化學(xué)實(shí)驗(yàn)題解答策略
——明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，分析?shí)驗(yàn)原理，正確解答問題

劉 影 李 康 陳 誠

(安徽省宿州市宿城第一中學(xué))

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是化學(xué)教學(xué)中非常重要的組成部分，也是現(xiàn)在高考中考查的重點(diǎn)和難點(diǎn).常見的考查題型有物質(zhì)制備型實(shí)驗(yàn)題、物質(zhì)性質(zhì)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)題和探究型實(shí)驗(yàn)題.這類題不論以什么形式呈現(xiàn)，解題的基本策略大同小異.解題時(shí)要先明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，即通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們想達(dá)到什么目的(不外乎是制備某種物質(zhì)、驗(yàn)證或探究某種物質(zhì)的某種或某些性質(zhì)等).在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕A(chǔ)上，結(jié)合自身知識體系和題目中所給信息，分析出實(shí)驗(yàn)原理.也就是說，為了達(dá)到上述實(shí)驗(yàn)?zāi)康模扇∈裁礃拥姆椒?實(shí)驗(yàn)原理通常以反應(yīng)方程式的形式呈現(xiàn)).在明確原理的基礎(chǔ)上，再去分析各裝置或操作的作用，進(jìn)而正確解答問題.在這一策略中，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖歉荆治鰧?shí)驗(yàn)原理是靈魂，在完成前述活動的基礎(chǔ)上，正確解答問題就水到渠成了.

在解答實(shí)驗(yàn)題時(shí)，一定不能本末倒置，不能開始就去分析甚至去猜裝置的作用、操作的目的等，這樣往往既浪費(fèi)時(shí)間，也不能正確解答.本文分類展示各題型解答過程，希望可以給學(xué)生提供一些幫助.

1 制備型實(shí)驗(yàn)題

該類題型的實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ǔＪ菫榱酥苽淠骋晃镔|(zhì)，實(shí)驗(yàn)原理基本為制取該物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)方程式.常見實(shí)驗(yàn)過程為實(shí)驗(yàn)原料的預(yù)處理(凈化、粉碎等)→物質(zhì)制備→凈化除雜→物質(zhì)收集→尾氣處理.裝置的選擇也是圍繞這一過程，為了實(shí)現(xiàn)這一過程而確定的，通常有發(fā)生裝置、除雜裝置、收集裝置和尾氣處理裝置.

這種題型較經(jīng)典，考查難度通常不大，對于一些陌生物質(zhì)的制備，結(jié)合題目所給信息，利用這一解題策略，可以輕松應(yīng)對.

例1無水四氯化錫(SnCl4)可用于制作導(dǎo)電玻璃，導(dǎo)電玻璃廣泛用于液晶顯示屏、薄膜太陽能電池基底等.可用圖1所示裝置制備四氯化錫(部分夾持裝置已略去).有關(guān)信息如表1所示.

圖1

表1

回答下列問題:

(1)儀器A 中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______.

(2)將裝置按圖1所示連接好，檢查氣密性，慢慢滴入濃鹽酸，待觀察到_________(填現(xiàn)象)后，開始加熱丁裝置.錫熔化后適當(dāng)增大氯氣流量并繼續(xù)加熱丁裝置.繼續(xù)加熱丁裝置的目的是促進(jìn)氯氣與錫反應(yīng)和_________.

(3)如果缺少乙裝置可能產(chǎn)生的后果是_________.

(4)戊裝置中球形冷凝管的冷水進(jìn)口為_________(填“a”或“b”).

(5)己裝置中堿石灰的作用是_________.

(6)碘氧化法滴定分析產(chǎn)品中Sn(Ⅱ)的含量.準(zhǔn)確稱取mg產(chǎn)品于錐形瓶中，用適量濃鹽酸溶解，以淀粉溶液作指示劑，用cmol·L－1碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定.滴入最后1滴標(biāo)準(zhǔn)溶液，出現(xiàn)_________時(shí)達(dá)到滴定終點(diǎn)，此時(shí)消耗碘標(biāo)準(zhǔn)溶液VmL，則產(chǎn)品中Sn(Ⅱ)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_________(用字母表示).

