“物質制備及性質”型實驗題的考查特點和解題策略

福建

“化學實驗與探究能力”是高考《考試大綱》要求的三大學習能力之一，“科學探究與創新意識”是化學學科核心素養的核心。因此，每年高考的實驗綜合題都備受關注。“物質制備及性質”型實驗是近年高考實驗綜合題的熱點題型之一。分析近年高考“物質制備及性質”型實驗題的考查特點，對學生進行解題策略指導，不僅可以提高學生應對實驗綜合題的解題能力，而且可以提升學生的“科學探究與創新意識”素養。從物質制備及產物類別看，近幾年全國卷及省市自主命卷中“物質制備及性質”型實驗題其主要分為單質制備和化合物制備。化合物制備分成無機物制備和有機物制備。

一、“物質制備及性質”型實驗題的構成要素

二、“物質制備及性質”型實驗題的考查特點

“物質制備及性質”實驗一般包括制備前的準備、制備中的操作過程和實驗條件的控制、制備后的處理三個階段。實驗前的準備著重考查試劑選擇、反應原理、儀器選擇和組裝；實驗中著重考查反應條件的控制、操作要點、反應進程判斷和實驗現象的描述，實驗后主要考查產物分離提純(除雜、干燥)、收集或相關物質性質的應用、產物檢驗、產率計算和誤差分析，往往伴隨裝置或者制法原理的改進與評價。“物質制備及性質”的考查以化合物制備尤為常見。其中，無機物的制備與性質試題側重關注：①裝置氣密性檢查；②儀器連接順序；③實驗原理和反應原理(含方程式)；④實驗操作注意事項；⑤各部分裝置的作用和實驗現象解釋；⑥實驗方案(或實驗裝置)優劣評價及改進。有機物的制備與性質試題側重關注：①實驗裝置組裝和儀器識別；②實驗操作注意事項；③實驗步驟中的反應原理及某些試劑的作用；④有機產物分離與提純；⑤有機物產率計算。

三、“物質制備及性質”型實驗題的解題程序

1.巧審題，明確實驗目的和原理

根據題給信息獲取實驗目的，融合所學的基本理論、化學反應原理獲取實驗原理。分析制備過程中是否有副反應發生及目標產物是否需特殊保護等。遵循科學性、可行性、安全性、簡約性原則。以促進主反應和抑制副反應為指導思想，整體理解實驗方案和實驗原理。

2.善思考，理清操作步驟的先后順序

結合實驗原理，分析實驗方案中每個步驟的目的、原理和先后順序。特別要理清制備后除雜提純操作的原理與先后關系。

3.看圖表，分析每個裝置的作用

結合實驗原理，理解實驗裝置作用和表格提供的信息。分析進入每一個裝置的物質有哪些。這些物質吸收了裝置中的什么物質(或反應生成什么物質)。如果缺少該裝置，可能引起什么后果？以此獲得每個裝置的作用及表格中信息在實驗中的應用。

4.悟規律，得出正確結論

實驗現象(或數據)背后往往隱藏著化學反應原理和規律。從實驗現象(或數據)入手，深入剖析實驗成敗的關鍵因素(或計算、推理論證，分析誤差產生的原因)。

四、“物質制備及性質”型實驗題真題分析

1.試題呈現

(2018·全國卷Ⅰ·26)醋酸亞鉻[(CH3COO)2Cr·2H2O]為磚紅色晶體，難溶于冷水，易溶于酸，在氣體分析中用作氧氣吸收劑。一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價鉻還原為二價鉻；二價鉻再與醋酸鈉溶液作用即可制得醋酸亞鉻。實驗裝置如圖1所示，回答下列問題：

圖1

(1)實驗中所用蒸餾水均需經煮沸后迅速冷卻，目的是________，儀器a的名稱是________。

(2)將過量鋅粒和氯化鉻固體置于c中，加入少量蒸餾水，按圖連接好裝置，打開K1、K2，關閉K3。

①c中溶液由綠色逐漸變為亮藍色，該反應的離子方程式為______________。

②同時c中有氣體產生，該氣體的作用是______________。

(3)打開K3，關閉K1和K2。c中亮藍色溶液流入d，其原因是______________；

d中析出磚紅色沉淀，為使沉淀充分析出并分離，需采用的操作是________、________、洗滌、干燥。

(4)指出裝置d可能存在的缺點：__________。

2.試題簡介和評價

3.試題詳細解析

(1)由題給信息醋酸亞鉻[(CH3COO)2Cr·H2O]用作O2吸收劑可知Cr2+易被O2氧化。本實驗中的“物質體系”包括溶劑、反應物、產物、外界空氣、內部空氣、水中空氣，所以“操作體系”需要盡可能避免與O2接觸：蒸餾水須經煮沸后迅速冷卻(溶劑中不含O2)、反應裝置不能是敞開體系(反應裝置內不含O2)、排除裝置內空氣(產品不與空氣中O2接觸)、分離提純不能蒸發濃縮(產物不與空氣中O2接觸)。氣體的溶解度隨溫度升高而減小，煮沸后迅速冷卻可使水中不含O2，防止Cr2+被O2氧化。分析儀器a的結構特征，可知其為滴液(或分液)漏斗。

