淺議高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾榈内厔?/h1>
2018-02-28 21:31:27張金水
化學(xué)教學(xué) 2018年1期
張金水
摘要：研究2017年全國各地高考化學(xué)試題內(nèi)容，以蒸餾實(shí)驗(yàn)操作為例，分析高考實(shí)驗(yàn)試題化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾榈内厔菔且愿咝；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)、教科研成果等真實(shí)情境為背景，對其實(shí)驗(yàn)原理、裝置、操作等知識和方法的認(rèn)知理解、重構(gòu)和再運(yùn)用?；谥袑W(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與大學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步對接且聯(lián)系更緊密，建議中學(xué)教師及時(shí)更新專業(yè)知識，提升專業(yè)素養(yǎng)，指導(dǎo)和幫助學(xué)生形成和發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；高考研究；蒸餾
文章編號：1005-6629（2018）1-0082-06 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
最近有幸參加了浙江師范大學(xué)組織的高中化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)專業(yè)化培訓(xùn)，其中有位大學(xué)教授提及發(fā)現(xiàn)一些本科生進(jìn)校后，存在知識固化、不懂變通，缺乏創(chuàng)造性思維，死板，不會具體情況作具體分析。舉一實(shí)驗(yàn)配制500mL2mol·L-1NaOH溶液為例，氫氧化鈉易吸水、易與二氧化碳反應(yīng)，溶液無法做到精確配制，因而選擇使用燒杯、玻璃棒、量筒、滴管先粗配再標(biāo)定即可，簡單可行且易于操作。此時(shí)高中生卻普遍會選擇電子天平、500mL容量瓶等儀器，生搬硬套中學(xué)教材中溶液配制的模板，使簡單問題復(fù)雜化。
2017年高考理綜全國卷Ⅱ第28題（3）正巧考查了相關(guān)內(nèi)容：“Na2S2O3溶液不穩(wěn)定，使用前需標(biāo)定。配制該溶液時(shí)需要的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、試劑瓶和____”……
解析：Na2S2O3溶液不穩(wěn)定，使用前需標(biāo)定，因此該溶液不需要精確配制，粗配時(shí)選擇量筒取水即可，不需要使用容量瓶。
答案：量筒。
評價(jià)：不少中學(xué)教師認(rèn)為，該考題設(shè)問毫無意義，出發(fā)點(diǎn)匪夷所思，學(xué)生無法準(zhǔn)確作答，該高考題答案值得商榷。這是由于部分中學(xué)教師習(xí)慣了生搬教材套路和硬套答題模板，忽略了對真實(shí)情境的思考，才認(rèn)為配制溶液時(shí)選擇一定容積的容量瓶作為量器是通用和理所當(dāng)然的。甚至認(rèn)為該題容量瓶就應(yīng)該作為答案首選，對高考評卷答案提出質(zhì)疑。
教授的舉例以及中肯的講評，深深地觸動(dòng)了作為中學(xué)化學(xué)教師一員的筆者。正因?yàn)槿杂胁辉谏贁?shù)的一線化學(xué)教師以一套中學(xué)教材、一套教學(xué)設(shè)計(jì)通吃的心理，以陳舊的化學(xué)專業(yè)知識和落后的教學(xué)觀念為指導(dǎo)教授學(xué)生，不注重專業(yè)和格局視野的提升，漸漸固步自封，無意之中也在僵化學(xué)生的思想，潛移默化之間禁錮了他們的創(chuàng)造思維。中學(xué)教師隨著教齡的增長，雖然教學(xué)經(jīng)驗(yàn)越來越豐富，但是專業(yè)知識的更新卻越來越慢，視野越來越窄。一線中學(xué)教師承擔(dān)著指導(dǎo)中學(xué)生高考應(yīng)試責(zé)任的同時(shí)，也應(yīng)該有意識地去及時(shí)更新自己、與時(shí)俱進(jìn)，探索和研究如何打破自身局限性以及應(yīng)對應(yīng)試教育心理，從而引導(dǎo)和幫助學(xué)生形成和發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)。
