山東 鑒培培 劉樹領(lǐng)

(作者單位：山東省北鎮(zhèn)中學(xué))

實驗是化學(xué)的基本特征，是探究物質(zhì)性質(zhì)與變化、制備方式與用途的主要方法，同時也是宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透載體，因而實驗成為命題的重要組成，體現(xiàn)了命題的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性與創(chuàng)新性等特點。實驗綜合題盡管常以教材實驗衍生、工業(yè)產(chǎn)品的制備流程、科技成果轉(zhuǎn)化、性質(zhì)探究、原理分析等為背景，呈現(xiàn)真實問題情境，凸顯化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用性，但由于涉及的知識點較多，既考查學(xué)生對實驗基本操作、基本裝置的掌握情況，又考查元素化合物知識、反應(yīng)基本原理以及學(xué)生完成實驗和探究實驗的能力，使得實驗綜合題成為教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)的重難點題型，對于教師在教學(xué)中如何克服此教學(xué)難點，筆者有以下幾點建議。

1.研究實驗綜合題的命題特點，提高教學(xué)的指向性

實驗綜合題的三大類型分別是物質(zhì)制備分離型、性質(zhì)原理探究型、定量測定分析型，其中探究型實驗和定量測定實驗逐漸有成為主流題型的趨勢。題目一般由題干、裝置或者流程圖、問題三部分組成，只不過陌生信息提示部分試題出現(xiàn)在題干中、部分試題隱含在問題中、部分試題以文本形式展現(xiàn)，也有部分試題以圖表形式展現(xiàn)。試題的文字閱讀量一般在650字符左右，設(shè)空一般約為7～10空，分值約為12～15分?？疾榈闹R點主要有常用儀器的識別、用途和使用方法，實驗基本操作、實驗安全及實驗事故處理，常見氣體的實驗室制法，物質(zhì)的檢驗、分離和提純，儀器連接或?qū)嶒灢襟E設(shè)計、評價或改進實驗方案，實驗條件的控制，實驗數(shù)據(jù)的處理，方程式書寫等。

2.構(gòu)建實驗綜合題的解題模型

首先閱讀題目信息，明確實驗的目的，即知道實驗想做什么。其次分析完成實驗的方法或?qū)嶒炘硎鞘裁?，進而根據(jù)原理中物質(zhì)的性質(zhì)與反應(yīng)條件來完成實驗器材的選擇與實驗方案設(shè)計，從而對實驗過程有個整體上的認識與理解。再其次根據(jù)題干或題設(shè)中描述的實驗過程或提出的問題，進一步理清實驗裝置及實驗步驟的意圖。最后根據(jù)問題要求進行規(guī)范答題即可。具體解題模型如圖1所示。

圖1 實驗綜合題的解題模型及其關(guān)系

其中，模型分析的關(guān)鍵就是對反應(yīng)原理的分析，即分析反應(yīng)條件，如加熱、高溫、具體溫度、催化劑、通電、隔絕空氣或在空氣中反應(yīng)等條件，進而確定加熱的儀器或達到反應(yīng)條件的方式，如是否用到溫度計、隔絕空氣需要加隔離層(或液封)、通電則需要外加電源及正負極的連接等問題。物質(zhì)性質(zhì)則需要對熟悉的反應(yīng)物、生成物從毒性、氣味、密度、溶解性、易燃易爆、還原性(或還原性強弱)、酸堿性、穩(wěn)定性等角度去思考，若是陌生知識則需要依據(jù)題干中對陌生物質(zhì)的性質(zhì)介紹，從分類、價態(tài)兩大角度去預(yù)測分析，這樣就能較快厘清實驗器材、試劑的用途及實驗過程，利于從整體上理解命題的意圖及解答問題的規(guī)范。

3.重視典題講解的示范性

盡管教學(xué)質(zhì)量的提高離不開具體題目的強化與鞏固訓(xùn)練，但教師若過度依賴于海量題目來訓(xùn)練學(xué)生，學(xué)生是不可能靈活運用知識解決實際問題并取得理想成績的，除了個別知識點的熟練而固化外，遇到陌生的、新穎的問題仍然是束手無策，因此要把學(xué)生從題海中撈上來，教師就必須先跳入題海，精選習(xí)題，并能對習(xí)題進行高質(zhì)量的嫁接、改編與變式，以確保題目的典型性、代表性、新穎性，從而在知識考查角度更基礎(chǔ)、全面與綜合，在讀題、解題、規(guī)范以及思維的嚴謹性、深刻性等方面具有系列啟發(fā)性。教師選擇典題時最好優(yōu)先考慮高考真題或根據(jù)課時內(nèi)容進行適當(dāng)節(jié)選或改編，畢竟高考真題是命題專家長期研究《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版2020年修訂)》《中國高考評價體系》及其說明，并結(jié)合其個人淵博的化學(xué)學(xué)科專業(yè)知識，使得貼近生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科技發(fā)展與前沿等涉及高中化學(xué)核心的知識得到更全面、科學(xué)的考查結(jié)果，所以教師在講解實驗典題時，不能無節(jié)制地對非教材知識進行補充與拓展，而應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從題干中如何獲得有用信息、如何類比遷移、如何分析物質(zhì)性質(zhì)與變化、如何規(guī)范解答問題等角度去思考。總之，教師引導(dǎo)學(xué)生思維的基點具體化、思維過程直觀化，同時引導(dǎo)學(xué)生思考試題考查的基本知識點有哪些、解題的基本思路在哪、關(guān)鍵點在哪等等，進而提升舉一反三、靈活解答具體問題的能力。

