江蘇 王 菁 居亞芬

課標(biāo)分析《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》)中指出：“重視開(kāi)展‘素養(yǎng)為本’的教學(xué)，倡導(dǎo)真實(shí)問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，開(kāi)展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力?！敝逃龑W(xué)家懷特海先生說(shuō)過(guò)：“學(xué)校里教授的知識(shí)都是二手貨，甚至是三手貨。一切學(xué)問(wèn)都是從生活中來(lái)的，是從對(duì)自然和社會(huì)的觀察中歸納出來(lái)的?！惫P者認(rèn)為，化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)應(yīng)該從真實(shí)的生活體驗(yàn)中得來(lái)，從親手做過(guò)的、感受過(guò)的實(shí)驗(yàn)觀察中歸納出來(lái)。而實(shí)驗(yàn)即是自然生活或自然生活的“模型”?？茖W(xué)家對(duì)物質(zhì)的研究總是從對(duì)宏觀現(xiàn)象的思考開(kāi)始，為了可以合理解釋現(xiàn)實(shí)中的宏觀現(xiàn)象，開(kāi)始對(duì)其中的原因進(jìn)行思考、建模、實(shí)驗(yàn)、修正模型，這也是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的根本途徑。

而真正的實(shí)驗(yàn)是帶領(lǐng)學(xué)生順著科學(xué)家走過(guò)的路再走一遍，這才是真體會(huì)真學(xué)習(xí)，讓學(xué)生真正理解其中的基本化學(xué)反應(yīng)原理，正所謂“百聞不如一見(jiàn)”。在這個(gè)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和已有認(rèn)知矛盾的情況，此時(shí)的判定依據(jù)一般是以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，在培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感的同時(shí)也提升了學(xué)生的參與意識(shí)與決策能力。

現(xiàn)在高考的方向也是緊扣科技發(fā)展和工業(yè)，結(jié)合高考選擇題中?？嫉姆墙饘僭谻l、N、S對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)室制備Cl2、NH3、SO2氣體完整裝置的拆解。筆者對(duì)近幾年全國(guó)卷和江蘇卷高考選擇題和非選擇題進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)高考中常常從以下幾點(diǎn)考查學(xué)生的基本能力和素養(yǎng)：

一、實(shí)驗(yàn)裝置選用是否正確

實(shí)驗(yàn)裝置的考查主要針對(duì)以下幾個(gè)基本模型：

1.以實(shí)驗(yàn)室制取NH3、Cl2、SO2為基本模型展開(kāi)的考查。主要的考查角度為反應(yīng)發(fā)生裝置、氣體凈化除雜裝置、氣體收集裝置和尾氣處理裝置；

2.以侯氏制堿法為模型考查藥品加入的先后順序，過(guò)濾裝置，晶體干燥；

3.以海帶提碘為模型考查灼燒裝置、過(guò)濾裝置及分液萃取裝置；

4.以硝酸鉀晶體制備和粗鹽提純?yōu)槟Ｐ涂疾榫w的提純，雜質(zhì)離子的除雜轉(zhuǎn)化，蒸發(fā)結(jié)晶和降溫結(jié)晶操作及裝置；

5.以配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液為模型考查實(shí)驗(yàn)基本技能及基本儀器操作。

(一)真題情況分析

表1 理綜高考卷選擇題中對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置選擇常見(jiàn)考點(diǎn)

(二)高考題賞析

【例1】(2021·全國(guó)乙卷·8)在實(shí)驗(yàn)室采用如表2中圖示裝置制備氣體，合理的是

表2

( )

【答案】C

【分析】本題考查制備氣體的加熱裝置，重點(diǎn)考查固固加熱，排空氣法收集氣體的方法，氣體的密度與空氣的密度關(guān)系。考查基本化學(xué)反應(yīng)原理，學(xué)生根據(jù)原理對(duì)反應(yīng)裝置和收集裝置的選擇及細(xì)節(jié)的關(guān)注。培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究物質(zhì)及其變化的科學(xué)方法和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，樹(shù)立安全意識(shí)和環(huán)保意識(shí)，形成良好的實(shí)驗(yàn)工作習(xí)慣。

