北京 李宏華

理在教材中，題在教材外
——高考實驗命題素材來源分析

北京 李宏華

近幾年高考試題內容多源于教材中的演示實驗、學生實驗及課后實驗習題，但考題并不是簡單的重復，而是通過對教材實驗的原理、實驗儀器、實驗操作等進行深度挖掘，以改進實驗裝置和方法，變換問題的角度，結合題目提供的新信息進行命題，其改進和創(chuàng)新一般從以下四個角度進行：（1）教材實驗儀器的創(chuàng)新使用。（2）教材中混合物分離方法的創(chuàng)新應用。（3）教材氣體制備實驗的創(chuàng)新改進。（4）教材實驗的創(chuàng)新設計。

許多化學實驗題目源于教材中的基本探究過程，但題目又高于教材。這類題目一般入手容易，但深入回答仍有一定的難度，每年的考題都有創(chuàng)新點。因此，高考實驗命題的一貫原則是“理在教材中，題在教材外”。

一、教材實驗儀器的創(chuàng)新使用

一般來說，每種化學實驗儀器都有其相對固定的用途和使用方法，但儀器的創(chuàng)新類試題往往會打破常規(guī)，使化學儀器具有新的功能；實驗儀器的創(chuàng)新使用一般體現為三個“一”：一個裝置多種用途，一種用途的各種裝置和一種儀器的多種用法。命題者選擇不同組裝方式，可得到不同的創(chuàng)新類試題，答題時只要弄清實驗原理，明確某些不同裝置可以起到相同的作用，創(chuàng)新也會變得簡單。如啟普發(fā)生器的創(chuàng)新設計：

____常規(guī)實驗裝置____________改進后的實驗裝置

【例1】（2016四川）CuCl廣泛應用于化工和印染等行業(yè)。某研究性學習小組擬熱分解CuCl2·2H2O制備CuCl，并進行相關探究。

【實驗探究】該小組用下圖所示裝置進行實驗（夾持儀器略）。

請回答下列問題：

（1）儀器X的名稱是_____________。

（2）實驗操作的先后順序是a→________→c（填操作的編號）

a．檢查裝置的氣密性后加入藥品

b．熄滅酒精燈，冷卻

c．在“氣體入口”處干燥HCl

d．點燃酒精燈，加熱

e．停止通入HCl，然后通入N2

（3）在實驗過程中，觀察到B中物質由白色變?yōu)樗{色，C 中試紙的顏色變化是________。

（4）裝置D中發(fā)生的氧化還原反應的離子方程式是_________________。

（5）反應結束后，取出CuCl產品進行實驗，發(fā)現其中含有少量的CuCl2或CuO雜質，根據資料信息分析：

①若雜質是CuCl2，則產生的原因是_______________。

②若雜質是CuO，則產生的原因是_________________。

【解析】（1）略。（2）加熱CuCl2·2H2O制備CuCl，為防止生成的CuCl被空氣中的氧氣氧化和Cu＋水解，必須要先通入干燥的HCl氣體趕走裝置中的空氣再加熱，且要在HCl氣流中加熱制備，反應結束后先熄滅酒精燈，繼續(xù)通入氮氣直至裝置冷卻。（3）B中有白色變?yōu)樗{色，說明有水生成，產物中還有Cl2，所以C中石蕊試紙先逐漸變?yōu)榧t色，后褪色。（4）D中是Cl2和NaOH反應生成氯化鈉、次氯酸鈉和水。（5）①根據題給信息知若雜質是CuCl2，說明CuCl2沒有反應完全，原因為加熱時間不足或溫度偏低；②若雜質是氧化銅，說明CuCl2水解生成Cu2（OH）2Cl2，進一步分解生成CuO，原因是通入HCl的量不足。

【答案】（1）干燥管 （2）c d b （3）先變紅，后褪色（5）①加熱時間不足或溫度偏低 ②通入HCl的量不足

【源于教材】初中化學教材中介紹過漏斗，人教版必修1過濾裝置中也使用到漏斗。但學生認識的漏斗僅是傳統(tǒng)意義上的使用方法。蘇教版必修1制備氯氣的實驗裝置中介紹了多余Cl2的吸收方法及裝置。