【例1】(2020·全國卷Ⅱ·27)苯甲酸可用作食品防腐劑。實驗室可通過甲苯氧化制苯甲酸，其反應(yīng)原理簡示如下：

表1

實驗步驟：

(1)在裝有溫度計、冷凝管和攪拌器的三頸燒瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(約0.03 mol)高錳酸鉀，慢慢開啟攪拌器，并加熱回流至回流液不再出現(xiàn)油珠。

(2)停止加熱，繼續(xù)攪拌，冷卻片刻后，從冷凝管上口慢慢加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液，并將反應(yīng)混合物趁熱過濾，用少量熱水洗滌濾渣。合并濾液和洗滌液，于冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化至苯甲酸析出完全。將析出的苯甲酸過濾，用少量冷水洗滌，放在沸水浴上干燥。稱量，粗產(chǎn)品為1.0 g。

(3)純度測定：稱取0.122 g粗產(chǎn)品，配成乙醇溶液，于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液，用0.010 00 mol·L-1的KOH標準溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50 mL的KOH標準溶液。

回答下列問題：

(1)根據(jù)上述實驗藥品的用量，三頸燒瓶的最適宜規(guī)格為________(填標號)。

A.100 mL B.250 mL C.500 mL D.1 000 mL

(2)在反應(yīng)裝置中應(yīng)選用________冷凝管(填“直形”或“球形”)，當(dāng)回流液不再出現(xiàn)油珠即可判斷反應(yīng)已完成，其判斷理由是______________________。

(3)加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液的目的是

；

該步驟亦可用草酸在酸性條件下處理，請用反應(yīng)的離子方程式表達其原理：______________________。

(4)“用少量熱水洗滌濾渣”一步中濾渣的主要成分是____________________。

(5)干燥苯甲酸晶體時，若溫度過高，可能出現(xiàn)的結(jié)果是________。

(6)本實驗制備的苯甲酸的純度為________；據(jù)此估算本實驗中苯甲酸的產(chǎn)率最接近于________(填標號)。

A.70% B.60% C.50% D.40%

(7)若要得到純度更高的苯甲酸，可通過在水中________的方法提純。

【參考答案】(1)B

(2)球形 無油珠說明不溶于水的甲苯已經(jīng)被完全氧化

(3)除去過量的高錳酸鉀，避免在用鹽酸酸化時，產(chǎn)生氯氣

(4)MnO2

(5)苯甲酸升華而損失

(6)86.0% C

(7)重結(jié)晶

【知識延伸】混合物分離與提純的方法：主要從各組分的狀態(tài)、水溶性、熔沸點等物理性質(zhì)的角度去考慮分離與提純方法，如固液分離用過濾、相溶液體之間用蒸餾、不溶液體之間用分液、固體之間分離用重結(jié)晶、富集(或提高)溶質(zhì)濃度用萃取等；其次從各組分的化學(xué)性質(zhì)角度去分析，如常見的沉淀法、氣化法、分解法、轉(zhuǎn)純法、酸堿調(diào)節(jié)法等。但注意氣體混合物的分離與提純常利用洗氣法，原理不僅可利用氣體的物理性質(zhì)，如氯氣中的氯化氫可利用飽和食鹽水除去、氯化氫中的氯氣可利用四氯化碳來除去、氯氣中的水蒸氣可利用濃硫酸來除去等，也可利用化學(xué)性質(zhì)，如二氧化碳中的二氧化硫可利用飽和碳酸氫鈉溶液來除去、甲烷中的乙烯氣體可利用溴水或溴的四氯化碳溶液來除去等。

隔絕空氣條件下，加熱無水Na2SO3固體得到黃色固體A，過程中未檢測到氣體生成。黃色固體A加水得到濁液，放置得無色溶液B。

(1)檢驗分解產(chǎn)物Na2S：取少量溶液B，向其中滴加CuSO4溶液，產(chǎn)生黑色沉淀，證實有S2-。反應(yīng)的離子方程式是____________________。

