高考化學實驗考向分析及備考策略

■鄭州市基礎教育教學研究室 岳慶先(正高級教師)

一、高考化學實驗試題的考向分析

在高考化學試題中,實驗題的呈現方式可能不盡相同,但考查的核心知識相對穩定。內容上,一般以無機實驗或有機實驗為載體,主要考查化學方程式的書寫、化學實驗基本操作的描述和實驗方案的設計等;原理上,所涉及內容均源于教材,又略高于教材;要求上,試題重視對實驗基本操作和基本能力的考查,將實驗方法滲透于試題,加大了對實驗設計和實驗評價的考查力度;設問上,由易到難,梯度明顯,既有教材知識的考查,又有對實驗綜合內容的考查,同時兼顧化學實驗基礎知識、基本技能和基本方法。

2024年河南省高考理綜將使用新課標卷。預測2024年的全國新課標卷高考化學實驗試題,還會延續往年的命題風格,表格型和實驗裝置評價型命題的概率會較大。表格型試題包括實驗目的、實驗操作、實驗現象和實驗結論,體現在選擇題上考查;實驗裝置型試題主要涉及制備原理、制備裝置、分離和除雜裝置、收集裝置以及儀器的使用和實驗計算等,體現在綜合實驗題上考查。

二、實驗題的構成要素和解題思維

1.化學實驗題的構成要素包括題目中的物質、實驗裝置和實驗基本操作,其考查關系如下。

2.化學實驗題的一般解題思路如下。

三、實驗題的答題規范

實驗題中的簡答題相對較多,答題時要注意實驗語言的規范化和準確性訓練,全面考慮,避免不必要的失分。一是答題時要注意指向明確,避免萬能答法,如吸收有毒尾氣時要指明具體是哪種氣體,不能泛泛答“吸收有毒氣體”;解釋原因時既要有“前因”,還要有“后果”,如甲裝置中因產生氣體將其中的溶液通過導管壓入乙裝置,如果讓解釋液體從甲裝置壓入乙裝置的原因,不僅要答出“甲裝置氣體壓強增大”,還要首先答出壓強增大的原因是“甲中產生氣體”。二是答題時要答出本質,如“長期存放的CuSO4·5H2O 中,會出現少量白色固體,原因是什么”,如果僅僅答出膽礬風化或膽礬失水,就很難得到滿分,必須答出膽礬失去全部結晶水或膽礬失水生成了CuSO4才能得到滿分。三是操作順序不能隨意調整,如分離溶液中的可溶性物質時,操作順序是“蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥”,答成“蒸發濃縮、過濾、冷卻結晶、洗滌、干燥”就不合適。四是回答問題要全面,回答某反應現象,要兼顧“海”(溶液顏色變化)“陸”(固體變化)“空”(氣體生成)三方面的變化。

例題莫爾鹽[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O,Mr=392]是一種重要的還原劑,在空氣中比一般的亞鐵鹽穩定。某學習小組設計如下實驗(如圖1)制備少量的莫爾鹽并測定其純度。

圖1

回答下列問題:

Ⅰ.制取莫爾鹽。

(1)連接裝置,檢查裝置氣密性。將0.1 mol (NH4)2SO4晶體置于玻璃儀器____中(填儀器名稱),將6.0g潔凈鐵屑加入錐形瓶中。

(2)①打開分液漏斗瓶塞,關閉活塞K3,打開K2、K1,加完55.0 mL 2 mol·L-1稀硫酸后關閉K1。A 裝置中反應的離子方程式為_____。

②待大部分鐵屑溶解后,打開K3,關閉K2,此時在A、B 中可以看到的現象為____,原因是_____。

③關閉活塞K2、K3,采用100 ℃水浴蒸發B中水分,液面產生晶膜時,停止加熱,冷卻結晶、____、用無水乙醇洗滌晶體。該反應中硫酸需過量,保持溶液的pH 在1～2 之間,其目的為_____。

④裝置C 的作用為____,裝置C 存在缺點是_____。

Ⅱ.測定莫爾鹽樣品的純度。

(3)稱取所得莫爾鹽樣品10.0g,用煮沸后冷卻的蒸餾水配成100 mL溶液,取20.00 mL溶液加入稀硫酸,用0.1 mol·L-1的KMnO4溶液滴定,達到滴定終點時消耗10.00 mL KMnO4溶液。滴定反應的離子方程式為____,該樣品的純度為_____。

