試劑順序有講究 發展能力顯身手

江蘇

高中化學學科核心素養是學生綜合素質的具體體現。其中“證據推理與模型認知”素養中提出要有證據意識，能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽；“科學探究與創新意識”素養中提出能發現和提出有探究價值的問題，能從問題和假設出發，運用化學實驗、調查等方法進行實驗探究。在新的高中《化學課程標準》中還明確提出：“化學實驗是研究和學習物質及其變化的基本方法，是科學探究的一種重要途徑”“體會實驗條件的控制對完成科學實驗及探究活動的作用”。高考試題中對實驗的考查向來是重點，實驗中試劑的滴加順序或者試劑的選擇順序對實驗的結果有重要影響。

在高中教學中，教師要善于發現和挖掘有關試劑順序的實驗，并引發學生思考、引導學生進行探究。下面我就通過幾個案例來談談在實驗過程中如何通過試劑的滴加或選擇順序來探究物質的檢驗或性質，并通過高考試題的解析，培養學生能力，提升學生的化學學科核心素養。

一、離子檢驗中顯身手

【例1】(2018·天津卷·4·節選)由下列實驗及現象推出的相應結論正確的是

( )

實驗現象結論D.①某溶液中加入Ba(NO3)2溶液②再加足量鹽酸①產生白色沉淀②仍有白色沉淀原溶液中有SO2-4

【例2】下列設計的實驗方案能達到實驗目的的是

( )

B.向氯水中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，產生白色沉淀，說明氯水中含有Cl-

C.檢驗溶液中是否含有Fe2+：取少量待檢驗溶液，向其中加入少量新制氯水，再滴加KSCN溶液，觀察實驗現象

D.向某溶液中加入稀鹽酸，產生的氣體通入澄清石灰水，石灰水變渾濁，該溶液一定是碳酸鹽溶液

【答案】B

問題如下：①白色沉淀一定是硫酸鋇嗎？②加稀鹽酸的作用是什么？能換成稀硝酸嗎？③滴加BaCl2溶液和稀鹽酸有先后之分嗎？

這種試劑滴加順序的檢驗在Fe2+的檢驗中也有異曲同工之處，在蘇教版化學《必修1》“鐵、銅及其化合物的應用”這一節中，其中一個重要知識點就是Fe2+和Fe3+的檢驗，常用的方法有3種，如表1。

表1 Fe2+和Fe3+的區別方法

這是對已知的Fe2+和Fe3+的鑒別，但對于未知溶液中是否存在少量的Fe2+，上面3種方法就顯得說服力不足。方法一，若溶液中Fe2+濃度比較小或者含有其他有色離子，則不能鑒別Fe2+是否存在。方法二，加氫氧化鈉溶液產生的白色沉淀的還可能是Mg2+等；方法三，加KSCN溶液無現象，那就存在太多的可能性了。那么該如何檢驗呢？其實最有效的方法還是依靠KSCN溶液這種特效試劑來進行檢驗，具體方法是先加KSCN溶液無現象，再加幾滴氯水，溶液立即變成血紅色，則說明含有Fe2+。

二、物質探究中顯身手

【例3】(2018·全國卷Ⅱ·28·節選)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合鐵酸鉀)為亮綠色晶體，可用于曬制藍圖。回答下列問題：

(2)某小組為探究三草酸合鐵酸鉀的熱分解產物，按下圖所示裝置進行實驗。

①通入氮氣的目的是________________。

②實驗中觀察到裝置B、F中澄清石灰水均變渾濁，裝置E中固體變為紅色，由此判斷熱分解產物中一定含有________、________。

③為防止倒吸，停止實驗時應進行的操作是________________________________。

【答案】(2)①隔絕空氣、使反應產生的氣體全部進入后續裝置 ②CO2CO ③先熄滅裝置A、E處的酒精燈，冷卻后再停止通入氮氣

【解析】(2)①通入氮氣的目的是趕走空氣，防止空氣中的CO2影響實驗，并使反應產生的氣體全部進入后續裝置；②B處澄清石灰水變渾濁，則證明熱分解產物中含有二氧化碳；E處固體變為紅色，F處澄清石灰水變渾濁，則證明分解產物中含有CO。③先熄滅裝置A、E處的酒精燈，冷卻后再停止通入氮氣，這是防倒吸的常見操作。