近年來，高考化學(xué)命題趨勢更加注重將大學(xué)、科研、實(shí)際生產(chǎn)知識能力重心下移至中學(xué)，引導(dǎo)中學(xué)教學(xué)與之緊密相連，如常用儀器和實(shí)驗(yàn)操作上與中學(xué)對接又更重實(shí)際，涉及玻璃儀器如三頸燒瓶、滴液漏斗、分水器等，實(shí)驗(yàn)操作如冷卻結(jié)晶、重結(jié)晶、熱過濾、減壓過濾、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾等頻繁出現(xiàn)，用于考查中學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰φ莆涨闆r。本文以蒸餾實(shí)驗(yàn)操作為例，淺議高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾榈内厔?，為廣大中學(xué)教師提供參考。
1蒸餾原理
當(dāng)液態(tài)物質(zhì)受熱時(shí)，由于分子運(yùn)動(dòng)使其從液體表面逃逸出來，形成蒸氣壓，隨著溫度的升高，蒸氣壓增大，待蒸氣壓和大氣壓或所給壓力相等時(shí)，液體沸騰。蒸餾就是將液態(tài)物質(zhì)加熱到沸騰變?yōu)檎魵猓謱⒄魵饫淠秊橐后w這兩個(gè)過程的聯(lián)合操作。蒸餾的儀器裝置主要包括熱源、蒸餾器、冷凝管、接收器等。
對比高校教材和中學(xué)教材的蒸餾內(nèi)容，在原理、儀器裝置及操作方法上相通，高校教材在細(xì)節(jié)上又有較多展開和補(bǔ)充。
1.1中學(xué)教材中的蒸餾內(nèi)容
現(xiàn)行人教版、魯科版、蘇教版中學(xué)化學(xué)教材內(nèi)容編排基本相似。以蘇教版中學(xué)教材為例，包含了常壓蒸餾的原理、儀器裝置，常壓分餾和減壓分餾的原理。
《化學(xué)2》中通過實(shí)驗(yàn)室蒸餾石油的方法模擬石油煉制，并提供了蒸餾裝置圖（圖1）。玻璃儀器包含熱源酒精燈、蒸餾燒瓶、溫度計(jì)、直形冷凝管、接引管、錐形瓶。
《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》中“石油化學(xué)工業(yè)”一節(jié)介紹石油常壓分餾可得到石油氣、汽油、煤油、輕柴油等餾分，常壓分餾中未被蒸發(fā)的剩余物叫重油，這部分烴的分離采用減壓分餾的方法，即在壓強(qiáng)較低時(shí)重油中的烴會在較低溫度下氣化，這就避免了升高溫度帶來使烴分解和損害設(shè)備等情況的發(fā)生。
1.2高校教材中的蒸餾內(nèi)容
高校教材《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》版本較多，蒸餾內(nèi)容各有側(cè)重但編排基本相似。主要包含蒸餾和分餾、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾，下又細(xì)分為基本原理、儀器裝置、操作三部分。
以清華大學(xué)出版社2001年出版的《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》為例，包含了理想溶液的蒸餾原理、簡單蒸餾、簡單分餾、減壓蒸餾、非理想溶液的蒸餾原理、共沸蒸餾、水蒸氣蒸餾等內(nèi)容，原理解析透徹、編排全面詳細(xì)。
1.3高校教材對中學(xué)教材蒸餾內(nèi)容的展開和補(bǔ)充
1.3.1熱源
為了保證蒸餾器受熱均勻，一般使用熱浴間接加熱，傳熱介質(zhì)可以是空氣、水、有機(jī)液體、熔鹽和金屬等。加熱方法一般有：空氣?。ㄊ蘧W(wǎng)或電熱套）、水浴、油浴、砂浴。
某些在常壓下沸點(diǎn)較高及常壓蒸餾時(shí)易發(fā)生分解、氧化、聚合、變質(zhì)等反應(yīng)的熱敏感化合物，不能用常壓蒸餾，可通過減壓蒸餾。如圖2，即增加減壓裝置降低其沸點(diǎn)低溫蒸出，從而達(dá)到分離的目的。一般當(dāng)壓力降低到1.3～2.0kPa時(shí)，可以比常壓下的沸點(diǎn)至少降低80～100%。
若某些高沸點(diǎn)有機(jī)化合物難溶于水、與水難反應(yīng)且具有一定揮發(fā)性等性質(zhì)，用常壓蒸餾雖可與副產(chǎn)物分離，但其本身也將遭受破壞，則可采用水蒸氣蒸餾。如圖3，即增加水蒸氣發(fā)生器使有機(jī)物隨同水蒸氣一同蒸出，從而達(dá)到其在常溫或低于100℃下純化的目的。endprint
1.3.2蒸餾器
蒸餾器一般使用蒸餾燒瓶，或是圓底燒瓶搭配蒸餾頭（如圖4）。為了消除蒸餾過程中過熱現(xiàn)象和保證沸騰的平穩(wěn)狀態(tài)，常加人沸石或一端封口的毛細(xì)管作止爆劑。
利用蒸餾可將沸點(diǎn)相差較大（如相差30%）的液態(tài)混合物粗略地分開（若要完全分開，沸點(diǎn)差至少在110℃）。對于分離沸點(diǎn)比較接近（如相差1～2℃）的液態(tài)混合物只好借助于分餾。如圖5，通過在圓底燒瓶和分餾頭之間增加分餾柱，高沸點(diǎn)組分和低沸點(diǎn)組分由于柱外空氣的冷卻進(jìn)行一系列的熱交換，重復(fù)汽化9凝一回流等程序，最終將沸點(diǎn)不同的物質(zhì)分離。