【解析】氨氣的密度比空氣小，不能用向上排空氣法收集，故A錯(cuò)誤； 二氧化錳與濃鹽酸共熱制備氯氣為固液加熱反應(yīng)，需要選用固液加熱裝置，不能選用固固加熱裝置，故B錯(cuò)誤；二氧化錳和氯酸鉀共熱制備氧氣為固固加熱的反應(yīng)，能選用固固加熱裝置，氧氣的密度大于空氣，可選用向上排空氣法收集，故C正確；氯化鈉與濃硫酸共熱制備為固液加熱反應(yīng)，需要選用固液加熱裝置，不能選用固固加熱裝置，故D錯(cuò)誤；

【變式訓(xùn)練】

1.(2020·江蘇·5節(jié)選)用如圖1裝置，實(shí)驗(yàn)室以CaCO3為原料，制備CO2，是否正確？

圖1

2.(2018·江蘇·5節(jié)選)用如圖2裝置，制備用于氧化浸泡液中I-的Cl2，是否正確？

圖2

3.(2017·江蘇·4節(jié)選)用如圖3裝置，制備SO2，是否正確？

圖3

二、實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)裝置用途

(一)高中化學(xué)基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)

(2)以原電池、電解池為基本模型探究反應(yīng)基本規(guī)律，描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得出合理結(jié)論；

(3)以制備硫酸亞鐵和氫氧化亞鐵為模型學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)條件的控制，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及作出合理解釋?zhuān)?/p>

(4)探究實(shí)驗(yàn)的核心思路和基本方法，具有分析或處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本能力。

表3 理綜高考卷實(shí)驗(yàn)綜合題型中實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)裝置用途常見(jiàn)考點(diǎn)

續(xù)表

(二)高考題賞析

【例2】(2021·江蘇省第一次高考適應(yīng)性試卷·16節(jié)選)以印刷線(xiàn)路板的堿性蝕刻廢液(主要成分為[Cu(NH3)4]Cl2)或焙燒過(guò)的銅精煉爐渣(主要成分為CuO、SiO2，少量Fe2O3)為原料均能制備CuSO4·5H2O晶體。

(1)取一定量蝕刻廢液和稍過(guò)量的NaOH溶液加入到如圖4所示實(shí)驗(yàn)裝置的三頸瓶中，在攪拌下加熱反應(yīng)并通入空氣，待產(chǎn)生大量的黑色沉淀時(shí)停止反應(yīng)，趁熱過(guò)濾、洗滌，得到CuO固體；所得固體經(jīng)酸溶、結(jié)晶、過(guò)濾等操作，得到CuSO4·5H2O晶體。

圖4

①寫(xiě)出用蝕刻廢液制備CuO反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________。

②檢驗(yàn)CuO固體是否洗凈的實(shí)驗(yàn)操作是_________________。

③裝置圖中裝置X的作用是________________。

【教學(xué)過(guò)程】

(1)①教師引導(dǎo)學(xué)生分析題目環(huán)境

[教師引導(dǎo)]由此，這是一個(gè)氧化還原反應(yīng)還是非氧化還原反應(yīng)？

[教師提醒]最后檢查容易漏掉的反應(yīng)條件、氣體符號(hào)、沉淀符號(hào)等，應(yīng)保證化學(xué)用語(yǔ)使用規(guī)范。

[學(xué)生分析](1)②檢驗(yàn)CuO固體是否洗凈考查的實(shí)質(zhì)是水溶液中某種離子的檢驗(yàn)。由①的化學(xué)方程式可知檢驗(yàn)CuO固體是否洗凈主要是檢驗(yàn)洗滌液中是否含有Cl-，其實(shí)驗(yàn)操作是取最后一次洗滌濾液少量于試管中，向試管中加硝酸酸化的硝酸銀，若無(wú)沉淀則洗滌干凈，若有沉淀則未洗凈。

