突出核心素養 考查關鍵能力
——評析2022年全國乙卷化學實驗綜合題

李小波

(安徽省蒙城縣第二中學)

高考中,化學實驗綜合題所占分值較高,主要考查化學實驗基礎知識、基本操作、實驗數據的分析和處理、實驗方案的設計與評價等.從近幾年高考試題的命題趨勢來看,題目的難度保持穩定,突出了對核心素養、關鍵能力的考查.

1 試題整體分析與評價

題目二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀(K2[Cu(C2O4)2])可用于無機合成、功能材料制備.實驗室制備二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀可采用如下步驟:

Ⅰ.取已知濃度的CuSO4溶液,攪拌下滴加足量NaOH 溶液,產生淺藍色沉淀.加熱,沉淀轉變成黑色,過濾.

Ⅱ.向草酸(H2C2O4)溶液中加入適量K2CO3固體,制得KHC2O4和K2C2O4混合溶液.

Ⅲ.將Ⅱ的混合溶液加熱至80～85 ℃,加入Ⅰ中的黑色沉淀.全部溶解后,趁熱過濾.

Ⅳ.將Ⅲ的濾液用蒸汽浴加熱濃縮,經一系列操作后,干燥,得到二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀晶體,進行表征和分析.

回答下列問題:

(1)由CuSO4·5H2O 配制Ⅰ中的CuSO4溶液,下列儀器中不需要的是_________(填儀器名稱).

圖1

(2)長期存放的CuSO4·5H2O 中,會出現少量白色固體,原因是________.

(3)Ⅰ中的黑色沉淀是_________(寫化學式).

(4)Ⅱ中原料配比為n(H2C2O4)∶n(K2CO3)＝1.5∶1,寫出反應的化學方程式:_______.

(5)Ⅱ中,為防止反應過于劇烈而引起噴濺,加入K2CO3應采取_________的方法.

(6)Ⅲ中應采用_________進行加熱.

(7)Ⅳ中“一系列操作”包括________.

解析(1)由CuSO4·5H2O 固體配制硫酸銅溶液,需用天平稱量一定質量的CuSO4·5H2O 固體,將稱量好的固體放入燒杯中,用量筒量取一定體積的水溶解CuSO4·5H2O,因此用不到的儀器有分液漏斗和球形冷凝管.(2)CuSO4·5H2O 含結晶水,長期放置會風化失去結晶水,生成無水硫酸銅,無水硫酸銅為白色固體.(3)硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液反應生成藍色的氫氧化銅沉淀,加熱,氫氧化銅分解生成黑色的氧化銅沉淀.(4)草酸和碳酸鉀以物質的量之比為1.5∶1發生非氧化還原反應,生成KHC2O4、K2C2O4、CO2和水,依據原子守恒可知,反應的化學方程式為3H2C2O4＋2K2CO3＝2KHC2O4＋K2C2O4＋2H2O＋2CO2↑.(5)為防止草酸和碳酸鉀反應時過于劇烈,造成液體噴濺,可減緩反應速率,將碳酸鉀分批加入并攪拌.(6)Ⅲ中將混合溶液加熱至80～85℃,應采取水浴加熱,使液體受熱均勻.(7)從溶液中獲得晶體的一般方法為先加熱蒸發濃縮再冷卻結晶,進一步通過過濾、洗滌、干燥得到晶體,因此將Ⅲ的濾液用蒸汽浴加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥,得到二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀晶體.

2 物質制備實驗操作考查中應注意的問題

1)注意實驗操作的順序,以與氣體有關實驗的操作為例:根據要求選擇裝置→連接裝置檢驗氣密性→裝固體藥品→添加液體藥品→開始實驗(觀察并分析實驗現象)→尾氣處理→拆卸清洗儀器等.

2)注意加熱操作的基本要求:實驗加熱前一般應先用原料氣或者是性質穩定的氣體趕走空氣或者水蒸氣后,才能點燃酒精燈,其目的一般是防止產物被氧化、水解及防止爆炸等.反應結束后,要在熄滅酒精燈后繼續通一段時間原料氣或性質穩定的氣體,直到冷卻為止.