當(dāng)某些兩種或三種液體以一定比例混合后會形成具有固定沸點(diǎn)的共沸物，使組分問的相對揮發(fā)度增大，從而蒸餾分離，稱為共沸蒸餾。如圖6，共沸蒸餾裝置通常是在蒸餾瓶與回流冷凝管之間增加一個(gè)分水器。
1.3.3冷凝管
蒸餾操作中，液體的沸點(diǎn)高于130%的用空氣冷凝管，低于130%的用直形冷凝管，沸點(diǎn)很低時(shí)，可用蛇形冷凝管。
1.3.4接受器
冷凝之后，液體通過接引管流入三角燒瓶（錐形瓶）或圓底燒瓶，并應(yīng)與大氣相通。
2蒸餾操作在高考題中的能力考查和中學(xué)教材的疑難分析
按照《2017年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱》要求，化學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究的能力包含掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能，并初步實(shí)踐化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般過程。具體要求：（1）了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究過程中的一種重要方法。（2）了解實(shí)驗(yàn)室常用儀器的主要用途和使用方法。（3）掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作，能識別化學(xué)品標(biāo)志，了解實(shí)驗(yàn)室一般事故的預(yù)防和處理。（4）掌握常見氣體的實(shí)驗(yàn)室制法（包括所用試劑、反應(yīng)原理、儀器和收集方法）。（5）掌握常用物質(zhì)檢驗(yàn)、分離和提純的方法，掌握溶液的配制方法。
結(jié)合考綱對實(shí)驗(yàn)的要求和上述蒸餾操作的內(nèi)容，分析高考能力的考查和某些中學(xué)化學(xué)疑難問題。
2.1蒸餾操作在高考題中的能力考查
例1（2017年4月浙江省普通高校招生選考科目考試化學(xué)試題31題）ClO2是一種優(yōu)良的消毒劑……；H2O2沸點(diǎn)150%。
請回答：
（4）H2O2濃度對反應(yīng)速率有影響。通過圖9所示裝置將少量30%H2O2溶液濃縮至40%，B處應(yīng)增加一個(gè)設(shè)備。該設(shè)備的作用是____，餾出物是____。
解析：H2O2是常壓蒸餾下易分解的熱敏感化合物。為避免H2O2分解，通過減小該蒸餾系統(tǒng)內(nèi)的壓力使水的沸點(diǎn)降低，達(dá)到濃縮溶液的目的。因此B增加的是減壓設(shè)備，餾出物是水。
答案：減壓；H2O2。
評價(jià)：浙江該選考試題以中學(xué)教材《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》減壓蒸餾原理文字內(nèi)容展開而命題，考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理、裝置、操作的理解能力。該題裝置圖（圖9）取材于高校教材中減壓蒸餾裝置圖（圖2），對于高中學(xué)生和部分中學(xué)教師而言，有一定陌生度。裝置中毛細(xì)管和T型夾組合起止爆以及調(diào)節(jié)空氣進(jìn)量的作用，圓底燒瓶和克氏蒸餾頭替代蒸餾燒瓶，真空接引管和抽氣減壓設(shè)備（主要包含安全瓶、測壓計(jì)、減壓泵）相連接。
例2（2017年高考新課標(biāo)Ⅰ卷理綜化學(xué)試題第26題）凱氏定氮法是……，然后通過滴定測量。已知：NH3+H3BO3=NH3·H3BO3；NH3·HVBO3+HCl=NH4Cl+H3BO3。
回答下列問題：
（1）a的作用是____。
（2）b中放人少量碎瓷片的目的是____。f的名稱是____。
（3）清洗儀器：g中加蒸餾水；打開k1，關(guān)閉k2、k3，加熱b，蒸氣充滿管路；停止加熱，關(guān)閉k1，g中蒸餾水倒吸進(jìn)入e，原因是____；打開k2放掉水，重復(fù)操作2～3次。
（4）……，e采用中空雙層玻璃瓶的作用是____。
……
解析：凱氏定氮裝置中導(dǎo)管a連通大氣作安全管，加人碎瓷片作止爆劑防爆沸，c氣水分離器起到除去冷凝以后的水蒸氣的作用，e采用中空雙層玻璃瓶起保溫作用。
答案：（1）避免b中壓強(qiáng)過大；
（2）防止爆沸；直形冷凝管；
（3）c中溫度下降，水蒸氣冷凝管路中形成負(fù)壓，引發(fā)倒吸現(xiàn)象；
（4）保溫使氨被蒸出。
評價(jià)：凱氏定氮法運(yùn)用了水蒸氣蒸餾原理，因此凱氏定氮裝置和高校教材中水蒸氣蒸餾裝置圖（圖3）相似，對于學(xué)生和中學(xué)教師也有一定陌生度。其中包含水蒸氣發(fā)生器、氣水分離器、蒸餾部分（保溫）、冷凝部分、接受（吸收）器。