【高于教材】極易溶于水的氣體（如HCl、HBr、HI、NH3等）凡與水溶液接觸都要設置防倒吸的裝置，除本題中用倒扣的漏斗防止倒吸外，還可以用下列裝置代替。

二、教材中混合物分離方法的創(chuàng)新使用

教材中物質分離提純的物理方法有：過濾、蒸發(fā)、結晶、蒸餾、萃取、分液、溶解、升華等?；瘜W方法有：洗氣法、加熱分解法、生成沉淀法、生成氣體法、轉化法、氧化還原法等。使用這些方法時，先要搞清物質分離與提純方法的原理，依據混合物中各組分的性質（如溶解性、熔沸點的高低、熱穩(wěn)定等）。確定分離提純的方法，然后依據方法選擇裝置和操作，特別注意裝置中典型儀器的用途和使用，如過濾中玻璃棒的作用，蒸餾時，溫度計水銀球的位置等。在應用化學方法分離和提純混合物時，往往會與物理方法相結合，如用化學方法除雜中產生的沉淀，可通過物理方法“過濾”除去；因此，在對物質分離與提純時往往是將物理方法和化學方法結合起來使用。

【例2】（2016海南）某廢催化劑含58．2%的SiO2、21．0%的ZnO、4．5%的ZnS和12．8%的CuS。某同學用15．0g該廢催化劑為原料，回收其中的鋅和銅。采用的實驗方案如下：

回答下列問題：

（1）在下列裝置中，第一次浸出必須用_____________，第二次浸出應選用_____________。（填標號）

（2）第二次浸出時，向盛有濾液1的反應器中加入稀硫酸，后滴入過氧化氫溶液。若順序相反，會造成____________。濾渣2的主要成分是_________________。

（3）濃縮硫酸鋅、硫酸銅溶液使用的器皿名稱是________________。

（4）某同學在實驗完成之后，得到1．5g CuSO4·5H2O，則銅的回收率為________。

【答案】（1）D A （2）H2O2與固體顆粒接觸分解SiO2（和S） （3）蒸發(fā)皿 （4）30%

【名師點評】實驗題一定要分析實驗目的和實驗的關鍵問題。識別實驗儀器和使用方法。掌握物質分離的方法和操作注意問題。掌握中和滴定的實驗步驟：水洗→潤洗→裝液→讀數→取液→讀數→滴定→讀數，通常實驗重復2～3次，取平均值計算。在洗滌過程中注意滴定管要用待裝溶液潤洗，但錐形瓶不能潤洗。注意讀數要保留兩位小數。

【源于教材】蘇教版必修1教材中的蒸餾裝置如圖所示：

【高于教材】教材蒸餾裝置中溫度計水銀球的位置要求在蒸餾燒瓶的支管口處，而本題在教材實驗的基礎上拓展為溫度計水銀球在支管口下方和上方的作用。要求學生理解在同一蒸餾燒瓶中，溫度最高的是反應液、蒸氣溫度由下向上逐漸降低，只有理解了實驗原理，才能準確回答題目中的問題。

三、教材氣體制備實驗的創(chuàng)新改進

氣體制備歷年都是高考的熱點，主要考查內容為制取氣體的反應原理、反應裝置、凈化方法、收集方法、尾氣吸收方法。考試題型，既有單方面的選擇題，又有氣體制備和性質探究的綜合性試題。經?？疾榈臍怏w主要有O2、Cl2、CO2、SO2、NH3、NO、NO2等，因此，就有關氣體制備的知識應挖掘教材中氣體制備實驗的內涵，分析產生現象的原因，變換角度思考（能否用其他方法或裝置完成同一實驗或類似的實驗），培養(yǎng)考生多角度思考問題的習慣，注重“發(fā)散”和“求異”的思維，將教材氣體制備實驗進行合理的拓展、改進、創(chuàng)新，增強實驗的綜合性。