該實(shí)驗(yàn)的目的為制備無水SnCl4，由裝置可以看出在丁處試管內(nèi)發(fā)生反應(yīng)制得目標(biāo)產(chǎn)物，該實(shí)驗(yàn)原理為.在明確實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合裝置圖，可知甲是氯氣發(fā)生裝置.(1)儀器A 中的離子反應(yīng)方程式為10Cl－＋16H＋＋＝5Cl2↑＋8H2O＋2Mn2＋.(2)乙是除雜裝置，除去Cl2中混有的HCl雜質(zhì)氣體，丙為干燥裝置，進(jìn)入丁中的就是干燥純凈的Cl2，待觀察到丁裝置內(nèi)充滿黃綠色氣體后，開始加熱裝置丁;結(jié)合題目所給信息，由SnCl2和SnCl4的熔、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)可以看出，丁裝置的作用為制備SnCl4，并利用其沸點(diǎn)低的性質(zhì)加熱以促進(jìn)SnCl4汽化，使SnCl4蒸氣進(jìn)入戊中便于收集;同時(shí)由于SnCl4的沸點(diǎn)較低，戊裝置作用為冷凝回流收集SnCl4，提高SnCl4的產(chǎn)率.(3)乙是除雜裝置，除去Cl2中混有的HCl雜質(zhì)氣體.(4)冷凝管中的冷卻水應(yīng)由下口進(jìn)入.(5)制取SnCl4過程中由于Cl2不能完全反應(yīng)，需要對尾氣進(jìn)行處理，則己裝置中堿石灰的作用是吸收未反應(yīng)的氯氣，防止污染空氣，同時(shí)可以防止水蒸氣進(jìn)入戊裝置的試管中使產(chǎn)物水解.(6)對滴定終點(diǎn)的判斷描述可以套用答題模板:當(dāng)?shù)稳胱詈?滴碘水，溶液變藍(lán)，且30s內(nèi)不恢復(fù)至無色，則達(dá)到滴定終點(diǎn).再根據(jù)反應(yīng)方程式進(jìn)行計(jì)算，可得此時(shí)消耗碘標(biāo)準(zhǔn)溶液VmL，由Sn2＋＋I(xiàn)2＝Sn4＋＋2I－，可知n(SnCl2)＝n(I2)＝cV×10－3mol，Sn(Ⅱ)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

變式氫化鈣固體是登山運(yùn)動員常用的能源提供劑.某興趣小組擬選用如圖2 所示的裝置制備氫化鈣.

圖2

請回答下列問題:

(1)請選擇必要的裝置，按氣流方向連接順序?yàn)開_______(填儀器接口的字母編號).

(2)根據(jù)完整的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下:檢查裝置氣密性后，裝入藥品;打開分液漏斗活塞________(請按正確的順序填入下列步驟的標(biāo)號).

A.加熱反應(yīng)一段時(shí)間

B.收集氣體并檢驗(yàn)純度

C.關(guān)閉分液漏斗活塞

D.停止加熱，充分冷卻

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，某同學(xué)取少量產(chǎn)物，小心加入水中，觀察到有氣泡冒出，溶液中加入酚酞后顯紅色，該同學(xué)據(jù)此判斷，上述實(shí)驗(yàn)確有CaH2生成.

①寫出 CaH2與水反應(yīng)的化學(xué)方程式________;

②該同學(xué)的判斷不正確，原因是_________.

(4)請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，用化學(xué)方法區(qū)分鈣與氫化鈣，寫出簡要實(shí)驗(yàn)步驟及觀察到的現(xiàn)象_________.