2.2蒸餾操作在中學(xué)教材的疑難分析
以蘇教版海水中溴碘的提取為例?！痘瘜W(xué)1》溴的提取，生成的溴單質(zhì)仍然溶解在水中，鼓人熱空氣或水蒸氣，使溴從溶液中揮發(fā)出來，冷凝后得到粗溴，和水蒸氣蒸餾原理相同。碘的提取，工業(yè)生產(chǎn)法主要有空氣吹出法、氧化法、離子交換法、活性炭吸收法等。一般提取的粗碘若要得到高純度的碘，還需要精制。現(xiàn)有制備高純度碘的方法主要有熔鹽法、蒸氣蒸餾法、升華法、萃取法等。中學(xué)教材蘇教版《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》海帶中碘元素的分離及檢驗(yàn)得到的產(chǎn)品是碘的四氯化碳溶液。
疑難源自于1994年上海卷高考題第35題（4）內(nèi)容：“從含碘的有機(jī)溶液中提取碘和回收有機(jī)溶劑，還需要經(jīng)過蒸餾?！币l(fā)了大學(xué)教授和中學(xué)化學(xué)教師的廣泛討論，即碘和四氯化碳的分離，蒸餾操作是否合適？
由于碘易升華，水浴加熱，常壓蒸餾不能將碘和四氯化碳分離。當(dāng)水浴溫度升至50%時(shí)，燒瓶開始出現(xiàn)少量紫色蒸氣，當(dāng)水浴溫度至四氯化碳沸點(diǎn)77%2左右時(shí)，燒瓶中出現(xiàn)很多紫色蒸氣。
通過減壓蒸餾降低四氯化碳的沸點(diǎn)，可將碘和四氯化碳蒸餾出來。室溫下，壓力在10～15mmHg時(shí)，約8分鐘就將碘和四氯化碳分離。
粗碘精制方法之一運(yùn)用水蒸氣蒸餾原理，方法設(shè)備簡單，但是要消耗大量的能源，不適用于工業(yè)生產(chǎn)。
3結(jié)語
高中化學(xué)核心素養(yǎng)各維度的關(guān)系如圖11所示，“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”處于化學(xué)核心素養(yǎng)的中心位置。“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)，包括認(rèn)識科學(xué)探究并進(jìn)行科學(xué)解釋以及發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造、應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)；能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價(jià)值的問題；能從問題和假設(shè)出發(fā)，確定探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)；在探究中學(xué)會合作，面對“異?！爆F(xiàn)象敢于提出自己的見解。
科學(xué)探究過程中必須運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)方法是化學(xué)最基礎(chǔ)、最重要的研究方法。在形成和發(fā)展高中生化學(xué)核心素養(yǎng)背景指導(dǎo)下，高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾榈内厔荼厝皇钦鎸?shí)情境下對實(shí)驗(yàn)原理、裝置、操作等知識和方法的認(rèn)知理解、重構(gòu)和再運(yùn)用。
因此，一是這種趨勢就中學(xué)教師而言，照本宣科、死記硬背或盲目的題海戰(zhàn)術(shù)等教學(xué)模式的優(yōu)勢進(jìn)一步被弱化。倒逼中學(xué)教師教學(xué)觀念與時(shí)俱進(jìn)，需要不斷更新化學(xué)專業(yè)知識和提升專業(yè)能力，在教學(xué)中為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更多的真實(shí)問題情境。建議教師注重“教、學(xué)、評”的一體化，在教學(xué)中增加學(xué)生評價(jià)目標(biāo)、評價(jià)任務(wù)、評價(jià)方式等環(huán)節(jié)，為學(xué)生創(chuàng)造能夠充分理性思考、發(fā)表見解、有效評價(jià)的育人環(huán)境。
二是這種趨勢就學(xué)生而言，通過自主、合作、探究等多樣化的學(xué)習(xí)方式，在學(xué)習(xí)過程中獲取化學(xué)學(xué)科知識，形成化學(xué)學(xué)科觀念，體驗(yàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的過程，運(yùn)用化學(xué)特征的思維方式分析和解決實(shí)際問題、認(rèn)同和踐行化學(xué)學(xué)習(xí)價(jià)值的追求。爭取能自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考、勇于質(zhì)疑和創(chuàng)造、善于評價(jià)和交流溝通，開闊視野，活學(xué)活用。endprint
