付海蘭 孫曉春

摘要：從分析學(xué)生化學(xué)高考全國甲卷27題的答題情況出發(fā)，呈現(xiàn)試題并分析試題考查學(xué)生的化學(xué)學(xué)科能力，確定教師在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)的方向。連接大學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中冷凝回流、重結(jié)晶等知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)嘗試通過重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)找到最佳實(shí)驗(yàn)條件，為一線教師提供高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：化學(xué)高考：實(shí)驗(yàn)題；重結(jié)晶：冷凝回流

文章編號(hào)：1008-0546（2023）10-0078-06

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/1 .issn.1008-0546.2023.10.016

2022年高考結(jié)束后，化學(xué)高考全國甲卷27題的答案成了各微信平臺(tái)上討論的熱點(diǎn)。為了學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展，組織高二年級(jí)X班65人對2022年化學(xué)高考全國甲卷27題進(jìn)行答題，將學(xué)生的答題情況按照認(rèn)識(shí)角度、思路與方法進(jìn)行歸納整理如表1所示，判斷學(xué)生對于物質(zhì)分離提純實(shí)驗(yàn)的知識(shí)、技能和素養(yǎng)的發(fā)展水平，確定教師化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)。對學(xué)生的答題情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生思維靈活，但答題角度單一、零散，缺乏系統(tǒng)性思維。其中，學(xué)生的失分點(diǎn)在于：一是文字表達(dá)的邏輯性、規(guī)范性和精簡性差；二是學(xué)生無法運(yùn)用已有的知識(shí)和能力統(tǒng)籌分析陌生實(shí)驗(yàn)的原理和裝置，不能模擬陌生實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行并解決其中可能出現(xiàn)的問題。比如第（2）問第一空關(guān)于為什么不用沸石？第（3）問第一空不能長時(shí)間加熱回流的原因，是學(xué)生0分率最高的兩個(gè)空。究其原因，是教學(xué)中沒有認(rèn)真落實(shí)課標(biāo)和教材要求的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)缺少有機(jī)實(shí)驗(yàn)以及和大學(xué)實(shí)驗(yàn)的連接，導(dǎo)致學(xué)生書面答題成績不理想。教師應(yīng)創(chuàng)造條件讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)獲得直接經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中感受實(shí)驗(yàn)是一個(gè)系統(tǒng)，關(guān)注實(shí)驗(yàn)的過程性、發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)表述等基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。[1]

一、原題呈現(xiàn)

（2022年化學(xué)高考全國甲卷27題）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·IOH2O）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____。

（2）溶解回流裝置如圖1所示，回流前無須加入沸石，其原因是_____?；亓鲿r(shí)，燒瓶內(nèi)氣霧上升高度不宜超過冷凝管高度的1/3。若氣霧上升過高，可采取的措施是______。

（3）回流時(shí)間不宜過長，原因是____ ?；亓鹘Y(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)?/p>

（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_____。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。

二、試題分析

長時(shí)間以來，中學(xué)化學(xué)教師將中學(xué)無機(jī)實(shí)驗(yàn)中特別是氣體制備的實(shí)驗(yàn)作為中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心部分，而缺少有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。隨著新課標(biāo)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提出，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)考查的落腳點(diǎn)從“生產(chǎn)某種產(chǎn)品的化學(xué)原理是什么”和“主要反應(yīng)物獲得產(chǎn)物的系統(tǒng)”轉(zhuǎn)向“如何利用化學(xué)原理，解決真實(shí)條件下速率和產(chǎn)率的問題”和“實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用”。即高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)試題向著“無機(jī)、有機(jī)實(shí)驗(yàn)一家親”改革，注重考查實(shí)驗(yàn)的整體性、過程性、實(shí)操性。以大學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、科研成果等真實(shí)情境為背景，讓學(xué)生基于對物質(zhì)性質(zhì)的了解，選擇原理、裝置、操作來進(jìn)行物質(zhì)的分離提純實(shí)驗(yàn)，考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)知識(shí)和方法的認(rèn)知理解、重構(gòu)和再運(yùn)用。

