李虎山

江蘇省南京市第九中學(xué)(210018)

高中化學(xué)中有些知識(shí)點(diǎn)在形成之初，由于種種原因被人為限制了認(rèn)識(shí)范圍并被一直“流傳、沿用”，而從嚴(yán)密科學(xué)的角度看實(shí)際上是很不恰當(dāng)?shù)??；瘜W(xué)作為一門自然科學(xué)，在教學(xué)過(guò)程或在高考復(fù)習(xí)過(guò)程中，必須給學(xué)生清晰的是非表達(dá)，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維習(xí)慣和認(rèn)識(shí)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力?，F(xiàn)就高中化學(xué)中存在問(wèn)題的幾則典型例題分析如下。

1 平衡氣壓、減小誤差

化學(xué)中要平衡壓力使液體能自由流淌的例子并不少見(jiàn)，且有些實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)也早已做到了這一點(diǎn)，如恒壓漏斗。但實(shí)驗(yàn)中有時(shí)仍需用類似的原理來(lái)搭建裝置，這些裝置不僅僅能“平衡氣壓”，而且還有“減少誤差”的作用。

例題：實(shí)驗(yàn)室欲測(cè)定碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(Na2CO3)，稱取此混合物5.0 g，溶于水中，配成250 mL溶液。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

方案一：沉淀法(略)

方案二：量氣法。如圖1所示連接實(shí)驗(yàn)裝置，量取10 mL配制好的溶液與足量稀硫酸反應(yīng)。測(cè)定生成氣體在通常狀況(約20 ℃、1.01×105Pa)的體積，由此計(jì)算混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝

(1)裝置中導(dǎo)管a的作用是________________________。

(2)若撤去導(dǎo)管a，使測(cè)得氣體體積________(填“偏大”、“偏小”或“無(wú)影響”)。

(1)量取25 mL配制好的溶液，應(yīng)選擇______儀器來(lái)完成。

(2)判斷滴定終點(diǎn)的依據(jù)是________________________。

(3)此法測(cè)得w(Na2CO3)=________。

原試卷給出的參考答案(節(jié)選所需部分)如下。方案二：(1)平衡氣壓，使液體順利流下；(2)偏大。方案三：(1)堿式滴定管(或移液管)；(2)由紅色突變?yōu)闊o(wú)色，且30s內(nèi)不恢復(fù)；(3)84.8%。

目前流行于各試卷或參考資料中“關(guān)于裝置中導(dǎo)管a的作用是什么”的答案幾乎全是：平衡氣壓，使液體順利流下。

作為一道定量實(shí)驗(yàn)題，各數(shù)據(jù)測(cè)量應(yīng)該盡量減小誤差，使其結(jié)果越準(zhǔn)越好，這是定量實(shí)驗(yàn)的基本原則。作為量氣裝置在測(cè)量產(chǎn)生的氣體體積時(shí)，應(yīng)該測(cè)定的數(shù)據(jù)至少包括溫度、壓強(qiáng)兩大因素，以方便校正到標(biāo)準(zhǔn)狀況。本題暫且不論其他方法，只談“氣體測(cè)定法”。借助方案三的數(shù)據(jù)處理得知，5 g混合物中w(Na2CO3)=84.8%，為4.24 g，即0.04 mol。NaHCO3約為0.009 mol，若取10 mL，則其中所含“Na2CO3、NaHCO3”為(10/25)×0.044 5=1.78 mol，完全放出的氣體為39.87 mL。若此時(shí)所用稀硫酸濃度為1 mol/L，則所用硫酸至少為1.78 mL，占產(chǎn)生的氣體總體積的4.46%。不加校準(zhǔn)時(shí)計(jì)算結(jié)果為正確結(jié)果的95.54%，應(yīng)該是不容忽略的誤差。況且題中仍有第(2)問(wèn)關(guān)注到此問(wèn)題，因而關(guān)于裝置中導(dǎo)管a的作用的答案，特別建議答成如下兩點(diǎn)：①平衡分液漏斗與錐形瓶?jī)?nèi)的氣壓，使液體順利流下；②減少因稀硫酸溶液的體積而引起的CO2的體積差，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

類似的原理在很多題目中都有運(yùn)用(限于篇幅不再一一列舉)，所以正確理解“導(dǎo)管a”的作用，準(zhǔn)確答題顯得尤為重要。

2 逆流而行、充分冷卻

在百度互動(dòng)百科中，逆流原理是這樣被定義的：在化工生產(chǎn)中，相互作用的物料，往往采用逆流的方法。例如在硫酸制備中，用濃硫酸吸收SO3氣體時(shí)，液體和氣體的流向相反(逆流)，98.3%的濃硫酸由上淋下，氣體由下往上，這樣操作氣體吸收更充分。 在熱交換中，冷的和熱的氣體(或液體)，都是采用逆流的方法進(jìn)行熱量的交換，這樣可以得到較高的熱量(或物質(zhì))傳遞效率。