[學(xué)生分析]③裝置圖中裝置X的作用分析。

三頸燒瓶作為反應(yīng)裝置，反應(yīng)物為兩種液體，反應(yīng)條件為攪拌和水浴加熱，其優(yōu)點(diǎn)是受熱均勻，溫度穩(wěn)定在100℃以?xún)?nèi)，由反應(yīng)方程式可得，反應(yīng)中生成極易溶于水且有污染的NH3，因此反應(yīng)裝置后一定要有收集處理NH3裝置?？赏茰y(cè)裝水的試劑瓶是吸收NH3的裝置，裝置X的作用為防倒吸。而最后抽氣泵的作用是加速三頸燒瓶中氨氣逸出同時(shí)也起到防倒吸作用。

②取最后一次洗滌濾液少量于試管，向試管中加硝酸酸化的硝酸銀，若無(wú)沉淀則洗滌干凈，若有沉淀則未洗凈

③防倒吸

【分析】本題以[Cu(NH3)4]Cl2溶液和NaOH溶液反應(yīng)為背景，考查離子的檢驗(yàn)、氨氣的性質(zhì)、可溶性氣體的處理、晶體的制備過(guò)程設(shè)計(jì)。以基礎(chǔ)反應(yīng)為背景，發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的好奇心和興趣，從不同角度分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不同敢于提出自己的質(zhì)疑，樹(shù)立安全意識(shí)，形成節(jié)約環(huán)?？裳h(huán)意識(shí)，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)工作習(xí)慣。

【例3】(2021·全國(guó)卷乙卷·27節(jié)選)氧化石墨烯具有穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在能源、材料等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，通過(guò)氧化剝離石墨制備氧化石墨烯的一種方法如下(裝置如圖5所示)：

圖5

Ⅰ.將濃H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合，置于冰水浴中，劇烈攪拌下，分批緩慢加入KMnO4粉末，塞好瓶口。

Ⅱ.轉(zhuǎn)至油浴中，35℃攪拌1小時(shí)，緩慢滴加一定量的蒸餾水。升溫至98℃并保持1小時(shí)。

Ⅲ.轉(zhuǎn)移至大燒杯中，靜置冷卻至室溫。加入大量蒸餾水，而后滴加H2O2至懸濁液由紫色變?yōu)橥咙S色。

Ⅳ.離心分離，稀鹽酸洗滌沉淀。

Ⅴ.蒸餾水洗滌沉淀。

Ⅵ.冷凍干燥，得到土黃色的氧化石墨烯。

回答下列問(wèn)題：

(1)裝置圖中，儀器a、c的名稱(chēng)分別是________、________，儀器b的進(jìn)水口是________(填字母)。

(2)步驟Ⅰ中，需分批緩慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴，原因是_______________。

(3)步驟Ⅱ中的加熱方式采用油浴，不使用熱水浴，原因是_______________。

(4)步驟Ⅲ中，H2O2的作用是____________________(以離子方程式表示)。

(6)步驟Ⅴ可用pH試紙檢測(cè)來(lái)判斷Cl-是否洗凈，其理由是_________________。

【教學(xué)過(guò)程】

分析題目中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑橹苽洹把趸?/p>

[學(xué)生分析](1)儀器b為球形冷凝管，起冷凝回流作用，為了使冷凝效果更好，冷卻水要從d口進(jìn)，e口出；

[學(xué)生分析](2)關(guān)注點(diǎn)“分批次、冰水浴”可推測(cè)目的是控制反應(yīng)速率，避免反應(yīng)過(guò)于劇烈，因反應(yīng)為放熱反應(yīng)，需分批緩慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴；

[學(xué)生分析](3)關(guān)注點(diǎn)“油浴98℃并保持1小時(shí)”該實(shí)驗(yàn)反應(yīng)溫度接近水的沸點(diǎn)，故不宜采用熱水浴，油浴溫度一般在100～250℃間，更易控溫在98℃；

[學(xué)生分析](6)關(guān)注點(diǎn)pH試紙檢測(cè)，實(shí)質(zhì)是H+的檢驗(yàn)。

【答案】

(1)滴液漏斗 三頸燒瓶 d

(2)反應(yīng)放熱，防止反應(yīng)過(guò)快

(3)反應(yīng)溫度接近水的沸點(diǎn)，油浴更易控溫

(5)取少量洗出液，滴加BaCl2，沒(méi)有白色沉淀生成

(6)H+與Cl-電離平衡，洗出液接近中性時(shí)，可認(rèn)為Cl-洗凈

三、教學(xué)思考