張金水
摘要：研究2017年全國各地高考化學(xué)試題內(nèi)容，以蒸餾實(shí)驗(yàn)操作為例，分析高考實(shí)驗(yàn)試題化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾榈内厔菔且愿咝；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)、教科研成果等真實(shí)情境為背景，對其實(shí)驗(yàn)原理、裝置、操作等知識和方法的認(rèn)知理解、重構(gòu)和再運(yùn)用?；谥袑W(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與大學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步對接且聯(lián)系更緊密，建議中學(xué)教師及時(shí)更新專業(yè)知識，提升專業(yè)素養(yǎng)，指導(dǎo)和幫助學(xué)生形成和發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；高考研究；蒸餾
文章編號：1005-6629（2018）1-0082-06 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
最近有幸參加了浙江師范大學(xué)組織的高中化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)專業(yè)化培訓(xùn)，其中有位大學(xué)教授提及發(fā)現(xiàn)一些本科生進(jìn)校后，存在知識固化、不懂變通，缺乏創(chuàng)造性思維，死板，不會具體情況作具體分析。舉一實(shí)驗(yàn)配制500mL2mol·L-1NaOH溶液為例，氫氧化鈉易吸水、易與二氧化碳反應(yīng)，溶液無法做到精確配制，因而選擇使用燒杯、玻璃棒、量筒、滴管先粗配再標(biāo)定即可，簡單可行且易于操作。此時(shí)高中生卻普遍會選擇電子天平、500mL容量瓶等儀器，生搬硬套中學(xué)教材中溶液配制的模板，使簡單問題復(fù)雜化。
2017年高考理綜全國卷Ⅱ第28題（3）正巧考查了相關(guān)內(nèi)容：“Na2S2O3溶液不穩(wěn)定，使用前需標(biāo)定。配制該溶液時(shí)需要的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、試劑瓶和____”……
解析：Na2S2O3溶液不穩(wěn)定，使用前需標(biāo)定，因此該溶液不需要精確配制，粗配時(shí)選擇量筒取水即可，不需要使用容量瓶。
答案：量筒。
評價(jià)：不少中學(xué)教師認(rèn)為，該考題設(shè)問毫無意義，出發(fā)點(diǎn)匪夷所思，學(xué)生無法準(zhǔn)確作答，該高考題答案值得商榷。這是由于部分中學(xué)教師習(xí)慣了生搬教材套路和硬套答題模板，忽略了對真實(shí)情境的思考，才認(rèn)為配制溶液時(shí)選擇一定容積的容量瓶作為量器是通用和理所當(dāng)然的。甚至認(rèn)為該題容量瓶就應(yīng)該作為答案首選，對高考評卷答案提出質(zhì)疑。
教授的舉例以及中肯的講評，深深地觸動(dòng)了作為中學(xué)化學(xué)教師一員的筆者。正因?yàn)槿杂胁辉谏贁?shù)的一線化學(xué)教師以一套中學(xué)教材、一套教學(xué)設(shè)計(jì)通吃的心理，以陳舊的化學(xué)專業(yè)知識和落后的教學(xué)觀念為指導(dǎo)教授學(xué)生，不注重專業(yè)和格局視野的提升，漸漸固步自封，無意之中也在僵化學(xué)生的思想，潛移默化之間禁錮了他們的創(chuàng)造思維。中學(xué)教師隨著教齡的增長，雖然教學(xué)經(jīng)驗(yàn)越來越豐富，但是專業(yè)知識的更新卻越來越慢，視野越來越窄。一線中學(xué)教師承擔(dān)著指導(dǎo)中學(xué)生高考應(yīng)試責(zé)任的同時(shí)，也應(yīng)該有意識地去及時(shí)更新自己、與時(shí)俱進(jìn)，探索和研究如何打破自身局限性以及應(yīng)對應(yīng)試教育心理，從而引導(dǎo)和幫助學(xué)生形成和發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)。