3)注意尾氣的一般處理方法:有毒氣體常用溶液(或固體)吸收,能燃燒的將之點燃轉化為無毒氣體或者其他物質才能排放,同時要注意防止倒吸.

4)注意特殊的實驗裝置:a)實驗中用堿石灰吸收測定生成CO2的質量時,前端要干燥除去水蒸氣,末端也要連接裝置防止空氣中的CO2和水蒸氣對實驗結果造成干擾.b)制取在空氣中易吸水潮解(如氫氧化鈉)、易水解(如Al2S3、AlCl3、Mg3N2等)的物質時,為了防止空氣中的水蒸氣進入,要在裝置末端再接一個干燥裝置.

變式(2022年湖南卷)某實驗小組以BaS溶液為原料制備BaCl2·2H2O,并用重量法測定產品中BaCl2·2H2O 的含量,設計了如下實驗方案.

可選用試劑:NaCl晶體、BaS溶液、濃H2SO4、稀H2SO4、CuSO4溶液、蒸餾水.

步驟1.BaCl2·2H2O 的制備.

按圖2所示裝置進行實驗,得到BaCl2溶液,經一系列步驟獲得BaCl2·2H2O 產品.

圖2

步驟2.產品中BaCl2·2H2O 的含量測定.

①稱取產品0.5000g,用100mL水溶解,酸化,加熱至近沸;

②在不斷攪拌下,向①所得的溶液中逐滴加入熱的0.100mol·L-1H2SO4溶液;

③沉淀完全后,60℃水浴40min,經過濾、洗滌、烘干等步驟,稱量白色固體,質量為0.4660g.

回答下列問題:

(1)Ⅰ是制取_________氣體的裝置,在試劑a過量并微熱時,發生主要反應的化學方程式為________.

(2)Ⅱ中b儀器的作用是_________;Ⅲ中的試劑應選用________.

(3)在沉淀過程中,某同學在加入一定量熱的H2SO4溶液后,認為沉淀已經完全,判斷沉淀已完全的方法是_________.

(4)沉淀過程中需加入過量的H2SO4溶液,原因是_________.

(5)在過濾操作中,下列儀器不需要用到的是_________(填名稱).

圖3

(6)產品中BaCl2·2H2O 的質量分數為________(保留3位有效數字).

解析(1)裝置Ⅰ為濃H2SO4和NaCl共熱制取HCl氣體的裝置,在濃H2SO4過量并微熱時,濃H2SO4與NaCl反應生成NaHSO4和HCl,發生主要反應的化學方程式為NaHSO4＋HCl↑.(2)HCl極易溶于水,裝置Ⅱ中b儀器的作用為防止倒吸;裝置Ⅱ中HCl與BaS 溶液反應生成H2S,H2S有毒,對環境有污染,裝置Ⅲ中應盛放CuSO4溶液,用于吸收H2S.(3)H2SO4與BaCl2反應生成BaSO4沉淀,因此判斷沉淀已完全的方法是靜置,取上層清液于一支潔凈的試管中,繼續滴加H2SO4溶液,若無白色沉淀生成,則已沉淀完全.(4)為了使Ba2＋沉淀完全,沉淀過程中需加入過量的H2SO4溶液.(5)過濾用到的儀器有:鐵架臺、燒杯、漏斗、玻璃棒,用不到錐形瓶.(6)由題意可知,BaSO4的物質的量為,依據鋇原子守恒,產品中BaCl2·2H2O 的物質的量為0.002mol,質量為0.002mol×244g·mol-1＝0.488g,質量分數為

2022年全國乙卷化學實驗綜合題遵循課程標準,依托高考評價體系,突出學科主干內容,以促進考生形成正確嚴謹的化學價值觀念和科學思維,提升考生的綜合素質為目的,在對接新課改、新課程,深化考試內容和改革高考評價體系等方面均有突破和創新.

(完)