(5)登山運(yùn)動員常用氫化鈣作為能源提供劑，與氫氣相比，其優(yōu)點(diǎn)是_________.

答案(1)i→e，f→d，c→j，k(或k，j)→a.

(2)B、A、D、C.

(3)①CaH2＋2H2O＝Ca(OH)2＋2H2↑.

②金屬鈣與水反應(yīng)也有類似現(xiàn)象.

(4)取適量氫化鈣，在加熱條件下與干燥氧氣反應(yīng)，將反應(yīng)氣相產(chǎn)物通過裝有無水硫酸銅的干燥管，觀察到白色變?yōu)樗{(lán)色;取鈣做類似實(shí)驗(yàn)，觀察不到白色變?yōu)樗{(lán)色.

(5)氫化鈣是固體，攜帶方便.

2 驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)題

該類題型往往既考查物質(zhì)的性質(zhì)，又考查物質(zhì)的制備，通常以對物質(zhì)性質(zhì)的考查為主.需要學(xué)生根據(jù)題目要求分析驗(yàn)證物質(zhì)的性質(zhì)，確定實(shí)驗(yàn)原理，尋找所需試劑、儀器及方法，對于多種性質(zhì)的驗(yàn)證，要根據(jù)互不干擾的原則確定性質(zhì)驗(yàn)證的順序.解這類題型的難點(diǎn)在于確定物質(zhì)性質(zhì)驗(yàn)證的先后順序，要求學(xué)生要扎實(shí)掌握元素化學(xué)和實(shí)驗(yàn)化學(xué)的基礎(chǔ)知識，對學(xué)生靈活運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力素養(yǎng)要求較高.

例2Fe3O4是一種非常重要的磁性材料，同時(shí)也可用作催化劑載體和微波吸收材料.Fe3O4有多種不同制法.甲同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)，溫度高于570℃時(shí)鐵與水蒸氣反應(yīng)的氧化產(chǎn)物只有Fe3O4.該同學(xué)利用圖3裝置(部分裝置已略去)進(jìn)行“鐵與水蒸氣反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)，并檢驗(yàn)產(chǎn)物.

圖3

請回答下列問題:

(1)儀器D的名稱是________，E裝置的作用是_________.

(2)裝置B 中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______.

(3)若甲同學(xué)稱取16.8gFe粉放于硬質(zhì)玻璃管B中，在溫度高于570 ℃，反應(yīng)一段時(shí)間后停止加熱，冷卻后稱得固體質(zhì)量為20.0g，則實(shí)驗(yàn)后的固體物質(zhì)中氧化物的質(zhì)量為________g;取實(shí)驗(yàn)后的固體加入過量鹽酸充分反應(yīng)，檢驗(yàn)溶液中是否含有Fe2＋的方法是向溶液中滴加_________.

A.酸性高錳酸鉀溶液

B.硫氰化鉀溶液再通氯氣

C.NaOH 溶液

D.鐵氰化鉀溶液

該實(shí)驗(yàn)的目的是制備Fe3O4并驗(yàn)證產(chǎn)物中是否有氫氣，原理為:用A 裝置產(chǎn)生水蒸氣，通入裝有還原鐵粉的B中，若發(fā)生反應(yīng)則生成Fe3O4和H2.對生成的H2利用CuO 進(jìn)行驗(yàn)證，所以D 裝置作用為干燥H2，E 裝置中的CuO 可以和H2反應(yīng)生成銅和水，通過E 中粉末顏色由黑變紅，可以檢驗(yàn)生成的氫氣.根據(jù)反應(yīng)前后固體質(zhì)量的變化，利用差量法進(jìn)行計(jì)算，由于鐵與水蒸氣反應(yīng)的氧化產(chǎn)物只有Fe3O4，根據(jù)反應(yīng)方程式:

計(jì)算可知生成的Fe3O4的質(zhì)量為11.6g，物質(zhì)的量為0.05mol，則鐵的質(zhì)量為20g－11.6g＝8.4g，物質(zhì)的量為0.15mol.向?qū)嶒?yàn)后的固體中加入過量鹽酸充分反應(yīng)，鐵粉過量，所以反應(yīng)后的溶液中只有Fe2＋.Fe2＋的檢驗(yàn)可以用可溶性堿溶液、鐵氰化鉀溶液、硫氰化鉀和氯水等.本題中用過量鹽酸溶解固體，不能用酸性高錳酸鉀溶液，因?yàn)槿芤褐杏蠧l－，容易被酸性高錳酸鉀溶液氧化，對Fe2＋的檢驗(yàn)存在干擾.

變式圖4虛線框中的裝置可用來檢驗(yàn)濃硫酸與木炭粉在加熱條件下反應(yīng)產(chǎn)生的所有氣體產(chǎn)物，填寫下列空白.

圖4

(1)如果將裝置中①②③三部分儀器的連接順序變?yōu)棰冖佗?，則可以檢出的物質(zhì)是_________;不能檢出的物質(zhì)是_________.

(2)如果將儀器的連接順序變?yōu)棰佗邰冢瑒t可以檢出的物質(zhì)是_________;不能檢出的物質(zhì)是_________.

(3)如果將儀器的連接順序變?yōu)棰冖邰?，則可以檢出的物質(zhì)是_________;不能檢出的物質(zhì)是_________.

答案(1)SO2、CO2;H2O.(2)H2O;SO2、CO2.(3)SO2、CO2;H2O.

3 探究型實(shí)驗(yàn)題

該類題型對學(xué)生來說難度較大，主要原因是學(xué)生不能準(zhǔn)確把握出題人的意圖，不知道從何下手.在平時(shí)解題時(shí)可以利用本文的解題策略，靜下心來，認(rèn)真讀題，首先從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，提出合理的假設(shè)，確定可行的原理，然后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)方案，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析得出結(jié)論.這種題型通常也是建立在物質(zhì)制備或物質(zhì)性質(zhì)基礎(chǔ)上的探究，起點(diǎn)雖高，但是落點(diǎn)較低，學(xué)生一旦正確領(lǐng)悟了出題人的意圖，探究起來就得心應(yīng)手，正確解答也不再困難.

例3某興趣小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究SO2與新制Cu(OH)2懸濁液反應(yīng)的產(chǎn)物.按圖5連接好裝置(夾持裝置省略)，打開磁攪拌器，先往CuCl2溶液中加入NaOH 溶液至恰好完全反應(yīng)，再通入過量的SO2，三頸燒瓶中生成大量白色沉淀X.

圖5

(1)制取SO2最適宜的試劑是_________.

A.Na2SO3固體與20%的硝酸

B.Na2SO3固體與20%的硫酸

C.Na2SO3固體與70%的硫酸

D.Na2SO3固體與18.4mol·L－1的硫酸

(2)根據(jù)選定的試劑，虛框中應(yīng)選用_________(填“A”或“B”)裝置;通入SO2過程中不斷用磁攪拌器攪拌的目的是_________.

(3)甲同學(xué)推測X 可能為CuSO3.他取出少量洗滌后的X 加入足量稀硫酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，觀察到________，則甲同學(xué)推測錯(cuò)誤.

(4)乙同學(xué)查閱資料:CuCl為白色固體，難溶于水，能溶于濃鹽酸形成;與氨水反應(yīng)生成，在空氣中會立即被氧化成深藍(lán)色溶液，據(jù)此推測X可能為CuCl.該同學(xué)取出少量洗滌后的白色沉淀X，加入濃鹽酸，沉淀溶解，加水稀釋，又出現(xiàn)白色沉淀，據(jù)此得出乙同學(xué)推測正確.

①從平衡角度解釋加水稀釋重新產(chǎn)生白色沉淀的原因________.

②請?jiān)僭O(shè)計(jì)一種證明該白色沉淀為CuCl的方案:_________.