【例3】（2016全國Ⅰ）氮的氧化物（NOx）是大氣污染物之一，工業(yè)上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2，某同學在實驗室中對NH3與NOx反應進行了探究?；卮鹣铝袉栴}：

（1）氨氣的制備

①氨氣的發(fā)生裝置可以選擇上圖中的________，反應的化學方程式為____________。

②預收集一瓶干燥的氨氣，選擇上圖中的裝置，其連接順序為：發(fā)生裝置→________（按氣流方向，用小寫字母表示）。

（2）氨氣與二氧化氮的反應

將上述收集到的NH3充入注射器X中，硬質玻璃管Y中加入少量催化劑，充入NO2（兩端用夾子K1、K2夾好）。在一定溫度下按圖示裝置進行實驗。

操作步驟實驗現象解釋原因打開K1，推動注射器活塞，使X中的氣體緩慢通入Y管中①Y管中②反應的化學方程式將注射器活塞退回原處并固定，待裝置恢復到室溫Y管中有少量水珠生成的氣態(tài)水凝集打開K2③④

【解析】（1）①在實驗室中是利用固體堿消石灰與銨鹽NH4Cl混合加熱，故應選用A裝置加熱；②利用A裝置制得的氨氣，由于氨氣是堿性氣體，所以需要利用堿石灰進行干燥，然后再根據氨氣的密度比空氣小的性質，用向下排空氣法收集，氨氣是大氣污染物，要進行尾氣處理，可利用其在水中極容易溶解，用水作吸收劑進行尾氣處理。（2）NO2具有強氧化性，NH3有強還原性，兩者相遇，會發(fā)生反應產生氮氣和水，根據電子守恒、原子守恒，可得反應的方程式，故①Y管內看到紅棕色氣體顏色變淺最終為無色，同時在注射器的內壁有水珠產生；③反應后由于容器內氣體的物質的量減少，所以會使容器內氣體壓強減小。當打開K2后，燒杯內NaOH溶液在大氣壓強的作用下會倒吸入Y管內；④略。

【名師點評】制取氣體的裝置與反應物的狀態(tài)有關，由固體混合物加熱制取氣體可以用略向下傾斜試管進行；固體混合或固體與液體混合不加熱制取氣體可以在錐形瓶中進行，也可以在燒瓶中進行。液體用分液漏斗或長頸漏斗中加入；若是液體與固體混合物加熱制取氣體，要在燒瓶中進行，同時為了受熱均勻，應該墊上石棉網，判斷裝置連接順序時，一般是按照：制取氣體、除雜、干燥、收集、尾氣處理。要根據除雜原則，采用適當的試劑除雜、干燥，根據物質的物理性質或化學性質進行氣體的收集和尾氣處理。對于極容易溶于水或某溶液的氣體，尾氣處理要注意防止倒吸現象的發(fā)生。會根據物質的性質判斷反應現象。

【源于教材】實驗室通常用固體NH4Cl和熟石灰混合共熱的方法制取氨氣，人教必修1教材給出了相應的化學方程式、實驗裝置及收集方法。

【高于教材】乙小組同學制取氨氣的實驗方案設計，反應原理及實驗裝置都超出了教材制取NH3的要求，是教材實驗的拓展和創(chuàng)新。

（1）制取原理的創(chuàng)新：制取原理和化學平衡移動原理聯系起來，若將NaOH固體換為生石灰，則可以從下面四點解釋產生NH3的原因：①濃氨水的揮發(fā)性；②生石灰與水反應消耗水；③生石灰與水反應放熱；④生石灰與水反應生成Ca（OH）2，增大c（OH－），使的平衡逆向移動。

（2）實驗裝置的創(chuàng)新：制取氨氣不一定必須使用題中A裝置，用題中B裝置也可以制取氨氣。同理，凡固體與液體反應不需要加熱制取的氣體均可以用B裝置作為氣體制取的發(fā)生裝置。如O2：H2O2——MnO2；Cl2：KMnO4——濃鹽酸；CO2：CaCO3——稀鹽酸；SO2：Na2SO3——較濃H2SO4；NO：Cu——稀HNO3；NO2：Cu——濃HNO3。

