基于環(huán)保理念下的化學實驗探究試題例析

劉 宇

(四川省瀘州市瀘縣二中 646106)

4月8日至11日，中共中央政治局常委、全國人大常委會委員長栗戰(zhàn)書率領全國人大常委會執(zhí)法檢查組在四川檢查水污染防治法實施情況.檢查組專程前往瀘州市張壩桂圓林察看長江岸線修復保護情況.栗戰(zhàn)書強調，四川是長江上游重要的生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)地，要落實好習近平總書記“共抓大保護，不搞大開發(fā)”的指示要求，走以生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為導向的高質量發(fā)展新路子.

新課程標準明確指出：學生應“具有節(jié)約資源、保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識，從自身做起，形成簡約適度、綠色低碳的生活方式”.在化學學習和生活中，學生都能近距離的接觸到化學，接觸到污染，盡早的樹立學生的環(huán)保意識，強化學生運用所學知識解決環(huán)保問題至關重要.

一、關注環(huán)境保護的定量實驗探究試題

化學學科教學要培養(yǎng)學生“能通過定性分析和定量計算推出合理的結論”.高中化學實驗要求學生通過滴定法、化學方程式法等方法定量的計算化學數據，學生計算出空氣或者水體樣品中某種粒子的含量數據，如：COD(化學需氧量)、BOD(生化需氧量)等，通過該數據與環(huán)境(人體健康)能承載的最大數據指標進行對比，形成空氣或者水體的質量報告.

例1近期，我國個別企業(yè)違法排污導致地下水嚴重污染又成為媒體焦點.對水的質量監(jiān)控有很多指標，其中水中溶解氧(DO)的多少是衡量水體自凈能力的一個指標.某課外小組采用碘量法測定學校周邊河水中的溶解氧.實驗步驟及測定原理如下：

1.取樣、氧的固定

用溶解氧瓶采集水樣.記錄大氣壓及水體溫度.將水樣與Mn(OH)2堿性懸濁液(含有KI)混合，反應生成MnO(OH)2，實現氧的固定.

2.酸化、滴定

回答下列問題：

(1)取水樣時應盡量避免擾動水體表面，這樣操作的主要目的是____.

(2)“氧的固定”中發(fā)生反應的化學方程式為____.

(3)取100.00 mL水樣經固氧、酸化后，用amol·L-1Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示劑，終點現象為____；若消耗Na2S2O3溶液的體積為bmL，則水樣中溶解氧的含量為____mg·L-1.滴定結束后如果俯視滴定管讀取數據，導致測定結果偏____.(填“高”或“低”)

(4)Na2S2O3溶液不穩(wěn)定，需使用前配制和標定.預估實驗需要使用75mL的Na2S2O3溶液，則配制該溶液所必需的儀器有天平、燒杯、玻璃棒和____.

(3)藍色剛好褪去 80ab低

(4)100 mL容量瓶、膠頭滴管

試題分析(1)擾動水體表面會引起水樣中溶解氧的逸出，還會使水底還原性雜質進入水樣.

(4)配制75mL的Na2S2O3溶液，根據“大而近”的原則，應選用100mL容量瓶.由固體配制物質的量濃度溶液的實驗步驟為：計算→稱量→溶解→冷卻→轉移→洗滌→初步振蕩→定容→搖勻→裝瓶貼標簽，根據實驗步驟所必需的儀器有天平、燒杯、玻璃棒、100mL容量瓶、膠頭滴管.

例2硫酸工業(yè)尾氣中二氧化硫的含量超過0.05%(體積分數)時必需經處理后才能排放.某?；瘜W興趣小組欲測定某硫酸工廠排放尾氣中二氧化硫的含量，分別采用以下方案：

甲方案如下圖所示，圖中氣體流量計B用于準確測量通過的尾氣體積.將尾氣通入一定體積已知濃度的碘水中測定SO2的含量.當洗氣瓶C中溶液藍色消失時，立即關閉活塞A.

(1)洗氣瓶C中導管末端連接一個多孔球泡D，其目的是____.

(2)洗氣瓶C中的溶液還可以用其他試劑代替，如酸性高錳酸鉀溶液，你認為選擇酸性高錳酸鉀溶液的理由有____.

(3)洗氣瓶C中溶液藍色消失后，若沒有及時關閉活塞A，則測得的SO2含量____(填“偏高”、“偏低”或“無影響”).若某實驗小組同學測得的SO2含量總是偏低，可能的原因是____.(假設實驗裝置、測量儀器、藥品和實驗操作程序均合理)

乙方案實驗步驟如下面流程圖所示：

(4)寫出步驟②中反應的化學方程式____.

(5)步驟③中判斷沉淀已經洗滌干凈的方法是____.

(6)實驗中若通過的尾氣體積為33.6L(已換算成標準狀況)，最終所得固體質量為0.233g，試通過計算確定該尾氣中二氧化硫的含量是否達到排放標準(寫出計算過程).

答案:(1)增大氣體與溶液的接觸面積，有利于SO2與碘水充分反應

(2)酸性高錳酸鉀溶液能夠充分吸收SO2并與之反應，反應終了時現象易于觀察(或其他合理答案)

(3)偏低 通入尾氣速率過快，SO2吸收不充分

(5)取最后一次的洗滌液少許，用pH試紙測量pH或加入Na2SO4溶液，看是否有渾濁出現(或其他合理答案)

(6)由硫守恒可知n(SO2)=n(BaSO4)=0.001 mol，得到SO2的體積分數為0.067%大于0.05%，未達標

試題分析(1)多孔球泡D能增大氣體與溶液的接觸面積，有利于SO2與碘水充分反應.