③三頸燒瓶中生成CuCl的離子方程式為____.

(1)該實(shí)驗(yàn)是為了探究SO2和新制Cu(OH)2懸濁液反應(yīng)的產(chǎn)物，虛框內(nèi)應(yīng)為SO2發(fā)生裝置，制備原理:用Na2SO3固體與70%的硫酸反應(yīng).因?yàn)?0%的硫酸中存在少量的水，該濃度的硫酸可以電離出氫離子與亞硫酸鈉發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硫，若用濃硫酸，則不能電離出氫離子，而若硫酸濃度太小，SO2又可溶于水，使產(chǎn)率降低，因此70%的硫酸最佳.(2)由于亞硫酸鈉遇水溶解，發(fā)生裝置應(yīng)選B，因?yàn)锳裝置一般要求使用塊狀固體;攪拌的目的是:使反應(yīng)物接觸更充分，加快反應(yīng)速率.(3)甲同學(xué)推測X 可能為CuSO3，探究的原理為CuSO3＋H2SO4＝CuSO4＋SO2↑＋H2O.若未觀察到氣泡冒出，則甲同學(xué)推測錯(cuò)誤.(4)由三頸燒瓶中加入的試劑CuCl2和查閱資料所得信息，學(xué)生不難推測出白色沉淀可能為CuCl，從平衡角度解釋加水稀釋重新產(chǎn)生白色沉淀是因?yàn)榇嬖谄胶?，加水使Cl－濃度減小，由于Q＞K，平衡逆向移動，利用題給信息，可以用過量氨水設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明該白色沉淀為CuCl:向白色沉淀X中，加入過量的氨水，露置于空氣中迅速得到深藍(lán)色溶液.綜上所述，結(jié)合SO2有還原性，二價(jià)銅有氧化性，可以寫出三頸燒瓶中SO2與新制Cu(OH)2懸濁液(存在未反應(yīng)完的CuCl2)反應(yīng)生成CuCl的離子方程式為

變式某興趣小組為培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)探究的興趣，設(shè)計(jì)圖6所示實(shí)驗(yàn)來探究與Cu2＋的反應(yīng).

圖6

已知:氯化亞銅(CuCl)為白色立方結(jié)晶或白色粉末，難溶于水.回答下列問題:

(1)若用CuSO4·5H2O 配制100 mL 1 mol·L－1CuSO4溶液，需用托盤天平稱取CuSO4·5H2O 的質(zhì)量為_________.甲同學(xué)在定容時(shí)采用圖7方式觀察，則所配制的CuSO4溶液濃度________(填“偏高”或“偏低”).

圖7

(2)將操作2生成的無色氣體通入氯化鐵溶液，_________(填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)，說明該氣體為SO2，反應(yīng)的離子方程式為_________.

(3)操作2生成的白色沉淀為_________(填化學(xué)式)，生成該沉淀和無色氣體的反應(yīng)離子方程式為________.

答案(1)25.0g;偏低.

(2)溶液由黃色變淺綠(或黃色變淺);SO2＋.

高考中的實(shí)驗(yàn)題，主要以實(shí)驗(yàn)裝置圖為載體，以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及探究分析能力的考查為重點(diǎn)，以物質(zhì)制備的探究型實(shí)驗(yàn)題為命題趨勢，兼顧基本實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)方法、誤差分析、實(shí)驗(yàn)計(jì)算等.因此不僅要求學(xué)生知識儲備要豐富，還對學(xué)生運(yùn)用知識解釋現(xiàn)象、解決問題等能力提出了更高的要求，是對學(xué)生綜合能力的系統(tǒng)性考查，學(xué)生在運(yùn)用自身知識體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)解題策略，按先明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模蠓治鰧?shí)驗(yàn)原理，最后再去解答問題的順序進(jìn)行分析，可以做到目標(biāo)明確，思路清晰，能又快又好地解答實(shí)驗(yàn)題.

(完)