解析:本題以莫爾鹽的制取為載體,考查化學儀器的使用、實驗現象的觀察、物質的分離與凈化、實驗計算及化學反應原理等綜合實驗知識。本實驗的制取過程是,按圖示連接好實驗裝置,檢查裝置氣密性完好后,將0.1 mol(NH4)2SO4晶體置于三頸燒瓶中,將6.0g潔凈鐵屑加入錐形瓶中,然后關閉活塞K3、打開K2、K1,硫酸流入錐形瓶后關閉K1,硫酸與鐵屑發生反應Fe+2H+Fe2++H2↑,產生的氫氣將系統內的空氣排出,待大部分鐵屑溶解后,打開K3,關閉K2,由于裝置A 中產生氫氣,使裝置A 中壓強增大,裝置A 中的液體被壓入裝置B 中,關閉活塞K2、K3,采用100 ℃水浴蒸發裝置B 中水分,(NH4)2SO4和FeSO4在加熱條件下生成莫爾鹽,液面產生晶膜時,停止加熱,冷卻結晶、過濾、用無水乙醇洗滌晶體,得到產品。生成莫爾鹽的反應中,為抑制Fe2+水解,硫酸需過量,保持溶液的pH 在1～2之間。為防止產品被氧化,本實驗在裝置末采用了水封法,但缺點是沒有對氫氣做進一步的處理。用KMnO4溶液滴定莫爾鹽的離子方程式為4H2O,10.00 mL 0.1 mol·L-1KMnO4溶液可氧化Fe2+的物質的量為0.1×10.00×5×10-3mol=5×10-3mol,則100 mL 溶液中含Fe2+為mol=2.5×10-2mol,含莫爾鹽的質量為392×2.5×10-2g=9.8g,樣品的純度為=98%。

答案:(1)三頸燒瓶(三口燒瓶)

(2)①Fe+2H+H2↑+Fe2+

②裝置A 中的液體被壓入裝置B 中裝置A 中產生氫氣,使裝置A 中壓強增大

③過濾 抑制Fe2+水解

④液封作用,防止空氣進入三頸燒瓶氧化Fe2+不能除去尾氣中的H2(或可能會倒吸)

(3)5Fe2++MnO-4+8H+5Fe3++Mn2++4H2O 98%

1.碘酸鉀(KIO3)是重要的食品添加劑。某化學興趣小組設計下列步驟制取KIO3,并進行產品的純度測定。

制取碘酸(HIO3)的實驗裝置如圖2所示。

圖2

有關資料如表1所示。

表1

回答下列問題:

步驟Ⅰ:用Cl2氧化I2制取HIO3。

(1)裝置A 中發生反應的化學方程式為_____。

(2)裝置B 中的CCl4可以加快反應速率,原因是_____。

(3)反應結束后,獲取HIO3溶液的操作中,所需玻璃儀器有燒杯、___和____。

步驟Ⅱ:用 KOH 中 和 HIO3制 取KIO3。

(4)該中和反應的離子方程式為____。中和之前,應將上述HIO3溶液煮沸至接近無色,否則中和時易生成_____(填化學式)而降低KIO3的產量。

(5)往中和后的溶液中加入適量____,經攪拌、靜置、過濾等操作,得到白色固體。

(6)為驗證產物,取少量上述固體溶于水,滴加適量SO2飽和溶液,搖勻,再加入幾滴淀粉溶液,溶液變藍。若實驗時,所加的SO2飽和溶液過量,則無藍色出現,原因是_____。

步驟Ⅲ:純度測定。

(7)取0.100 0g產品于碘量瓶中,加入稀鹽酸和足量KI溶液,用0.100 0 mol·L-1Na2S2O3溶液滴定,接近終點時,加入淀粉指示劑,繼續滴定至終點,藍色消失進行平行實驗后,平均消耗Na2S2O3溶液的體積為24.00 mL。則產品中KIO3的質量分數為____。[M(KIO3)=214.0g·mol-1]

2.阿司匹林(乙酰水楊酸)是世界上應用最廣泛的解熱、鎮痛藥。乙酰水楊酸在128 ℃～135 ℃受熱易分解。水楊酸與醋酸酐[(CH3CO)2O]為主要原料合成阿司匹林,反應原理如下。

有關數據如表2所示。

表2

(1)圖3所示制備裝置中,儀器b 的名稱是_____。合成阿司匹林時,最合適的加熱方法是____。

圖3

(2)本實驗中副產物的結構簡式為____(只寫一種)。

(3)裝置中儀器a起到冷凝回流的作用,目的是____。

(4)將粗產品轉至250 mL 圓底燒瓶中,安裝好回流裝置,向燒瓶內加入100 mL 乙酸乙酯和2粒沸石,加熱回流、溶解。趁熱過濾,冷卻至室溫,抽濾,用少許乙酸乙酯洗滌,干燥后得乙酰水楊酸1.8g。

