廣東 曾由方 江西 張萬程

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)習(xí)中具有舉足輕重的地位。本文通過對(duì)2022年高考全國卷區(qū)化學(xué)實(shí)驗(yàn)題的研究與分析，結(jié)合《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，以幫助學(xué)生掌握基本的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和技能，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的基本過程與培養(yǎng)學(xué)生解決綜合實(shí)驗(yàn)問題的能力。

一、2022年全國卷區(qū)實(shí)驗(yàn)題命題特點(diǎn)

1.2022年全國卷區(qū)實(shí)驗(yàn)選擇題考查命題特點(diǎn)

表1 2022年全國卷區(qū)實(shí)驗(yàn)選擇題考查命題特點(diǎn)

2.2022年全國卷區(qū)實(shí)驗(yàn)綜合題考查命題特點(diǎn)

表2 2022年全國卷區(qū)實(shí)驗(yàn)綜合題考查命題特點(diǎn)

二、2022年全國卷區(qū)實(shí)驗(yàn)題溯源及解析

1.2022年全國卷區(qū)實(shí)驗(yàn)題(選擇題)溯源及解析

【例1】(2022·全國甲卷·13)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，下列?shí)驗(yàn)及現(xiàn)象、結(jié)論都正確的是

( )

【參考答案】C

【真題溯源】

【詳細(xì)解析】

【例2】(2022·全國乙卷·9)某白色粉末樣品，可能含有Na2SO4、Na2SO3、Na2S2O3和Na2CO3。取少量樣品進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

①溶于水，得到無色透明溶液

②向①的溶液中滴加過量稀鹽酸，溶液變渾濁，有刺激性氣體逸出。離心分離。

③?、诘纳蠈忧逡海蚱渲械渭覤aCl2溶液有沉淀生成。

該樣品中確定存在的是

A.Na2SO4、Na2S2O3B.Na2SO3、Na2S2O3

C.Na2SO4、Na2CO3D.Na2SO3、Na2CO3

【參考答案】A

【詳細(xì)解析】

【例3】(2022·全國乙卷·10)由實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象，可得出相應(yīng)正確結(jié)論的是

( )

表4

【參考答案】C

【真題溯源】

【詳細(xì)解析】

2.2022全國卷區(qū)實(shí)驗(yàn)綜合題溯源及解析

【例4】(2022·全國甲卷·27)硫化鈉可廣泛用于染料、醫(yī)藥行業(yè)。工業(yè)生產(chǎn)的硫化鈉粗品中常含有一定量的煤灰及重金屬硫化物等雜質(zhì)。硫化鈉易溶于熱乙醇，重金屬硫化物難溶于乙醇。實(shí)驗(yàn)室中常用95%乙醇重結(jié)晶純化硫化鈉粗品?；卮鹣铝袉栴}：

(1)工業(yè)上常用芒硝(Na2SO4·10H2O)和煤粉在高溫下生產(chǎn)硫化鈉，同時(shí)生成CO，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________。

圖1

(3)回流時(shí)間不宜過長，原因是____________________________________________。

回流結(jié)束后，需進(jìn)行的操作有①停止加熱 ②關(guān)閉冷凝水 ③移去水浴，正確的順序?yàn)開_______(填標(biāo)號(hào))。

A.①②③ B.③①② C.②①③ D.①③②

(4)該實(shí)驗(yàn)熱過濾操作時(shí)，用錐形瓶而不能用燒杯接收濾液，其原因是____________________________________________，熱過濾除去的雜質(zhì)為________。若濾紙上析出大量晶體，則可能的原因是____________________________________________。

(5)濾液冷卻、結(jié)晶、過濾，晶體用少量________洗滌，干燥，得到Na2S·xH2O。

【參考答案】

(2)硫化鈉粗品中的煤灰與難溶性重金屬硫化物等雜質(zhì)，可直接用作沸石 降低溫度

(3)硫化鈉易溶于熱乙醇，若回流時(shí)間過長，Na2S會(huì)直接析出在冷凝管上，使提純率較低，同時(shí)易造成冷凝管下端堵塞，圓底燒瓶內(nèi)氣壓過大，發(fā)生爆炸；Na2S具有還原性，若回流時(shí)間過長，Na2S可被空氣中O2氧化，導(dǎo)致提純率降低 D