命題人從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置和操作步驟與安全措施來設(shè)計(jì)問題，以在實(shí)驗(yàn)室中利用常見藥品制取目標(biāo)產(chǎn)物的原理為素材，以研究有機(jī)化合物的一般方法分離提純中的“重結(jié)晶”作為實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵方法創(chuàng)設(shè)了一個(gè)學(xué)生既熟悉又陌生的情境。用常見有機(jī)化合物的分離提純方法精化無機(jī)化合物，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)預(yù)測和系統(tǒng)思考能力。多了“為什么”“怎么做”的問題，例如試題中出現(xiàn)4處“……的原因是……”的填空，分別從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、裝置選擇、現(xiàn)象分析等不同角度讓學(xué)生對真實(shí)情況下實(shí)驗(yàn)室制備硫化鈉的過程中處處小而關(guān)鍵問題進(jìn)行思考?！霸趺醋觥碧羁沼?處分別是“……可采取的措施……”屬于開放性問題，可多角度答題；“……需進(jìn)行的操作的正確順序……”考查基本的實(shí)驗(yàn)操作；“用……洗滌”考查根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)分析選擇試劑。具體考查的化學(xué)學(xué)科能力如表2所示，著重考查學(xué)生整合信息、解決問題和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

總之，物質(zhì)的分離提純考查思路如圖2所示，考查學(xué)生根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置和環(huán)境的分析，從物理和化學(xué)的角度剖析操作原理或給出具體操作步驟、原因的綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。本題考查實(shí)驗(yàn)中應(yīng)急處理、實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)、實(shí)驗(yàn)規(guī)范操作，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)基本素養(yǎng)和高中大學(xué)銜接，沒有真正做過該實(shí)驗(yàn)，很難找到答題的方向。

三、大學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)分析

重結(jié)晶的一般過程是將不純的固體有機(jī)物在溶劑的沸點(diǎn)或接近于沸點(diǎn)的溫度下溶解在溶劑中，制成接近飽和的濃溶液，若固體有機(jī)化合物的熔點(diǎn)較溶劑沸點(diǎn)低，則應(yīng)制成在熔點(diǎn)溫度以下的飽和溶液。過濾此熱溶液以除去其中不溶性雜質(zhì)；將過濾液冷卻，使結(jié)晶從飽和溶液中析出。最后，經(jīng)過過濾、洗滌等操作得出所要晶體。

以王清廉，李瀛，高坤等人修訂，蘭州大學(xué)編的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第三版），[2]本書約有近一半的實(shí)驗(yàn)涉及到冷凝回流和重結(jié)晶，而重結(jié)晶是從復(fù)雜的混合物中分離提純出所需物質(zhì)的重要手段?；A(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中關(guān)于重結(jié)晶的操作、裝置、條件、要點(diǎn)如表3所示。

綜合以上分析，重結(jié)晶是大學(xué)物質(zhì)分離提純實(shí)驗(yàn)中的重要手段，掌握重結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)技能是學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)發(fā)展實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的基石。教師可以在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過單個(gè)的物質(zhì)制備、分離提純實(shí)驗(yàn)方法為核心展開教學(xué)或者借助試題情境組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)和技能為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合素養(yǎng)。為此以試題情境為主，進(jìn)行了重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)。

四、重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)

硫化鈉，又稱臭堿、臭蘇打、硫化堿，是一種無機(jī)化合物，化學(xué)式為Na2S，外觀為無色結(jié)晶粉末，易溶于水，不溶于乙醚，微溶于乙醇。[3]露置在空氣中時(shí)，硫化鈉會(huì)放出有臭雞蛋氣味、有毒的硫化氫氣體。硫化鈉在水溶液中容易水解生成氫氧化鈉、硫氫化鈉和硫化氫。通常加入氫氧化鈉可以有效抑制硫化鈉的水解。工業(yè)酒精的沸點(diǎn)：78.32℃，閃點(diǎn)16℃，燃點(diǎn)390～430℃。1 L 95%的乙醇的中水分的含量是50 mL。

【實(shí)驗(yàn)原理】利用重結(jié)晶的原理對粗品硫化鈉進(jìn)行精化。

【實(shí)驗(yàn)流程】具體實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示。

【實(shí)驗(yàn)試劑】Na2S粗品（益德誠化工的60黃片硫化鈉含有碳酸鈉、水不溶物、低鐵硫化鈉等雜質(zhì)）、95%乙醇、活性炭（模擬題目中煤灰）。

