借“防”突破性質探究類實驗綜合題的“難點”

湖南 周學興 傅紹斌

1 考查背景

教育部網站2021年1月31日發布《教育部關于做好2021年普通高校招生工作的通知》中強調“深化考試內容改革。2021年高考命題要堅持立德樹人，加強對學生德智體美勞全面發展的考查和引導。要優化情境設計，增強試題開放性、靈活性，充分發揮高考命題的育人功能和積極導向作用，引導減少死記硬背和‘機械刷題’現象。”高考命題應遵循高考的考查目標和考查要求，明確“考什么”和“怎么考”，并保證試題的科學性、公平性和權威性，以提高測量的信度、效度和區分度。試題要立足基礎、凸顯能力、關注現實、彰顯學科特點。《中國教育報》上發表的《牢記立德樹人使命，寫好教育考試奮進之筆》中闡述了高考命題的基本要求、基本步驟和基本原則，也為模擬試題的原創命制提供了方向。探究類實驗題考查角度多樣，能夠充分體現試題的開放性、靈活性。近五年高考化學真題中探究類實驗題的考查載體與考查角度如表1所示。

表1 近五年探究類實驗題考情統計

性質探究類實驗主要考查的是物質的檢驗，而性質檢驗的過程中的重點就是防干擾。雖然這類試題近幾年的考頻不高，但這類試題能較好地考查學生的實驗探究能力，是未來實驗題的重要考查趨勢。

2 解題模型

在解決性質探究類試題時應思考物質檢驗的方法，思考是否有“防干擾”的對象。若被檢驗的物質對象主要是氣體，往往有如圖1所示模型。

圖1

解題時應先思考好需要“防干擾”的對象，然后需要在平時的練習中積累各種“防干擾”所需要注意的關鍵點，包括試劑選擇、實驗操作等，有助于考生從宏觀層面上快速突破性質探究類實驗綜合題。

2.1 常見混合氣體的檢驗方法

混合氣體的檢測，需要明確實驗目的。單一氣體的檢驗方法是解決問題的基礎，混合氣體的檢驗方法更加注重實驗的順序和干擾的排除。

圖2

表2 常見混合氣體的檢驗

2.2 常見離子(固體)的檢驗

固體的檢驗，往往是將其轉化為溶液中離子的檢驗，比如檢驗Fe3O4固體時，可先利用酸將固體溶解后，再檢驗溶液中的Fe3+、Fe2+。其他固體一般先需要溶解，再進行檢驗。

【例1】(2017·全國卷Ⅲ·26)綠礬是含有一定量結晶水的硫酸亞鐵，在工農業生產中具有重要的用途。某化學興趣小組對綠礬的一些性質進行探究。回答下列問題：

(1)在試管中加入少量綠礬樣品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液顏色無明顯變化。再向試管中通入空氣，溶液逐漸變紅。由此可知：________、________。

(2)為測定綠礬中結晶水含量，將石英玻璃管(帶兩端開關K1和K2)(設為裝置A)稱重，記為m1g。將樣品裝入石英玻璃管中，再次將裝置A稱重，記為m2g。按圖3連接好裝置進行實驗。

圖3

①儀器B的名稱是________。

②將下列實驗操作步驟正確排序：______________(填標號)；

重復上述操作步驟，直至A恒重，記為m3g。

a.點燃酒精燈，加熱

b.熄滅酒精燈

c.關閉K1和K2

d.打開K1和K2，緩緩通入N2

e.稱量A

f.冷卻到室溫

③根據實驗記錄，計算綠礬化學式中結晶水數目x=________(列式表示)。若實驗時按a、d次序操作，則使x________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。

(3)為探究硫酸亞鐵的分解產物，將(2)中已恒重的裝置A接入如圖4所示的裝置中，打開K1和K2，緩緩通入N2，加熱。實驗后反應管中殘留固體為紅色粉末。

圖4

①C、D中的溶液依次為________(填標號)。C、D中有氣泡冒出，并可觀察到的現象分別為________。

a.品紅 b.NaOH c.BaCl2

d.Ba(NO3)2e.濃H2SO4

②寫出硫酸亞鐵高溫分解反應的化學方程式________________________________。

【答案】(1)樣品中沒有Fe3+Fe2+易被氧氣氧化為Fe3+

(3)①c、a 生成白色沉淀、褪色

【解題思路】本題(1)問考查了物質檢驗的探究；(2)問考查了結晶水的含量及化學式的測定；(3)考查分解產物的檢驗，需先經理論分析，硫酸亞鐵隔絕空氣受熱分解，最終產生紅棕色固體Fe2O3，說明鐵元素被氧化，則產物中應有SO2，根據得失守恒可知Fe2O3與SO2的物質的量相同，結合鐵與硫的原子個數比，可知還有產物SO3。

圖5

綜上所述，可發現性質探究類實驗題的考查角度，可能是對物質受熱分解產物的檢驗，也可能是通過物質的確定，探究正確書寫分解方程式，還可能結合定量分析確定分解產物的比例關系。解決此類問題應先掌握以下常見物質的分解規律，仍需依據題干信息，及裝置信息，共同分析。

(1)金屬硫酸鹽分解的一般規律：

含結晶水的硫酸鹽→得到無水硫酸鹽→分解產生金屬氧化物+SO3→金屬氧化物+SO2+O2

(2)硝酸鹽的熱分解有三種情況：

(3)草酸及草酸鹽的分解：常含有CO、CO2混合產物氣體。

大部分氣體參與的實驗氣體常有與其性質相關的作用。比如該題考查反應前通入N2的目的，往往是為了趕走空氣，防止空氣中O2氧化Fe2+；再比如常見氣體(除水蒸氣外)與固體反應前，需要先干燥。

3 回歸教材

高考試題具有“源于教材，高于教材”的特點，性質探究突破的重要基礎是回歸教材，找到與試題相匹配的教材知識。具體案例，見表3。

表3

此類實例還有許多，在高三化學一輪復習過程中，教師應把握教材中知識體系，回歸教材，讓學生理解知識，掌握方法，并能用所學解決實際問題。

4 結束語

不少省份已經進入新高考。實驗題考查題型將逐步由過去的制備類試題轉向性質探究類試題，最終轉向實驗試題開放性的原理探究類。考題的設問也將逐步從“是什么”“為什么”轉向“怎么做”。由“分析問題”到“發現問題，解決問題”轉變。

在教學過程中，幫助學生構建“防”字在性質探究實驗題的巧妙作用。可引導學生先利用“防”字自主設計實驗方案，再進行習題的分析。比如拋出問題：探究草酸受熱分解的產物。教師可提供陌生物質草酸的相關性質→引導學生設計單個物質如何檢驗的方案及試劑→“防”字確定檢驗順序→最終確定實驗裝置連接順序→檢驗方案→提供常見的檢驗方案→分析學生的部分不足。

實驗綜合題的考查，往往不再是單一的考查形式，在研究化學物質的過程中，首先是分離提純得到物質，然后通過性質探究與定量結合進行元素和化學式組成的確定，再引發如何設計實驗方案制備該物質，最終研究該物質的化學性質進行原理探究。這些，決定了未來化學實驗題的設置往往是多元化的，走進實驗室，感悟真實實驗，有助于突破考題。