(3)①制備醋酸亞鉻時利用產生的氫氣制造還原性氣氛，同時利用高壓氫氣使CrCl2溶液進入裝置d并與醋酸鈉作用生成醋酸亞鉻。打開K3并關閉K1、K2，此時c中Zn與稀HCl反應產生的H2使c中壓強增大，大于外界大氣壓，故c中溶液被壓入d中。②醋酸亞鉻易被O2氧化，故分離提純時不能蒸發濃縮。同時考慮到醋酸亞鉻難溶于冷水，故需采用(冰浴)冷卻、過濾、洗滌、干燥的操作使其充分析出并分離。

4.試題參考答案

(1)去除水中的溶解氧 滴液(或分液)漏斗

(3)c中Zn與稀HCl反應產生H2，導致c中壓強增大，大于外界大氣壓；(冰浴)冷卻 過濾

(4)裝置d處于敞開狀態，容易造成部分醋酸亞鉻被空氣的O2氧化生成醋酸鉻，從而使制得的產品不純

五、“物質制備及性質”型實驗題變式訓練

1.試題呈現

圖2

請回答下列問題：

(1)儀器A的名稱是________，由該儀器加入的試劑為________。

所有患者待血藥濃度達到穩態后（藥品說明書注明為連續給藥5次后），于下次給藥前30 min抽取靜脈血3 mL，分離血清，采用熒光偏振免疫法（FPIA）以TDx-FLx型熒光偏振免疫分析儀監測患者體內萬古霉素的血藥谷濃度，所用儀器以及定標、質控、檢測試劑盒均由美國Abbott公司提供。該方法血藥濃度檢測范圍為0.5～100 mg/L，隨行質控樣品不少于5%[10]。根據患者監測結果，按＜10、10～15、＞15～20、＞20 mg/L等4個組分析萬古霉素血藥谷濃度的分布情況。

(2)實驗中所用蒸餾水均需煮沸處理的原因是______________。

(3)儀器D的主要作用是______________。

(4)產生H2后，使B中生成的CrCl2溶液與C中的醋酸鈉溶液順利混合采取的操作是________(填“打開”或“關閉”，下同)閥門1、________閥門2。

(5)本實驗中鋅粒保持過量的原因是(寫2條)：①________________；②________________。

(6)若實驗時參與反應CrCl3溶液中含溶質6.34 g(假設其余反應物均足量)，最終獲得5.64 g純凈物[Cr(CH3COO)2]2·2H2O(摩爾質量376 g·mol-1)。利用以上數據計算該產品的產率為________。

(7)該實驗裝置也可用于制取氫氧化亞鐵沉淀。若要求白色絮狀的氫氧化亞鐵沉淀能保持較長時間，則以下儀器中應裝入的試劑為：A________、B________、C________。(填化學式)

2.試題參考答案

(1)滴液(或分液)漏斗 稀鹽酸與CrCl3溶液

(2)使溶劑水中不含O2，防止Cr2+被O2氧化

(3)盛水，起到液封，隔絕空氣，防止[Cr(CH3COO)2]2·2H2O被氧化的作用

(4)打開 關閉

(5)①Zn與CrCl3溶液反應生成CrCl2；②Zn與稀HCl反應產生足量H2，排盡裝置內空氣的同時，也可增大B中壓強，把B中生成的CrCl2溶液壓入C中與醋酸鈉反應

(6)75%

(7)H2SO4(或HCl) Fe NaOH(或KOH)

3.試題分析思維導圖

制[Cr(CH3COO)2]2·2H2O

[Cr(CH3COO)2]2·2H2O↓+4NaCl

(1)制H2排空氣

(2)制CrCl2

(3)制目標產物根據質量

計算產率

4.試題詳細解析

(1)根據儀器構造特征，A為滴液(或分液)漏斗。B中發生兩個反應：①Zn與CrCl3溶液反應生成CrCl2；②Zn與稀HCl反應產生足量H2，排盡裝置內空氣的同時，也可增大B中壓強，把B中生成的CrCl2溶液壓入C中。故由該儀器加入的試劑為稀HCl和CrCl3溶液。

(2)Cr2+極易被O2氧化，故除用H2排除裝置中的空氣(O2)外，配制所用溶液的蒸餾水均需煮沸除去溶解氧。

(3)為防止裝置外的空氣(O2)進入裝置中將醋酸亞鉻水合物氧化，因此儀器D中燒杯盛水能起到液封，隔絕空氣的作用。

(4)使處于不同區域的兩種溶液混合，可利用氣體引起壓強增大，將一種液體壓入另一種液體中。故閥門1、2分別打開、關閉時，產生的氫氣增大B中壓強，把B中生成的CrCl2溶液壓入C中，并與C中醋酸鈉混合。

(5)本題中鋅有以下作用：①與CrCl3充分反應得到CrCl2；②與稀HCl反應產生足量H2，排盡裝置內空氣的同時，也可增大B中壓強，把B中生成的CrCl2溶液壓入C中，并與C中醋酸鈉反應生成[Cr(CH3COO)2]2·2H2O。