四、教材實驗的創(chuàng)新設計

實驗設計的創(chuàng)新是建立在教材中實驗的基礎之上，沒有基本的實驗方法和技能就談不上實驗設計的創(chuàng)新，實驗的創(chuàng)新包括新實驗的設計和舊實驗的改進。復習中要注意思考來源于教材上的驗證性實驗和探究性實驗，理解命題的意圖與考查方式，重在掌握解題方法與思路，也要學會思考實驗裝置上再添加或減去一些儀器或操作會有什么樣的結果，在原裝置上還可以做哪些改進，使裝置設計更合理、更科學。在性質探究實驗中，尾氣處理裝置、防倒吸裝置等都是高考考查的熱點，要理解其原理，選擇或設計出更簡便的裝置。

【例4】（2016上海）乙酸乙酯廣泛用于藥物、染料、香料等工業(yè)，中學化學實驗常用a裝置來制備。

完成下列填空：

（1）實驗時，通常加入過量的乙醇，原因是__________________________。加入數滴濃硫酸即能起催化作用，但實際用量多于此量，原因是__________________________；濃硫酸用量又不能過多，原因是_____________________________。

（2）飽和Na2CO3溶液的作用是_________________。

（3）反應結束后，將試管中收集到的產品倒入分液漏斗中，________、________，然后分液。

（4）若用b裝置制備乙酸乙酯，其缺點有_________、________。由b裝置制得的乙酸乙酯產品經飽和碳酸鈉溶液和飽和食鹽水洗滌后，還可能含有的有機雜質是________，分離乙酸乙酯與該雜質的方法是________。

【解析】（1）由于是可逆反應，因此加入過量的乙醇增大反應物濃度，使平衡向生成酯的方向移動，提高酯的產率。由于濃H2SO4能吸收生成的水，使平衡向生成酯的方向移動，提高酯的產率，因此實際用量多于此量；由于濃H2SO4具有強氧化性和脫水性，會使有機物碳化，降低酯的產率，所以濃硫酸用量又不能過多。（2）由于生成的乙酸乙酯中含有乙醇和乙酸，所以飽和Na2CO3溶液的作用是中和乙酸、溶解乙醇、減少乙酸乙酯在水中的溶解。（3）乙酸乙酯不溶于水，因此反應結束后，將試管中收集到的產品倒入分液漏斗中，振蕩、靜置，然后分液即可。（4）根據裝置b可知由于不是水浴加熱，溫度不易控制，因此制備乙酸乙酯的缺點是原料損失較大、易發(fā)生副反應。由于乙醇溶液發(fā)生分子間脫水生成乙醚，所以由b裝置制得的乙酸乙酯產品經飽和碳酸鈉溶液和飽和食鹽水洗滌后，還可能含有的有機雜質是乙醚，乙醚和乙酸乙酯的沸點相差較大，則分離乙酸乙酯與乙醚的方法是蒸餾。

【答案】（1）增大反應物濃度，使平衡向生成酯的方向移動，提高酯的產率（合理即給分） 濃H2SO4能吸收生成的水，使平衡向生成酯的方向移動，提高酯的產率 濃H2SO4具有強氧化性和脫水性，會使有機物碳化，降低酯的產率

（2）中和乙酸、溶解乙醇、減少乙酸乙酯在水中的溶解

（3）振蕩 靜置

（4）原料損失較大、易發(fā)生副反應 乙醚 蒸餾

【源于教材】人教版、魯科版和蘇教版教材《必修2》中乙酸乙酯的實驗。

【高于教材】需要克服教材實驗的缺點，提出改進的措施，這樣才能保證所得產品的純度。因此我們學習時，一定要把教材中所出現的實驗裝置（包括習題中出現的實驗裝置）進行思考、反思，把相關的知識進行整合、找出創(chuàng)新點，提高實驗技能。

（作者單位：北京市順義區(qū)第八中學）