近年來，高考化學(xué)命題趨勢更加注重將大學(xué)、科研、實(shí)際生產(chǎn)知識能力重心下移至中學(xué)，引導(dǎo)中學(xué)教學(xué)與之緊密相連，如常用儀器和實(shí)驗(yàn)操作上與中學(xué)對接又更重實(shí)際，涉及玻璃儀器如三頸燒瓶、滴液漏斗、分水器等，實(shí)驗(yàn)操作如冷卻結(jié)晶、重結(jié)晶、熱過濾、減壓過濾、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾等頻繁出現(xiàn)，用于考查中學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰φ莆涨闆r。本文以蒸餾實(shí)驗(yàn)操作為例，淺議高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾榈内厔?，為廣大中學(xué)教師提供參考。
1蒸餾原理
當(dāng)液態(tài)物質(zhì)受熱時(shí)，由于分子運(yùn)動(dòng)使其從液體表面逃逸出來，形成蒸氣壓，隨著溫度的升高，蒸氣壓增大，待蒸氣壓和大氣壓或所給壓力相等時(shí)，液體沸騰。蒸餾就是將液態(tài)物質(zhì)加熱到沸騰變?yōu)檎魵猓謱⒄魵饫淠秊橐后w這兩個(gè)過程的聯(lián)合操作。蒸餾的儀器裝置主要包括熱源、蒸餾器、冷凝管、接收器等。
對比高校教材和中學(xué)教材的蒸餾內(nèi)容，在原理、儀器裝置及操作方法上相通，高校教材在細(xì)節(jié)上又有較多展開和補(bǔ)充。
1.1中學(xué)教材中的蒸餾內(nèi)容
現(xiàn)行人教版、魯科版、蘇教版中學(xué)化學(xué)教材內(nèi)容編排基本相似。以蘇教版中學(xué)教材為例，包含了常壓蒸餾的原理、儀器裝置，常壓分餾和減壓分餾的原理。
《化學(xué)2》中通過實(shí)驗(yàn)室蒸餾石油的方法模擬石油煉制，并提供了蒸餾裝置圖（圖1）。玻璃儀器包含熱源酒精燈、蒸餾燒瓶、溫度計(jì)、直形冷凝管、接引管、錐形瓶。
《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》中“石油化學(xué)工業(yè)”一節(jié)介紹石油常壓分餾可得到石油氣、汽油、煤油、輕柴油等餾分，常壓分餾中未被蒸發(fā)的剩余物叫重油，這部分烴的分離采用減壓分餾的方法，即在壓強(qiáng)較低時(shí)重油中的烴會在較低溫度下氣化，這就避免了升高溫度帶來使烴分解和損害設(shè)備等情況的發(fā)生。
1.2高校教材中的蒸餾內(nèi)容
高校教材《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》版本較多，蒸餾內(nèi)容各有側(cè)重但編排基本相似。主要包含蒸餾和分餾、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾，下又細(xì)分為基本原理、儀器裝置、操作三部分。
以清華大學(xué)出版社2001年出版的《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》為例，包含了理想溶液的蒸餾原理、簡單蒸餾、簡單分餾、減壓蒸餾、非理想溶液的蒸餾原理、共沸蒸餾、水蒸氣蒸餾等內(nèi)容，原理解析透徹、編排全面詳細(xì)。
1.3高校教材對中學(xué)教材蒸餾內(nèi)容的展開和補(bǔ)充
1.3.1熱源
為了保證蒸餾器受熱均勻，一般使用熱浴間接加熱，傳熱介質(zhì)可以是空氣、水、有機(jī)液體、熔鹽和金屬等。加熱方法一般有：空氣?。ㄊ蘧W(wǎng)或電熱套）、水浴、油浴、砂浴。
某些在常壓下沸點(diǎn)較高及常壓蒸餾時(shí)易發(fā)生分解、氧化、聚合、變質(zhì)等反應(yīng)的熱敏感化合物，不能用常壓蒸餾，可通過減壓蒸餾。如圖2，即增加減壓裝置降低其沸點(diǎn)低溫蒸出，從而達(dá)到分離的目的。一般當(dāng)壓力降低到1.3～2.0kPa時(shí)，可以比常壓下的沸點(diǎn)至少降低80～100%。
若某些高沸點(diǎn)有機(jī)化合物難溶于水、與水難反應(yīng)且具有一定揮發(fā)性等性質(zhì)，用常壓蒸餾雖可與副產(chǎn)物分離，但其本身也將遭受破壞，則可采用水蒸氣蒸餾。如圖3，即增加水蒸氣發(fā)生器使有機(jī)物隨同水蒸氣一同蒸出，從而達(dá)到其在常溫或低于100℃下純化的目的。endprint
1.3.2蒸餾器
蒸餾器一般使用蒸餾燒瓶，或是圓底燒瓶搭配蒸餾頭（如圖4）。為了消除蒸餾過程中過熱現(xiàn)象和保證沸騰的平穩(wěn)狀態(tài)，常加人沸石或一端封口的毛細(xì)管作止爆劑。
利用蒸餾可將沸點(diǎn)相差較大（如相差30%）的液態(tài)混合物粗略地分開（若要完全分開，沸點(diǎn)差至少在110℃）。對于分離沸點(diǎn)比較接近（如相差1～2℃）的液態(tài)混合物只好借助于分餾。如圖5，通過在圓底燒瓶和分餾頭之間增加分餾柱，高沸點(diǎn)組分和低沸點(diǎn)組分由于柱外空氣的冷卻進(jìn)行一系列的熱交換，重復(fù)汽化9凝一回流等程序，最終將沸點(diǎn)不同的物質(zhì)分離。