(4)防止濾液冷卻 重金屬硫化物 溫度降低至室溫

(5)冷水

【試題分析】

1.試題素材來源

試題以顧宏邦論文《非水溶劑瀝取法制取優(yōu)質(zhì)硫化鈉》為參考文獻(xiàn)進(jìn)行命題，在復(fù)雜、陌生的實(shí)驗(yàn)情境及問題情境下，體現(xiàn)對(duì)陌生方程式的書寫、實(shí)驗(yàn)的基本操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因分析等知識(shí)的基礎(chǔ)性、應(yīng)用性及創(chuàng)新性的考查。

2.考查的關(guān)鍵能力

試題考查的關(guān)鍵能力側(cè)重于以下三個(gè)方面：一是理解與辨析能力，要求獲取有關(guān)信息，得出正確的化學(xué)反應(yīng)方程式；二是分析與推測(cè)能力，要求根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)際，解決實(shí)驗(yàn)的基本操作方法；三是探究與創(chuàng)新能力，對(duì)異常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和“不常規(guī)”的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，給出合理的原因及解決的措施。

3.考查的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

試題考查的核心素養(yǎng)側(cè)重于以下兩個(gè)方面：一是思維方法，要求能推理出正確的化學(xué)方程式，能理解“不常規(guī)”的實(shí)驗(yàn)操作；二是實(shí)踐探索，要求考生具有科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，試題考查的不是“解題”而是“解決問題”。

4.創(chuàng)新點(diǎn)分析

【解析】

(2)原因的分析：沸石能起防暴沸的作用，主要是能形成氣化中心，硫化鈉粗品中的煤灰與難溶性重金屬硫化物等雜質(zhì)可直接用作沸石，故無需加入沸石；從造成的現(xiàn)象去找到原因，再從原因出發(fā)找到解決問題的措施，氣霧上升過高的原因是溫度較高，故可采取降低溫度的措施。

(3)原因的分析：其一，因?yàn)榱蚧c易溶于熱乙醇，若回流時(shí)間過長，Na2S會(huì)直接析出在冷凝管上，使提純率較低，同時(shí)易造成冷凝管下端堵塞，圓底燒瓶內(nèi)氣壓過大，發(fā)生爆炸；其二，Na2S具有還原性，若回流時(shí)間過長，Na2S可被空氣中的O2氧化，導(dǎo)致提純率降低；回流結(jié)束后，應(yīng)先停止加熱，再移去水浴，最后關(guān)閉冷凝水。

(4)原因的分析：錐形瓶與燒杯的不同點(diǎn)在于其口徑的大小，在過濾操作中，一般用燒杯接收濾液，本實(shí)驗(yàn)中，為了防止Na2S濾液冷卻析出晶體，采用口徑小的錐形瓶，防止其散熱過快，導(dǎo)致濾液冷卻；若濾紙上有大量晶體析出，則可能的原因是溫度降低至室溫，使Na2S溶質(zhì)析出；該過濾操作中，除去的雜質(zhì)是重金屬硫化物。

(5)濾液經(jīng)冷卻，得到的晶體為Na2S，最終需要得到產(chǎn)品Na2S·xH2O，故應(yīng)用少量冷水洗滌晶體。

【例5】(2022·全國乙卷·27)二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀{K2[Cu(C2O4)2]}可用于無機(jī)合成、功能材料制備。實(shí)驗(yàn)室制備二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀可采用如下步驟：

Ⅰ.取已知濃度的CuSO4溶液，攪拌下滴加足量NaOH溶液，產(chǎn)生淺藍(lán)色沉淀。加熱，沉淀轉(zhuǎn)變成黑色，過濾。

Ⅱ.向草酸(H2C2O4)溶液中加入適量K2CO3固體，制得KHC2O4和K2C2O4混合溶液。

Ⅲ.將Ⅱ的混合溶液加熱至80～85℃，加入Ⅰ中的黑色沉淀。全部溶解后，趁熱過濾。

Ⅳ.將Ⅲ的濾液用蒸汽浴加熱濃縮，經(jīng)一系列操作后，干燥，得到二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀晶體，進(jìn)行表征和分析。

回答下列問題：

(1)由CuSO4·5H2O配制Ⅰ中的CuSO4溶液，下列儀器中不需要的是________(填儀器名稱)。

圖2

(2)長期存放的CuSO4·5H2O中，會(huì)出現(xiàn)少量白色固體，原因是____________________________________________。

(3)Ⅰ中的黑色沉淀是________(寫化學(xué)式)。

(4)Ⅱ中原料配比為n(H2C2O4)∶n(K2CO3)=1.5∶1，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式____________________________________________。

