化學實驗考查的兩大主題

曹桂禎

實驗試題從考查內容分不外乎兩類：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分解反應速率的影響，H2O2分解的熱效應制備探究綜合

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

四川制備硫代硫酸鈉晶體（Na2S2O3·5H2O），檢測所含雜質一、制備分離提純類

物質制備可考查物質性質和化學反應原理，物質純化過程可考查分離提純的方法，循環利用和環保則可考查綠色化學思想（如圖1）。化工生產是將化學實驗室少量物質的制備變成規模化生產，該過程與實驗室的物質制備在原理上是相通的，因此以化工生產為背景的試題，本質上也是物質制備題。

圖1

在了解物質制備類試題的結構特點和考查內容后，該如何應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制備、分離提純的基本規律，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？再如氧氣、二氧化碳、氨氣和氯氣的實驗室制法，要以“反應原理-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（如圖2）。其次，要建構起分離提純方法與其適用條件之間的對應關系（如圖3），對每一種方法的原理和操作細節能做到如數家珍，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，再轉動旋塞；下層液體下口流出，上層液體上口倒出”；對“蒸發”要知道一些特殊的方法“用酸抑制鹽的水解；通過加熱蒸發、冷卻結晶等操作得到結晶水合物”。只要對物質制備過程的細節、物質提純分離的實驗基本技能了然于胸，解題時就能根據實驗過程的需要迅速提取，應答自如。

圖2

圖3

例1（天津高考節選）FeCl3在現代工業生產中應用廣泛。某化學研究性學習小組模擬工業流程制備無水FeCl3，再用副產品FeCl3溶液吸收有毒的H2S。

Ⅰ.經查閱資料得知：無水FeCl3在空氣中易潮解，加熱易升華。他們設計了制備無水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中的副產品FeCl3溶液吸收H2S，得到單質硫；過濾后，再以石墨為電極，在一定條件下電解濾液。

（6）FeCl3與H2S反應的離子方程式為 。

（7）電解池中H+在陰極放電產生H2，陽極的電極反應式為 。

（8）綜合分析實驗Ⅱ的兩個反應，可知該實驗有兩個顯著優點：

①H2S的原子利用率為100%；② 。

解析本題重點考查了物質制備過程中的反應原理，遇到特殊情況的處理方法（使沉積的FeCl3進入收集器），根據物質的特殊性質創設特殊環境（FeCl3易潮解應避免其接觸到水）和采用特殊收集方法（FeCl3易升華應冷凝后收集），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FeCl3的循環利用）。試題的大部分問題都是平時練習中遇到過的，只要通過復習理解物質制備的流程和方法，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。

歸根結底還是離不開物質的檢驗或檢測。實驗的本質是條件控制下的觀察，實驗條件的控制取決于實驗目的。“有比較才有鑒別”，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、實驗目的和實驗結論三者之間的關系（如圖5），重復實驗（平行實驗）、空白對照實驗的設計等也是探究類實驗試題考查的重要內容。

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物質展開，這就要求熟練掌握常見氣體、離子、有機物的檢驗方法，熟悉定量檢測物質的常用方法（如圖6）。復習時有兩點特別值得注意：一是物質檢驗的考查方式正變得越來越靈活，例如在“設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；再如檢驗某鐵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注影響實驗結果準確性的細節，例如運用質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容器中而多排出氣體造成誤差。

圖6

例2（2012年安徽高考節選）工業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）發生反應：PbSO4（s）+CO2-3（aq） PbCO3（s）+SO2-4（aq）。某課題組用PbSO4為原料模擬該過程，探究上述反應的實驗條件及固體產物的成分。

（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溶液均可實現上述轉化，在 溶液中PbSO4轉化率較大，理由是 。

（3）查閱文獻：上述反應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。該課題組對固體產物（不考慮PbSO4）的成分提出如下假設，請你完成假設二和假設三。

假設一：全部為PbCO3；

假設二： ；

假設三： 。

（4）為驗證假設一是否成立，課題組進行如下研究。

①定性研究：請你完成下表中內容。

實驗步驟（不要求寫出具體操作過程）預期的實驗現象和結論

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，測得固體質量隨溫度的變化關系如圖7。

圖7

某同學由圖中信息得出結論：假設一不成立。你是否同意該同學的結論，并簡述理由： 。

解析本題是一道探究類試題。根據題中的“查閱文獻”可知上述反應所得固體產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”。為判斷假設一是否成立，題中首先采用了定性研究的方法，根據假設一與假設二、三的區別在于假設一的分解產物中沒有水，可通過無水硫酸銅檢驗分解產物中是否有水來判斷假設一是否成立；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，通過比較假設一的理論值與實際值是否吻合判斷該假設是否成立。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，只要復習時培養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，反觀我們的實驗復習，顯然在組織復習和選擇實驗題進行訓練時都應當牢牢抓住“物質制備——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，從容地以不變應萬變。

（收稿日期：2015-01-15）