當(dāng)某些兩種或三種液體以一定比例混合后會形成具有固定沸點(diǎn)的共沸物，使組分問的相對揮發(fā)度增大，從而蒸餾分離，稱為共沸蒸餾。如圖6，共沸蒸餾裝置通常是在蒸餾瓶與回流冷凝管之間增加一個(gè)分水器。
1.3.3冷凝管
蒸餾操作中，液體的沸點(diǎn)高于130%的用空氣冷凝管，低于130%的用直形冷凝管，沸點(diǎn)很低時(shí)，可用蛇形冷凝管。
1.3.4接受器
冷凝之后，液體通過接引管流入三角燒瓶（錐形瓶）或圓底燒瓶，并應(yīng)與大氣相通。
2蒸餾操作在高考題中的能力考查和中學(xué)教材的疑難分析
按照《2017年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱》要求，化學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究的能力包含掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能，并初步實(shí)踐化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般過程。具體要求：（1）了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究過程中的一種重要方法。（2）了解實(shí)驗(yàn)室常用儀器的主要用途和使用方法。（3）掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作，能識別化學(xué)品標(biāo)志，了解實(shí)驗(yàn)室一般事故的預(yù)防和處理。（4）掌握常見氣體的實(shí)驗(yàn)室制法（包括所用試劑、反應(yīng)原理、儀器和收集方法）。（5）掌握常用物質(zhì)檢驗(yàn)、分離和提純的方法，掌握溶液的配制方法。
結(jié)合考綱對實(shí)驗(yàn)的要求和上述蒸餾操作的內(nèi)容，分析高考能力的考查和某些中學(xué)化學(xué)疑難問題。
2.1蒸餾操作在高考題中的能力考查
例1（2017年4月浙江省普通高校招生選考科目考試化學(xué)試題31題）ClO2是一種優(yōu)良的消毒劑……；H2O2沸點(diǎn)150%。
請回答：
（4）H2O2濃度對反應(yīng)速率有影響。通過圖9所示裝置將少量30%H2O2溶液濃縮至40%，B處應(yīng)增加一個(gè)設(shè)備。該設(shè)備的作用是____，餾出物是____。
解析：H2O2是常壓蒸餾下易分解的熱敏感化合物。為避免H2O2分解，通過減小該蒸餾系統(tǒng)內(nèi)的壓力使水的沸點(diǎn)降低，達(dá)到濃縮溶液的目的。因此B增加的是減壓設(shè)備，餾出物是水。
答案：減壓；H2O2。
評價(jià)：浙江該選考試題以中學(xué)教材《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》減壓蒸餾原理文字內(nèi)容展開而命題，考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理、裝置、操作的理解能力。該題裝置圖（圖9）取材于高校教材中減壓蒸餾裝置圖（圖2），對于高中學(xué)生和部分中學(xué)教師而言，有一定陌生度。裝置中毛細(xì)管和T型夾組合起止爆以及調(diào)節(jié)空氣進(jìn)量的作用，圓底燒瓶和克氏蒸餾頭替代蒸餾燒瓶，真空接引管和抽氣減壓設(shè)備（主要包含安全瓶、測壓計(jì)、減壓泵）相連接。
例2（2017年高考新課標(biāo)Ⅰ卷理綜化學(xué)試題第26題）凱氏定氮法是……，然后通過滴定測量。已知：NH3+H3BO3=NH3·H3BO3；NH3·HVBO3+HCl=NH4Cl+H3BO3。
回答下列問題：
（1）a的作用是____。
（2）b中放人少量碎瓷片的目的是____。f的名稱是____。
（3）清洗儀器：g中加蒸餾水；打開k1，關(guān)閉k2、k3，加熱b，蒸氣充滿管路；停止加熱，關(guān)閉k1，g中蒸餾水倒吸進(jìn)入e，原因是____；打開k2放掉水，重復(fù)操作2～3次。
（4）……，e采用中空雙層玻璃瓶的作用是____。
……
解析：凱氏定氮裝置中導(dǎo)管a連通大氣作安全管，加人碎瓷片作止爆劑防爆沸，c氣水分離器起到除去冷凝以后的水蒸氣的作用，e采用中空雙層玻璃瓶起保溫作用。
答案：（1）避免b中壓強(qiáng)過大；
（2）防止爆沸；直形冷凝管；
（3）c中溫度下降，水蒸氣冷凝管路中形成負(fù)壓，引發(fā)倒吸現(xiàn)象；
（4）保溫使氨被蒸出。
評價(jià)：凱氏定氮法運(yùn)用了水蒸氣蒸餾原理，因此凱氏定氮裝置和高校教材中水蒸氣蒸餾裝置圖（圖3）相似，對于學(xué)生和中學(xué)教師也有一定陌生度。其中包含水蒸氣發(fā)生器、氣水分離器、蒸餾部分（保溫）、冷凝部分、接受（吸收）器。
2.2蒸餾操作在中學(xué)教材的疑難分析
