明目的，析原理，看過程，守規范
——淺談實驗綜合題的解題策略

山東 鑒培培 劉樹領

(作者單位：山東省北鎮中學)

實驗是化學的基本特征，是探究物質性質與變化、制備方式與用途的主要方法，同時也是宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學態度與社會責任等化學學科核心素養的滲透載體，因而實驗成為命題的重要組成，體現了命題的基礎性、綜合性、應用性與創新性等特點。實驗綜合題盡管常以教材實驗衍生、工業產品的制備流程、科技成果轉化、性質探究、原理分析等為背景，呈現真實問題情境，凸顯化學學科的應用性，但由于涉及的知識點較多，既考查學生對實驗基本操作、基本裝置的掌握情況，又考查元素化合物知識、反應基本原理以及學生完成實驗和探究實驗的能力，使得實驗綜合題成為教師教學、學生學習的重難點題型，對于教師在教學中如何克服此教學難點，筆者有以下幾點建議。

1.研究實驗綜合題的命題特點，提高教學的指向性

實驗綜合題的三大類型分別是物質制備分離型、性質原理探究型、定量測定分析型，其中探究型實驗和定量測定實驗逐漸有成為主流題型的趨勢。題目一般由題干、裝置或者流程圖、問題三部分組成，只不過陌生信息提示部分試題出現在題干中、部分試題隱含在問題中、部分試題以文本形式展現，也有部分試題以圖表形式展現。試題的文字閱讀量一般在650字符左右，設空一般約為7～10空，分值約為12～15分。考查的知識點主要有常用儀器的識別、用途和使用方法，實驗基本操作、實驗安全及實驗事故處理，常見氣體的實驗室制法，物質的檢驗、分離和提純，儀器連接或實驗步驟設計、評價或改進實驗方案，實驗條件的控制，實驗數據的處理，方程式書寫等。

2.構建實驗綜合題的解題模型

首先閱讀題目信息，明確實驗的目的，即知道實驗想做什么。其次分析完成實驗的方法或實驗原理是什么，進而根據原理中物質的性質與反應條件來完成實驗器材的選擇與實驗方案設計，從而對實驗過程有個整體上的認識與理解。再其次根據題干或題設中描述的實驗過程或提出的問題，進一步理清實驗裝置及實驗步驟的意圖。最后根據問題要求進行規范答題即可。具體解題模型如圖1所示。

圖1 實驗綜合題的解題模型及其關系

其中，模型分析的關鍵就是對反應原理的分析，即分析反應條件，如加熱、高溫、具體溫度、催化劑、通電、隔絕空氣或在空氣中反應等條件，進而確定加熱的儀器或達到反應條件的方式，如是否用到溫度計、隔絕空氣需要加隔離層(或液封)、通電則需要外加電源及正負極的連接等問題。物質性質則需要對熟悉的反應物、生成物從毒性、氣味、密度、溶解性、易燃易爆、還原性(或還原性強弱)、酸堿性、穩定性等角度去思考，若是陌生知識則需要依據題干中對陌生物質的性質介紹，從分類、價態兩大角度去預測分析，這樣就能較快厘清實驗器材、試劑的用途及實驗過程，利于從整體上理解命題的意圖及解答問題的規范。

3.重視典題講解的示范性

盡管教學質量的提高離不開具體題目的強化與鞏固訓練，但教師若過度依賴于海量題目來訓練學生，學生是不可能靈活運用知識解決實際問題并取得理想成績的，除了個別知識點的熟練而固化外，遇到陌生的、新穎的問題仍然是束手無策，因此要把學生從題海中撈上來，教師就必須先跳入題海，精選習題，并能對習題進行高質量的嫁接、改編與變式，以確保題目的典型性、代表性、新穎性，從而在知識考查角度更基礎、全面與綜合，在讀題、解題、規范以及思維的嚴謹性、深刻性等方面具有系列啟發性。教師選擇典題時最好優先考慮高考真題或根據課時內容進行適當節選或改編，畢竟高考真題是命題專家長期研究《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》《中國高考評價體系》及其說明，并結合其個人淵博的化學學科專業知識，使得貼近生活、工農業生產、科技發展與前沿等涉及高中化學核心的知識得到更全面、科學的考查結果，所以教師在講解實驗典題時，不能無節制地對非教材知識進行補充與拓展，而應引導學生從題干中如何獲得有用信息、如何類比遷移、如何分析物質性質與變化、如何規范解答問題等角度去思考。總之，教師引導學生思維的基點具體化、思維過程直觀化，同時引導學生思考試題考查的基本知識點有哪些、解題的基本思路在哪、關鍵點在哪等等，進而提升舉一反三、靈活解答具體問題的能力。