【實(shí)驗(yàn)儀器】250 mL的圓底燒瓶、200 mm的球形冷凝管、錐形瓶、燒杯、（長、短頸）漏斗、250 mL的抽濾瓶（配套布氏漏斗）、表面皿、玻璃棒、鐵架臺(tái)、水浴鍋（鞏義予華DF-10IS集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，可按照設(shè)定的溫度維持恒溫）。主要實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。

【實(shí)驗(yàn)條件】室溫：23.8℃；冷凝水水溫：21℃；水浴溫度：92～94℃；冷水浴溫度：5～10℃。

【實(shí)驗(yàn)步驟】在250 mL干燥的圓底燒瓶中加入14.00 g硫化鈉粗品、100 mL 95%的乙醇和1.40 g活性炭，充分混合使之混合均勻。燒瓶上豎直安裝200 mm的球形冷凝管，再在92～94℃的水浴鍋上進(jìn)行加熱20 min，調(diào)節(jié)熱源和冷凝水的流速使燒瓶內(nèi)保持沸騰而球形冷凝管內(nèi)平穩(wěn)地回流，直至圓底燒瓶中的固體不再減少并且無蒸氣逸出為止（用醋酸鉛試紙?jiān)谇蛐卫淠苌隙诉M(jìn)行檢驗(yàn)，可根據(jù)試紙顏色由白色變化為黑色的快慢來判斷硫化鈉的乙醇蒸氣揮發(fā)的快慢）。保溫沉降5 min，趁熱過濾，用錐形瓶承接濾液，將濾渣用熱的95%乙醇洗滌重復(fù)3次丟棄濾渣，并將洗液與濾液一起置于5～10℃冷水浴中30 min冷卻結(jié)晶（條件允許，可將其置于冰箱中過夜，使硫化鈉晶體慢慢析出）。待濾液結(jié)晶后進(jìn)行抽濾，收集固體產(chǎn)物，并用少量冷的95%的乙醇洗滌，繼續(xù)抽濾將溶劑盡量抽干，將濾渣用濾紙吸干（有條件可以將樣品置于干燥器中干燥），并將濾液蒸發(fā)減少置于5℃冷水浴中重結(jié)晶，產(chǎn)3～5g。實(shí)驗(yàn)過程如圖5～圖7所示。

【實(shí)驗(yàn)圖片】

本實(shí)驗(yàn)約1.5 h。加熱溶解：20 min；冷凝回流：25 min；過濾：7～10 min；重結(jié)晶：30 min；抽濾：5～7 min；干燥：20 min；總的時(shí)間：90 min。

【實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)】

[1]冷凝回流速度宜慢，否則硫化鈉的飽和乙醇蒸汽來不及冷卻，從球形冷凝管的上端逸出。在保持其他實(shí)驗(yàn)條件一致的條件下，對不同冷凝水的水速對液體蒸氣浸潤冷凝管高度的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示，在水流速度為低速時(shí)，液體蒸氣浸潤超過冷凝管高度的1/3；在水流速度為中速時(shí)，液體蒸氣浸潤約為冷凝管高度的1/3；在水流速度為中速時(shí)，液體蒸氣浸潤始終低于冷凝管高度的1/3。在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中為保證實(shí)驗(yàn)效果和節(jié)約用水，可將水速控制在中速。

[2]在保持其他實(shí)驗(yàn)條件一致的條件下，分別用lOOmL燒杯和100mL錐形瓶進(jìn)行了熱過濾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5和表6所示，與燒杯相比錐形瓶在一定程度上可減少乙醇的揮發(fā)。已知遇明火或者高熱下，乙醇在空氣中爆炸極限為3.5%～19.0%的體積濃度。在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中為保證過濾效率和實(shí)驗(yàn)安全，須用錐形瓶承接濾液。

[3]當(dāng)W（Na2S）：W（H20）在78：（45～162）之間就可以形成Na2S．xH20。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示，由于在實(shí)驗(yàn)條件下，Na2S的含量與水的含量均有波動(dòng)，所以x不確定即形成的是混晶，不易于計(jì)算產(chǎn)率。

【注意】

[1]因?yàn)榇朔磻?yīng)稍經(jīng)冷卻就會(huì)析出晶體，所以在趁熱過濾中必須做到趁熱。第一，將漏斗在烘箱中先預(yù)熱，以及用少量熱的溶劑潤濕濾紙防止結(jié)晶析出而堵塞濾紙孔。第二，過濾的溶液需用電熱板邊加熱保溫，邊過濾。第三，濾紙上生成的結(jié)晶較多，需用刮刀刮回到原來的瓶中，再加適量的溶劑溶解并過濾。第四，盛濾液的容器的一般用錐形瓶，漏斗上可蓋上表面皿（凹面向下），減少溶劑揮發(fā)。第五，乙醇為易燃液體，應(yīng)嚴(yán)禁使用明火。