【追本溯源】在蘇教版化學《必修1》中“硫酸的制備與性質”這一節，在“觀察與思考”實驗中對濃硫酸脫水性進行了探究，根據實驗現象，蔗糖變黑，呈蓬松狀，有刺激性氣味氣體產生，由此我們分析可能生成的氣體有CO2、SO2，那么如何設計實驗來檢驗呢？這兩種氣體的檢驗有沒有先后順序之分呢？其實，可以把上述兩個問題進行分解：①如何檢驗CO2、SO2；②SO2能使澄清石灰水變渾濁嗎？如何排除干擾？③需不需要檢驗干擾氣體是否排凈了呢？如何檢驗？

經過一番思考后，得出結論：先通入品紅溶液，若溶液褪色說明含有SO2，然后再通入酸性KMnO4溶液，除去SO2，再通入品紅溶液來檢驗SO2是否除干凈，最后通入澄清石灰水，若石灰水變渾濁，則說明含有CO2。(圖1為實驗裝置圖)

圖1

【點評】通過上面實驗中試劑順序的選擇，不僅培養了學生的探究能力，還培養了學生全面思考問題的能力。

對于實驗試題中出現了兩次的同種試劑，一般是前者是用于檢驗某種物質，然后通過后續的操作進行除去，第二次出現是再次驗證該物質，有的是判斷是否除干凈，有的是驗證新反應中是否產生該物質。

三、物質除雜中顯身手

【例4】(2016·全國卷Ⅰ·10·節選)下列實驗操作能達到實驗目的的是

( )

B.用向上排空氣法收集銅粉與稀硝酸反應產生的NO

D.將Cl2與HCl混合氣體通過飽和食鹽水可得到純凈的Cl2

【解析】由于NO易與空氣中的氧氣反應生成NO2，沒有考慮除雜，B項錯誤；將Cl2與HCl混合氣體通過飽和食鹽水，只除去了HCl氣體，同時又引入了新雜質水蒸氣，D項錯誤。

【例5】(2019·全國卷Ⅲ·26·節選)高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦(還含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制備，工藝如下圖所示。回答下列問題：

相關金屬離子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+開始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9

(2)“氧化”中添加適量的MnO2的作用是______________________________________________。

(3)“調pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應調節為________～6之間。

(4)“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“濾渣3”的主要成分是________。

【答案】(2)將Fe2+氧化為Fe3+(3)4.7 (4)NiS和ZnS

【解析】(2)本題首先要學會看懂表格中離子沉淀的pH，我們要得到MnSO4則要保留Mn2+，而Mn2+在pH為8.1時開始沉淀，但是Fe2+在8.3才完全沉淀，因此要先把Fe2+轉化成Fe3+。二氧化錳作氧化劑，使MnS反應完全，同時將溶液中Fe2+氧化為Fe3+。(3)由表中數據知pH在4.7時，Fe3+和Al3+沉淀完全，所以應該控制pH在4.7～6之間。(4)根據題干信息，“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，所以加入Na2S是為了除去Zn2+和Ni2+，所以濾渣3是生成的沉淀ZnS和NiS。

【追本溯源】在蘇教版化學《必修1》“氯氣的實驗室制法”中，用MnO2與濃鹽酸制取氯氣，在演示實驗后引導學生思考按照書本上的裝置進行反應，制取的氯氣是否是純凈的氯氣(如圖2所示)，如果得到的不是純凈的氯氣，可能含有什么雜質？又應該增加什么裝置來除去雜質氣體呢？這些雜質氣體的除去有先后順序嗎？以此引發學生思考，討論以后可知，應該先用飽和食鹽水除去HCl氣體，再用濃硫酸除去水蒸氣，如果順序顛倒會帶入水蒸氣，從而不能得到純凈的氯氣，正確的裝置如圖3所示。在此過程中，不僅培養了學生分析問題、解決問題的能力，還培養了學生嚴謹的思維能力。

圖2

圖3 實驗室制氯氣裝置示意圖