(5)Ⅱ中，為防止反應(yīng)過于劇烈而引起噴濺，加入K2CO3應(yīng)采取________的方法。

(6)Ⅲ中應(yīng)采用________進(jìn)行加熱。

(7)Ⅳ中“一系列操作”包括____________________________________________。

【參考答案】

(1)(梨形)分液漏斗、(球形)冷凝管

(2)CuSO4·5H2O風(fēng)化失去結(jié)晶水生成無水硫酸銅

(3)CuO

(5)分批少量加入并不斷攪拌

(6)水浴

(7)冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌

【試題分析】

1.試題素材來源

試題以北京師范大學(xué)等校編寫的第四版《無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)三十八：兩種水合草酸合銅(Ⅱ)酸鉀晶體的制備及表征為情境載體，在陌生的產(chǎn)品物質(zhì)、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作情境下，體現(xiàn)對(duì)儀器的選擇、沉淀成分的分析、化學(xué)方程式的書寫、實(shí)驗(yàn)的基本操作方法等知識(shí)的基礎(chǔ)性、綜合性及創(chuàng)新性的考查。

2.考查的關(guān)鍵能力

試題考查的關(guān)鍵能力側(cè)重于以下兩個(gè)方面：一是理解與辨析能力，理清實(shí)驗(yàn)步驟，掌握基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)操作；二是歸納與論證能力，識(shí)別試題中的有效證據(jù)，進(jìn)行科學(xué)推理論證。

3.考查的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

試題考查的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)側(cè)重于以下兩個(gè)方面：一是思維方法，根據(jù)所給原料的量的配比關(guān)系進(jìn)行推理，結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟，得出正確的化學(xué)方程式；二是實(shí)踐探索，從實(shí)踐中來，回到實(shí)踐中去，對(duì)應(yīng)選擇稱量固體物質(zhì)的儀器，應(yīng)跟緊時(shí)代的步伐，考查考生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)。

4.創(chuàng)新點(diǎn)分析

【詳細(xì)解析】

(1)由固體配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液需要使用的儀器有托盤天平(電子天平)、量筒、燒杯、玻璃棒、容量瓶、膠頭滴管，不需要使用的儀器有(梨形)分液漏斗、(球形)冷凝管；

(2)CuSO4·5H2O為藍(lán)色晶體，失去結(jié)晶水后，顏色變化為淺藍(lán)色(CuSO4·3H2O)→藍(lán)白色(CuSO4·H2O)→白色(CuSO4)，故出現(xiàn)少量白色固體的原因是CuSO4·5H2O風(fēng)化失去結(jié)晶水生成無水硫酸銅；

(3)Cu(OH)2為藍(lán)色沉淀，加熱分解生成黑色CuO的沉淀；

(5)H2C2O4與K2CO3的反應(yīng)劇烈且產(chǎn)生CO2氣體，加入量少，反應(yīng)劇烈程度小，故可采取分批少量加入K2CO3并不斷攪拌；

(6)步驟Ⅲ中加入的溫度為80～85℃，可采用水浴加熱的方式進(jìn)行加熱；

(7)濾液加熱濃縮后，冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥即可得到二草酸合銅(Ⅱ)酸鉀晶體。

三、全國卷區(qū)實(shí)驗(yàn)題備考啟示

1.注重基礎(chǔ)，適度拓展

從2022年全國卷的實(shí)驗(yàn)題可看出，實(shí)驗(yàn)選擇題難度較低，試題均可從教材溯源，所考查的是基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)操作、基本的實(shí)驗(yàn)方法、基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)綜合題區(qū)分度較高，試題來源于大學(xué)實(shí)驗(yàn)教材或期刊文獻(xiàn)，但落點(diǎn)較低，所考查的是分析問題、解決問題的能力，尤其是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析及應(yīng)用的分析，需從實(shí)際出發(fā)，分析不同的特點(diǎn)，找到問題的答案。教師在教學(xué)及高考備考的過程中，應(yīng)注重教材的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，適度拓展大學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合訓(xùn)練。

表5 大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)

2.考查思維，應(yīng)用創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)綜合題注重考查學(xué)生的思維能力，從對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析及實(shí)際出發(fā)，分析產(chǎn)生此類實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因，提出解決實(shí)際的實(shí)驗(yàn)問題的方法與措施。實(shí)驗(yàn)儀器的選擇與高中所涉及的不盡相同，如在過濾中常用燒杯接收濾液，實(shí)際中也可采用錐形瓶接收；稱量固體可用托盤天平，也可用電子天平、分析天平等儀器。在教學(xué)及備考過程中，教師應(yīng)注重對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，拓展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)操作，如滴定時(shí)采用棕色滴定管防止物質(zhì)見光分解、滴定“滴半滴”操作、毛細(xì)管法測(cè)熔點(diǎn)裝置等。