考查化學實驗比單純考查實驗難度又上升一個檔次，但“萬變不離其宗”，考查的實驗知識仍是最基本的，如基本儀器使用、基本實驗操作等，而基本實驗操作中最常見的考點是物質(zhì)的分離的提純，加入某種試劑除雜、調(diào)節(jié)pH除雜、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶（如除去KNO3中少量NaCl）、蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾（如除去NaCl中的少量KNO3）。

（作者單位：河北省衡水市故城縣教育局教研室）