①燒瓶內加入乙酸乙酯的作用是____,加熱回流時間不宜過長,原因是_____。

②“趁熱過濾”的原因是____。

③乙酰水楊酸的產率為____。

3.硫酸四氨合銅晶體([Cu(NH3)4]SO4·H2O)常用作殺蟲劑、媒染劑。常溫下該物質在空氣中會水解,受熱時易分解。以廢銅屑(表面沾有油污)為原料制備[Cu(NH3)4]SO4·H2O的實驗步驟如下。

Ⅰ.CuSO4的制備。

(1)步驟①中采取“堿煮水洗”,目的是____。

(2)步驟②在常溫下進行,需要加入的試劑是_____。

Ⅱ.晶體的制備。

將上述制備的CuSO4溶液加入如圖4所示的裝置A中,滴加6 mol·L-1氨水時,有淺藍色沉淀Cu2(OH)2SO4生成;繼續滴加氨水,沉淀消失,得到深藍色[Cu(NH3)4]SO4溶液。將裝置 A 中溶液轉移至 B 中,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O 晶體;將B中混合物轉移至裝置C 中抽濾(減壓過濾),用乙醇洗滌晶體2～3次;取出晶體,冷風吹干。

圖4

(3)用離子方程式表示裝置A 中“沉淀消失”的原因:___。

(4)抽濾時,抽氣泵處于工作狀態,活塞需_____(填“打開”或“關閉”),作用是____。

(5)晶體采用冷風吹干而不用加熱烘干的原因是____。

Ⅲ.廢液回收。

減壓過濾后的廢液中含有[Cu(NH3)4]SO4、乙醇和氨水,向廢液中加入硫酸,回收乙醇并獲得 CuSO4和(NH4)2SO4的混合溶液。

(6)向廢液中加入硫酸的作用是____。(答出兩條)

(7)(NH4)2SO4溶液受熱易分解,則回收乙醇的實驗方法為____。

4.某學習小組探究了銅的氧化過程及銅的氧化物的組成。回答下列問題:

(1)銅與濃硝酸反應的裝置如圖5所示,儀器 A的名稱____為,裝置B的作用為____。

圖5

(2)銅與過量H2O2反應的探究如圖6所示。

圖6

實驗②中,Cu 溶解的離子方程式為_____;產生的氣體為____。比較實驗①和②,從氧化還原角度說明H+的作用:____。

(3)用足量NaOH 處理實驗②新制的溶液得到沉淀X,元素分析表明X 為銅的氧化物,提純干燥后的X 在惰性氛圍下加熱,mg X 完全分解為ng黑色氧化物的化學式為_____。

(4)取含X 粗品0.050 0g(雜質不參加反應)與過量的酸性KI完全反應后,調節溶液至弱酸性。以淀粉為指示劑,用0.100 0 mol·L-1Na2S2O3標準溶液滴定,滴定終點時消耗 Na2S2O3標準溶液15.00 mL(已知:2Cu2++4I-2CuI↓+I2,I2+標志滴定終點的現象是____。粗品中X 的相對含量為____。

參考答案:1.(1)KClO3+6HCl(濃)KCl+3Cl2↑+3H2O

(2)I2和Cl2易溶于CCl4,增大了反應物濃度

(3)分液漏斗 玻璃棒

(4)HIO3+OH-+H2O KIO4

(5)乙醇(或“酒精”“C2H5OH”)

(6)過量的SO2將(或I2)還原為I-(或“3SO2++3H2OI-++6H+”或“SO2+I2+2H2O2I-++4H+”等其他合理答案)

(7)85.6%

2.(1)三頸燒瓶(三口燒瓶) 水浴加熱

(3)提高原料的利用率

(4)①做溶劑 避免乙酰水楊酸分解

②防止乙酰水楊酸冷卻結晶

③86.25%

3.(1)除去廢銅屑表面的油污

(2)H2O2和H2SO4

(3)Cu2(OH)2SO4+8NH3·H2O2[Cu(NH3)4]2+++2OH-+8H2O

(4)關閉 使裝置內產生負壓

(5)防止晶體受熱分解

(6)中和氨水(或防止氨的揮發);增強溶液酸性,防止Cu2+和水解

(7)減壓蒸餾

4.(1)具支試管 防倒吸

(2)Cu+H2O2+2H+Cu2++2H2O O2H+增強了H2O2的氧化性

(3)CuO2

(4)溶液藍色消失,且半分鐘不恢復原來的顏色 96%