(3)探究(2)中S的來源

來源1：固體A中有未分解的Na2SO3，在酸性條件下與Na2S反應(yīng)生成S。

來源2：溶液B中有Na2Sx，加酸反應(yīng)生成S。

針對來源1進行如圖2實驗：

圖2

①實驗可證實來源1不成立。實驗證據(jù)是______________________。

②不能用鹽酸代替硫酸的原因是______________________。

③寫出來源2產(chǎn)生S的反應(yīng)的離子方程式：

________________。

(4)實驗證明Na2SO3固體熱分解有Na2S、Na2SO4和S產(chǎn)生。運用氧化還原反應(yīng)規(guī)律分析產(chǎn)物中S產(chǎn)生的合理性：______________________。

(2)取少量上層清液，滴加BaCl2溶液，產(chǎn)生白色沉淀

【技巧點撥】物質(zhì)性質(zhì)或成分探究型實驗題的原理可以從價態(tài)、類別角度做出大致預(yù)測，并結(jié)合題給信息及熟知元素化合物性質(zhì)、實驗基本操作等做進一步的原理優(yōu)化。如本題亞硫酸鈉的歧化分解既可以預(yù)測又可以結(jié)合題給信息，硫離子、硫酸根離子的檢驗是熟知內(nèi)容，多硫化物的生成與性質(zhì)屬于題給信息等。常見酸堿性強弱的探究，既可以從對應(yīng)的等濃度鹽溶液的pH大小分析，也可以從復(fù)分解反應(yīng)角度分析，同時也可以從元素周期律角度來判斷最高價含氧酸(或堿)酸堿性強弱等。氧化性(或還原性)則可以從氧化還原反應(yīng)角度分析，也可以從元素周期律角度判斷等。

【例3】(2020·山東卷·20)某同學(xué)利用Cl2氧化K2MnO4制備KMnO4的裝置如圖3所示(夾持裝置略)：

圖3

已知：錳酸鉀(K2MnO4)在濃強堿溶液中可穩(wěn)定存在，堿性減弱時易發(fā)生反應(yīng)：

回答下列問題：

(1)裝置A中a的作用是____________________；裝置C中的試劑為________；裝置A中制備Cl2的化學(xué)方程式為______________________________。

(2)上述裝置存在一處缺陷，會導(dǎo)致KMnO4產(chǎn)率降低，改進的方法是______________________。

(3)KMnO4常作氧化還原滴定的氧化劑，滴定時應(yīng)將KMnO4溶液加入________(填“酸式”或“堿式”)滴定管中；在規(guī)格為50.00 mL的滴定管中，若KMnO4溶液起始讀數(shù)為15.00 mL，此時滴定管中KMnO4溶液的實際體積為________(填標號)。

A.15.00 mL B.35.00 mL

C.大于35.00 mL D.小于15.00 mL

(4)某FeC2O4·2H2O樣品中可能含有的雜質(zhì)為Fe2(C2O4)3、H2C2O4·2H2O，采用KMnO4滴定法測定該樣品的組成，實驗步驟如下：

Ⅰ.稱取mg樣品于錐形瓶中，加入稀H2SO4溶解，水浴加熱至75℃。用cmol·L-1的KMnO4溶液趁熱滴定至溶液出現(xiàn)粉紅色且30 s內(nèi)不褪色，消耗KMnO4溶液V1mL。

Ⅱ.向上述溶液中加入適量還原劑將Fe3+完全還原為Fe2+，加入稀H2SO4酸化后，在75℃繼續(xù)用KMnO4溶液滴定至溶液出現(xiàn)粉紅色且30 s內(nèi)不褪色，又消耗KMnO4溶液V2mL。

樣品中所含H2C2O4·2H2O(M=126 g·mol-1)的質(zhì)量分數(shù)表達式為____________________。

下列關(guān)于樣品組成分析的說法，正確的是________(填標號)。

C.若步驟Ⅰ中滴入KMnO4溶液不足，則測得樣品中Fe元素含量偏低

D.若所用KMnO4溶液實際濃度偏低，則測得樣品中Fe元素含量偏高

(2)在裝置A、B之間加裝盛有飽和食鹽水的洗氣瓶

(3)酸式 C

綜上所述，化學(xué)實驗綜合題并不難，只要善于以實驗?zāi)康臑橹行?，思考實驗進行的原理或依據(jù)，進而以物質(zhì)性質(zhì)(物理性質(zhì)如狀態(tài)、水溶性、熔沸點、升華等，化學(xué)性質(zhì)如酸堿性、氧化性、還原性、穩(wěn)定性等)及反應(yīng)條件為突破口，宏觀猜想實驗步驟，最后結(jié)合題中實驗過程與問題要求，優(yōu)化思維角度，按要求規(guī)范答題，最終必然會獲得理想成績。