[2]在干燥時(shí)，要注意到硫化鈉晶體在空氣中容易潮解，生成的帶結(jié)晶水的硫化鈉的熔點(diǎn)為較低，一定溫度下容易結(jié)塊，采取用濾紙吸干的干燥方式為佳。

五、對中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示

1．挖掘教材中傳遞的思想方法

教材是教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的主要素材，同時(shí)教材中的知識(shí)、方法和思想也是高考考查的要點(diǎn)。比如本次考題就考查學(xué)生能否根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，運(yùn)用化學(xué)知識(shí)與技能，按照一定的實(shí)驗(yàn)方法，對實(shí)驗(yàn)的原理、試劑、儀器和裝置、步驟和方法進(jìn)行規(guī)劃和統(tǒng)籌，并能提高解決過程中遇到的問題的能力。其中考查的方法和思想就源于人教版高中化學(xué)必修二、第一章硫及其化合物中的欄目“方法導(dǎo)引——化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”和欄目“化學(xué)與職業(yè)——化學(xué)工程師”。因此，在教學(xué)中要關(guān)注教材欄目中傳遞的思想和方法。雖然學(xué)生高中階段所學(xué)的知識(shí)和能力是階段性的，但思想和方法在學(xué)生的生涯當(dāng)中是一貫的。遂教師應(yīng)該充分挖掘教材中的方法和思想，在教學(xué)中不僅應(yīng)該滲透思想方法，還應(yīng)該創(chuàng)造機(jī)會(huì)給學(xué)生實(shí)踐，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素，為學(xué)生未來升學(xué)或工作作準(zhǔn)備。

2．有的放矢地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以創(chuàng)造性地使用教材中的實(shí)驗(yàn)素材。在利用重結(jié)晶法提純苯甲酸的實(shí)驗(yàn)中，除了開展用水作為溶劑進(jìn)行重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)以外，教師可以適當(dāng)拓展采用不同溶劑進(jìn)行重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)。比如以乙醇作為溶劑時(shí)，增加冷凝回流裝置進(jìn)行苯甲酸重結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)。再比如，乙酸乙酯的制備與性質(zhì)是學(xué)生的必做實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也是高中階段關(guān)鍵的、能夠親自動(dòng)手做的有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)。為了學(xué)生未來的發(fā)展，在教學(xué)時(shí)，可以在課本示例的裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)形成新的制備裝置（如圖8所示）進(jìn)行乙酸異戊酯的制備實(shí)驗(yàn)。[4]

另夕，教師應(yīng)該意識(shí)到學(xué)生以后面對的是真實(shí)的世界、切實(shí)的工作，學(xué)生始終需要從“書本上的化學(xué)知識(shí)”到“實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)制備”再落實(shí)到“工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品”。因此教師除了開展學(xué)生的必做實(shí)驗(yàn)，還可以通過觀察日常生活、走訪真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)、學(xué)習(xí)新的科研成果，選取符合學(xué)生興趣和需要?jiǎng)邮值膶?shí)驗(yàn)素材，有的放矢地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。比如“從茶葉中提取咖啡因”“檸檬精油的提取”等?？偠灾?，教師可以合理安排一些實(shí)驗(yàn)任務(wù)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課內(nèi)或課外自己動(dòng)起手來，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中切實(shí)、全面地發(fā)展自身的化學(xué)素養(yǎng)，為可持續(xù)的學(xué)習(xí)生涯提供扎實(shí)的素養(yǎng)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 王清廉，李瀛，高坤，等修訂，蘭州大學(xué)編，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第三版）．[Ml.北京：高等教育出版社，2010：70-76．

[3] https：//baike.baidu.com/item／%E7%Al% AB% E5% 8C%96%E9%092%A0/1723489

[4] 曾潔萍，李金燕，許旋，羅一帆．建模教學(xué)在發(fā)展高階思維中的研究——以“乙酸乙酯的制備”復(fù)習(xí)為例[J]．中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2022（07）：45-46.