(2)酸性高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能充分吸收SO2并與之反應，且酸性高錳酸鉀溶液顯紫紅色，反應終了時現象易于觀察.

(3)洗氣瓶C中溶液藍色消失后，若沒有及時關閉活塞A，則導致通過的氣體偏多，導致測得的SO2含量偏低.測得的SO2含量總是偏低，可能的原因是通入尾氣速率過快，SO2吸收不充分引起的.

(5)步驟③中判斷沉淀已經洗滌干凈的方法可以是沉淀法，也可以通過測量溶液的pH，即取最后一次的洗滌液少許，用pH試紙測量pH或加入Na2SO4溶液，看是否有渾濁出現(或其他合理答案).

考向分析體系中某種粒子含量的測定，首先均是進行取樣，預處理后或進行滴定、或通過某個化學反應，定量計算體系中該粒子的定量關系，主要考查學生的化學實驗基本操作、化學計算能力，幫助學生建立解決問題的基本方法，同時兼顧數據指標的對比，強化學生的環(huán)保意識.

二、落實環(huán)境保護的微型實驗改進試題

化學學習要逐步引導學生“能依‘綠色化學’思想和科學倫理對化學過程進行分析，做出決策”，“能結合物質的性質，涉及探究方案”，改進或優(yōu)化化學實驗裝置.教師在實驗課堂或實驗試題處理過程中加強對學生的引導，幫助學生樹立“綠色化學”觀念.

例3“封管實驗”具有簡易、方便、節(jié)約、綠色等優(yōu)點，下列關于四個“封管實驗”(夾持裝置未畫出、I2固體易升華)的說法正確的是( ).

A．加熱時，①中封管內固體消失

B．加熱時，②中溶液變紅，冷卻后又變?yōu)闊o色

C．加熱時，③中溶液變紅，冷卻后紅色褪去，體現SO2的漂白性

D．加熱又冷卻的過程中，①④屬于物理變化，②③屬于化學變化

答案:C

試題分析①氯化銨不穩(wěn)定，加熱分解生成氨和氯化氫，溫度稍低時又生成氯化銨，則封管內固體不消失，A項錯誤；②加熱時氨逸出，溶液的顏色為無色，冷卻后氨氣溶解溶液變?yōu)榧t色，B項錯誤；③加熱后二氧化硫逸出，溶液呈紅色，冷卻后二氧化硫又將品紅溶液漂白，C項正確；氯化銨的分解生成氨和氯化氫，有新物質生成，為化學變化，D項錯誤.

能力提升“封管實驗”主要針對實驗過程中可能會產生破壞環(huán)境的有毒有害物質生成的反應，將反應在密閉體系中完成，這樣就阻止了這些物質與環(huán)境的接觸，這樣的小微改進實驗在化學實驗教學中被廣泛的使用.例如制備并檢驗SO2的氧化性實驗，也可以在右圖Y型試管中密封進行.

三、培養(yǎng)環(huán)境保護意識的實驗設計試題

學生應具備“依據物質的性質及其變化認識污染物的成因，主要的危害及防治措施”，熟練掌握常見污染物對環(huán)境的影響，能通過合適的方法進行防治，通過高中學生實驗試題中尾氣處理的設計、原理分析等，“強化公眾共同參與環(huán)境治理的責任”.

例4下圖是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖.已知：四氯化硅遇水極易反應.

請回答下列問題：

(1)寫出裝置A中發(fā)生反應的化學方程式____.

(2)干燥管F中堿石灰的作用是____.該組實驗裝置中存在的缺陷是____.

(2)防止空氣中的水蒸氣進入H裝置與四氯化硅反應 缺少吸收多余氯氣的裝置，導致污染環(huán)境

(2)防止空氣中的水蒸氣進入H裝置與四氯化硅反應；氯氣有毒，不能直接排放空氣中，缺少吸收多余氯氣的裝置，導致污染環(huán)境.

例5汽車尾氣含氮氧化物(NOx)、碳氫化合物(CxHy)、碳等，直接排放容易造成“霧霾”.因此，不少汽車都安裝尾氣凈化裝置(凈化處理過程如圖).下列有關敘述，錯誤的是( ).

A．尾氣造成“霧霾”與汽油未充分燃燒有關

B．尾氣處理過程，氮氧化物(NOx)被還原

C．Pt-Rh催化劑可提高尾氣凈化反應的平衡轉化率

D．使用氫氧燃料電池作汽車動力能有效控制霧霾

答案:C

試題分析汽油未充分燃燒可增加氮氧化物(NOx)、碳氫化合物(CxHy)、碳等的排放，可造成“霧霾”，A項正確；尾氣處理過程中，氮氧化物(NOx)中氮元素化合價降低，得電子，被還原，B項正確；催化劑只改變化學反應速率，不會改變平衡轉化率，C項錯誤；使用氫氧燃料電池作汽車動力能減少含氮氧化物(NOx)、碳氫化合物(CxHy)、碳等的排放，能有效控制霧霾，D項正確.

考向探析尾氣處理裝置(試劑)、原理的分析逐漸成為新的考試熱點，很多化學實驗過程都涉及有毒有害氣體的排放，在化學實驗試題中涉及尾氣處理的裝置、尾氣處理的原理等內容，引導學生在化學實驗過程中關注環(huán)境換題，提升環(huán)保意識，“在實踐中增強社會責任感”.