例題：實(shí)驗(yàn)室從含碘廢液(除H2O外，含有CCl4、I2、I-等)中回收碘，回收過(guò)程如圖2所示。

圖2 回收過(guò)

氧化時(shí)，在三頸瓶中將含I-的水溶液用鹽酸調(diào)至pH約為2，緩慢通入Cl2，在40 ℃左右條件下反應(yīng)(實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示)。實(shí)驗(yàn)控制在較低溫度下進(jìn)行的原因是________；錐形瓶里盛放的溶液為_(kāi)_______。

圖3 反應(yīng)裝置

例題：實(shí)驗(yàn)室以苯甲醛為原料制備間溴苯甲醛(實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示，相關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)見(jiàn)附表)。其實(shí)驗(yàn)步驟如下。

圖4 實(shí)驗(yàn)裝置圖

步驟1：將三頸瓶中加入一定配比的無(wú)水AlCl3、1，2-二氯乙烷和苯甲醛，充分混合后，升溫至60 ℃。緩慢滴加經(jīng)濃硫酸干燥過(guò)的液溴，保溫反應(yīng)一段時(shí)間后靜置冷卻。

步驟2：將反應(yīng)混合物緩慢加入一定量的稀鹽酸中，攪拌、靜置、分液。有機(jī)相用10% NaHCO3溶液洗滌。

步驟3：向洗滌后的有機(jī)相中加入適量無(wú)水MgSO4固體，放置一段時(shí)間后過(guò)濾。

步驟4：減壓蒸餾有機(jī)相，收集相應(yīng)餾分。

實(shí)驗(yàn)裝置中冷凝管的主要作用是________，錐形瓶中的溶液應(yīng)為_(kāi)_______。

筆者曾請(qǐng)教過(guò)高校教師，也與其他化學(xué)教師討論過(guò)“冷凝管使用時(shí)是否必須采取逆流方式”，但都沒(méi)有得到理想且有說(shuō)服力的答案。筆者認(rèn)為，起初設(shè)計(jì)冷卻水水流的方向?yàn)椤暗瓦M(jìn)高出”或是源于蒸餾操作時(shí)橫放冷凝管，使水流從低處進(jìn)，高處出，符合氣流與冷卻水流逆流的原理，使冷卻更充分。從此多數(shù)人認(rèn)為，只要使用水冷凝管，水就應(yīng)該從低端口進(jìn)從高端口出。并且事實(shí)上，豎放冷凝管仍然下進(jìn)上出，也確實(shí)容易讓水充滿整個(gè)冷凝管。基于此，所以連高考題型都采用此法通水冷凝。但科學(xué)的方法應(yīng)該是以充分冷卻即以“逆流”為原則，即便操作欠方便，但也應(yīng)該以科學(xué)原則依據(jù)。

以“逆流”為原則的具體做法是：將冷凝管豎放，水從高端口進(jìn)低端口出，但開(kāi)始組裝實(shí)驗(yàn)裝置前先將進(jìn)水口低放，出水口抬高，如圖5 (a)所示。待冷凝管中充滿水后再將其組裝到到整套裝置上，水流如同低進(jìn)高出。另外，也可按照如圖5(b)所示的做法，先在冷凝管中充滿水后，將下端出水的橡皮管用止水夾夾緊，組裝完成后，通水時(shí)再移除止水夾)。實(shí)驗(yàn)表明，按照逆流原理來(lái)組裝儀器是完全可行的。所以在教學(xué)過(guò)程中，如何向?qū)W生說(shuō)明并解決冷凝管水流方向這一問(wèn)題上，我們一線教師及教材編寫的專家們應(yīng)該給學(xué)生一個(gè)科學(xué)合理的解釋。

圖5 冷凝逆流操作

3 價(jià)態(tài)歸中、混淆來(lái)源

加碘鹽中KIO3的檢驗(yàn)常在多種題型中出現(xiàn)。有的設(shè)計(jì)成氧化還原計(jì)算；有的設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)操作；有的以物質(zhì)檢驗(yàn)的方式來(lái)考查。但必須要弄清楚的問(wèn)題是，讓淀粉溶液變藍(lán)的碘單質(zhì)必須完全來(lái)自于食鹽中的KIO3，才更具說(shuō)服力。

例題：某校開(kāi)展課外研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，第一小組對(duì)市場(chǎng)上的碘鹽進(jìn)行了研究。在加碘鹽里，碘以KIO3形式存在，怎樣檢驗(yàn)碘鹽中含有碘？可供選擇的試劑有：稀硝酸、稀鹽酸、KCl、KI淀粉溶液、石蕊試液。

綜上所述，有很多的氧化劑能氧化KI生成I2，進(jìn)而使淀粉溶液變藍(lán)，所以選擇用KI與加碘鹽反應(yīng)來(lái)證明加碘鹽中存在KIO3是不恰當(dāng)?shù)?，?yán)格來(lái)說(shuō)是不正確的。