【例1】(2020·全國卷Ⅱ·27)苯甲酸可用作食品防腐劑。實驗室可通過甲苯氧化制苯甲酸，其反應原理簡示如下：

表1

實驗步驟：

(1)在裝有溫度計、冷凝管和攪拌器的三頸燒瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(約0.03 mol)高錳酸鉀，慢慢開啟攪拌器，并加熱回流至回流液不再出現油珠。

(2)停止加熱，繼續攪拌，冷卻片刻后，從冷凝管上口慢慢加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液，并將反應混合物趁熱過濾，用少量熱水洗滌濾渣。合并濾液和洗滌液，于冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化至苯甲酸析出完全。將析出的苯甲酸過濾，用少量冷水洗滌，放在沸水浴上干燥。稱量，粗產品為1.0 g。

(3)純度測定：稱取0.122 g粗產品，配成乙醇溶液，于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液，用0.010 00 mol·L-1的KOH標準溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50 mL的KOH標準溶液。

回答下列問題：

(1)根據上述實驗藥品的用量，三頸燒瓶的最適宜規格為________(填標號)。

A.100 mL B.250 mL C.500 mL D.1 000 mL

(2)在反應裝置中應選用________冷凝管(填“直形”或“球形”)，當回流液不再出現油珠即可判斷反應已完成，其判斷理由是______________________。

(3)加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液的目的是

；

該步驟亦可用草酸在酸性條件下處理，請用反應的離子方程式表達其原理：______________________。

(4)“用少量熱水洗滌濾渣”一步中濾渣的主要成分是____________________。

(5)干燥苯甲酸晶體時，若溫度過高，可能出現的結果是________。

(6)本實驗制備的苯甲酸的純度為________；據此估算本實驗中苯甲酸的產率最接近于________(填標號)。

A.70% B.60% C.50% D.40%

(7)若要得到純度更高的苯甲酸，可通過在水中________的方法提純。

【參考答案】(1)B

(2)球形 無油珠說明不溶于水的甲苯已經被完全氧化

(3)除去過量的高錳酸鉀，避免在用鹽酸酸化時，產生氯氣

(4)MnO2

(5)苯甲酸升華而損失

(6)86.0% C

(7)重結晶

【知識延伸】混合物分離與提純的方法：主要從各組分的狀態、水溶性、熔沸點等物理性質的角度去考慮分離與提純方法，如固液分離用過濾、相溶液體之間用蒸餾、不溶液體之間用分液、固體之間分離用重結晶、富集(或提高)溶質濃度用萃取等；其次從各組分的化學性質角度去分析，如常見的沉淀法、氣化法、分解法、轉純法、酸堿調節法等。但注意氣體混合物的分離與提純常利用洗氣法，原理不僅可利用氣體的物理性質，如氯氣中的氯化氫可利用飽和食鹽水除去、氯化氫中的氯氣可利用四氯化碳來除去、氯氣中的水蒸氣可利用濃硫酸來除去等，也可利用化學性質，如二氧化碳中的二氧化硫可利用飽和碳酸氫鈉溶液來除去、甲烷中的乙烯氣體可利用溴水或溴的四氯化碳溶液來除去等。