以蘇教版海水中溴碘的提取為例?！痘瘜W(xué)1》溴的提取，生成的溴單質(zhì)仍然溶解在水中，鼓人熱空氣或水蒸氣，使溴從溶液中揮發(fā)出來，冷凝后得到粗溴，和水蒸氣蒸餾原理相同。碘的提取，工業(yè)生產(chǎn)法主要有空氣吹出法、氧化法、離子交換法、活性炭吸收法等。一般提取的粗碘若要得到高純度的碘，還需要精制。現(xiàn)有制備高純度碘的方法主要有熔鹽法、蒸氣蒸餾法、升華法、萃取法等。中學(xué)教材蘇教版《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》海帶中碘元素的分離及檢驗(yàn)得到的產(chǎn)品是碘的四氯化碳溶液。
疑難源自于1994年上海卷高考題第35題（4）內(nèi)容：“從含碘的有機(jī)溶液中提取碘和回收有機(jī)溶劑，還需要經(jīng)過蒸餾?！币l(fā)了大學(xué)教授和中學(xué)化學(xué)教師的廣泛討論，即碘和四氯化碳的分離，蒸餾操作是否合適？
由于碘易升華，水浴加熱，常壓蒸餾不能將碘和四氯化碳分離。當(dāng)水浴溫度升至50%時(shí)，燒瓶開始出現(xiàn)少量紫色蒸氣，當(dāng)水浴溫度至四氯化碳沸點(diǎn)77%2左右時(shí)，燒瓶中出現(xiàn)很多紫色蒸氣。
通過減壓蒸餾降低四氯化碳的沸點(diǎn)，可將碘和四氯化碳蒸餾出來。室溫下，壓力在10～15mmHg時(shí)，約8分鐘就將碘和四氯化碳分離。
粗碘精制方法之一運(yùn)用水蒸氣蒸餾原理，方法設(shè)備簡單，但是要消耗大量的能源，不適用于工業(yè)生產(chǎn)。
3結(jié)語
高中化學(xué)核心素養(yǎng)各維度的關(guān)系如圖11所示，“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”處于化學(xué)核心素養(yǎng)的中心位置。“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)，包括認(rèn)識科學(xué)探究并進(jìn)行科學(xué)解釋以及發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造、應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)；能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價(jià)值的問題；能從問題和假設(shè)出發(fā)，確定探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)；在探究中學(xué)會合作，面對“異?！爆F(xiàn)象敢于提出自己的見解。
科學(xué)探究過程中必須運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)方法是化學(xué)最基礎(chǔ)、最重要的研究方法。在形成和發(fā)展高中生化學(xué)核心素養(yǎng)背景指導(dǎo)下，高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾榈内厔荼厝皇钦鎸?shí)情境下對實(shí)驗(yàn)原理、裝置、操作等知識和方法的認(rèn)知理解、重構(gòu)和再運(yùn)用。
因此，一是這種趨勢就中學(xué)教師而言，照本宣科、死記硬背或盲目的題海戰(zhàn)術(shù)等教學(xué)模式的優(yōu)勢進(jìn)一步被弱化。倒逼中學(xué)教師教學(xué)觀念與時(shí)俱進(jìn)，需要不斷更新化學(xué)專業(yè)知識和提升專業(yè)能力，在教學(xué)中為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更多的真實(shí)問題情境。建議教師注重“教、學(xué)、評”的一體化，在教學(xué)中增加學(xué)生評價(jià)目標(biāo)、評價(jià)任務(wù)、評價(jià)方式等環(huán)節(jié)，為學(xué)生創(chuàng)造能夠充分理性思考、發(fā)表見解、有效評價(jià)的育人環(huán)境。
二是這種趨勢就學(xué)生而言，通過自主、合作、探究等多樣化的學(xué)習(xí)方式，在學(xué)習(xí)過程中獲取化學(xué)學(xué)科知識，形成化學(xué)學(xué)科觀念，體驗(yàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的過程，運(yùn)用化學(xué)特征的思維方式分析和解決實(shí)際問題、認(rèn)同和踐行化學(xué)學(xué)習(xí)價(jià)值的追求。爭取能自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考、勇于質(zhì)疑和創(chuàng)造、善于評價(jià)和交流溝通，開闊視野，活學(xué)活用。endprint