隔絕空氣條件下，加熱無水Na2SO3固體得到黃色固體A，過程中未檢測到氣體生成。黃色固體A加水得到濁液，放置得無色溶液B。

(1)檢驗分解產物Na2S：取少量溶液B，向其中滴加CuSO4溶液，產生黑色沉淀，證實有S2-。反應的離子方程式是____________________。

(3)探究(2)中S的來源

來源1：固體A中有未分解的Na2SO3，在酸性條件下與Na2S反應生成S。

來源2：溶液B中有Na2Sx，加酸反應生成S。

針對來源1進行如圖2實驗：

圖2

①實驗可證實來源1不成立。實驗證據是______________________。

②不能用鹽酸代替硫酸的原因是______________________。

③寫出來源2產生S的反應的離子方程式：

________________。

(4)實驗證明Na2SO3固體熱分解有Na2S、Na2SO4和S產生。運用氧化還原反應規律分析產物中S產生的合理性：______________________。

(2)取少量上層清液，滴加BaCl2溶液，產生白色沉淀

【技巧點撥】物質性質或成分探究型實驗題的原理可以從價態、類別角度做出大致預測，并結合題給信息及熟知元素化合物性質、實驗基本操作等做進一步的原理優化。如本題亞硫酸鈉的歧化分解既可以預測又可以結合題給信息，硫離子、硫酸根離子的檢驗是熟知內容，多硫化物的生成與性質屬于題給信息等。常見酸堿性強弱的探究，既可以從對應的等濃度鹽溶液的pH大小分析，也可以從復分解反應角度分析，同時也可以從元素周期律角度來判斷最高價含氧酸(或堿)酸堿性強弱等。氧化性(或還原性)則可以從氧化還原反應角度分析，也可以從元素周期律角度判斷等。

【例3】(2020·山東卷·20)某同學利用Cl2氧化K2MnO4制備KMnO4的裝置如圖3所示(夾持裝置略)：

圖3

已知：錳酸鉀(K2MnO4)在濃強堿溶液中可穩定存在，堿性減弱時易發生反應：

回答下列問題：

(1)裝置A中a的作用是____________________；裝置C中的試劑為________；裝置A中制備Cl2的化學方程式為______________________________。

(2)上述裝置存在一處缺陷，會導致KMnO4產率降低，改進的方法是______________________。

(3)KMnO4常作氧化還原滴定的氧化劑，滴定時應將KMnO4溶液加入________(填“酸式”或“堿式”)滴定管中；在規格為50.00 mL的滴定管中，若KMnO4溶液起始讀數為15.00 mL，此時滴定管中KMnO4溶液的實際體積為________(填標號)。

A.15.00 mL B.35.00 mL

C.大于35.00 mL D.小于15.00 mL

(4)某FeC2O4·2H2O樣品中可能含有的雜質為Fe2(C2O4)3、H2C2O4·2H2O，采用KMnO4滴定法測定該樣品的組成，實驗步驟如下：

Ⅰ.稱取mg樣品于錐形瓶中，加入稀H2SO4溶解，水浴加熱至75℃。用cmol·L-1的KMnO4溶液趁熱滴定至溶液出現粉紅色且30 s內不褪色，消耗KMnO4溶液V1mL。

Ⅱ.向上述溶液中加入適量還原劑將Fe3+完全還原為Fe2+，加入稀H2SO4酸化后，在75℃繼續用KMnO4溶液滴定至溶液出現粉紅色且30 s內不褪色，又消耗KMnO4溶液V2mL。

樣品中所含H2C2O4·2H2O(M=126 g·mol-1)的質量分數表達式為____________________。

下列關于樣品組成分析的說法，正確的是________(填標號)。

C.若步驟Ⅰ中滴入KMnO4溶液不足，則測得樣品中Fe元素含量偏低

D.若所用KMnO4溶液實際濃度偏低，則測得樣品中Fe元素含量偏高

(2)在裝置A、B之間加裝盛有飽和食鹽水的洗氣瓶

(3)酸式 C

綜上所述，化學實驗綜合題并不難，只要善于以實驗目的為中心，思考實驗進行的原理或依據，進而以物質性質(物理性質如狀態、水溶性、熔沸點、升華等，化學性質如酸堿性、氧化性、還原性、穩定性等)及反應條件為突破口，宏觀猜想實驗步驟，最后結合題中實驗過程與問題要求，優化思維角度，按要求規范答題，最終必然會獲得理想成績。