基于“新課標、新教材、新高考”的“三新”視域下,新高考化學綜合實驗題以新穎真實的情境為背景材料,考查學生的綜合實驗能力,信息的獲取、加工、處理能力,及邏輯思維、創(chuàng)新能力等.能夠全面考查學生的化學學科核心素養(yǎng),試題綜合性強、區(qū)分度比較大,備受命題者青睞,是高考、模擬考中必考題型.本文通過分析綜合實驗題的命制特點,提出解題策略,并應用于試題解答中,最后提出化學綜合實驗題的備考建議,以期為教師和學生的高三復習備考提供有價值的參考.
一、化學綜合實驗題的試題結構分析與解題策略
綜合實驗題取材廣泛、形式多樣,試題結構特征鮮明.其結構特征如圖1所示.
結合綜合實驗題的結構提出以下解題策略.
1.認真分析“實驗目的”,“實驗目的”通常涉及物質的制備、物質組成結構的判定、物質的檢驗,以及探究物質的性質、反應的原理等.通過分析實驗目的結合試題中給出的信息和已有的化學知識,依照實驗原理選擇合適的實驗試劑;
2.選擇合適的“實驗儀器”,圍繞實驗目的,進行實驗儀器的選擇與連接,過程中體現實驗設計與探究的能力,同時注意綠色化學思想;
3.根據實驗的目的,實驗的安全性等設計實驗步驟,體現了實驗方法與辨析能力;
4.注意觀察“實驗現象”,規(guī)范描述實驗現象;
5.最后通過實驗過程與現象的分析,結合實驗數據的處理,生成結論,最后對實驗設計進行綜合評價.
二、應用解題策略解決實際問題
例題1 (2024.山東青島·一模)三氯化硼可用于有機反應催化劑、電子工業(yè)等,其熔點為- 107℃,沸點為12.5℃,易水解.模擬工業(yè)以B2O3、木炭和氯氣為原料制備三氯化硼的裝置如圖2所示(夾持裝置略).
實驗步驟:
(i)連接儀器,檢驗裝置的氣密性,盛裝藥品;打開K1,通一段時間N2;
(ii)關閉K1,加入適量濃鹽酸,接通冷凝裝置,加熱管式爐;
(iii)待反應結束,停止加熱,打開K1,再通一段時間N2.
回答下列問題:
(1)儀器甲的名稱為____,試劑X為____,F處堿石灰的作用是____.
(2)裝置D的產物中含有極性的二元化合物分子,則該反應的化學方程式為____;判斷該反應結束的實驗現象是____.
(3)反應結束后通人N2的目的是____;圖示裝置存在的缺陷是____.
(4)已知AgSCN是一種白色沉淀且Ksp(AgSCN)<Ksp(AgCl).BCl3產率的測定方法如下(不考慮雜質的反應):
①m g B2O3與足量木炭、氯氣反應,取產品的20%于水解瓶中完全水解,稀釋至100. 00 mL.
②取10. 00 mL該溶液于錐形瓶中,加入V1 mLc.mol·L-1 AgNO3溶液,加入適量硝基苯,用力搖動,將沉淀表面完全覆蓋.
③以NH4Fe(SO4):溶液為指示劑,用c2 mol·L-1KSCN標準溶液滴定過量AgNO3溶液,消耗標準溶液V2 mL.
判斷滴定終點的現象是____;實驗所得產品的產率是____,若未加硝基苯,則測定結果將____(填“偏大”、“偏小”或“無影響”).
解題策略分析 A為制備氯氣的裝置,該方法制備的氯氣中有HCl和水蒸氣雜質,需要依次通過飽和食鹽水和濃硫酸除去,D為反應裝置,F為尾氣處理裝置且可防止空氣中的水蒸氣進入E中;整個過程中需要注意三氯化硼熔點為- 107℃,沸點為12.5℃,易水解.
解析 試題分析與解析見表1.
例2 (2024·河北滄州·二模)亞硝酸鈣是一種白色粉末,易潮解,在鋼筋混凝土工程中,主要用作水泥硬化促進劑和防凍阻銹劑,實驗室中采用如圖3所示裝置制取少量亞硝酸鈣.
回答下列問題:
(1)裝置Ⅰ中儀器a的名稱是____,裝置中發(fā)生主要反應的化學方程式為____.
(2)裝置Ⅱ的作用是____.
(3)如圖3裝置中,能用來替代裝置Ⅲ的是____(填標號).
(4)滴入稀硝酸前,需要向裝置中通入一段時間N2,待反應結束后還需繼續(xù)通人一段時間N2,兩次通N2的目的分別是____;____.
(5)若缺少裝置V,產生的影響是____.
(6)裝置Ⅵ中氮元素被氧化成+5價,則反應的離子方程式為____.
(7)若所得亞硝酸鈣產品中僅含少量硝酸鈣雜質,可用如下實驗操作測定其純度:稱量mg產品溶于水,先加入足量Na2SO4溶液,充分攪拌后過濾,除去Ca2+,再加入適量(NH4)2SO4飽和溶液,加熱煮沸3 min,將NO2-轉化為N2.然后向所得溶液中加入25. 00 mL a mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2溶液,并用稀硫酸酸化,充分反應后用6 mol·L-1 K2Cr2O7標準溶液滴定過量的Fe2+,消耗標準溶液的體積為V mL.
①除去NO2-時,反應的離子方程式為____.
②計算可知,所得產品的純度為____(用含m、a、b、V的式子表示).
解題策略分析 用CaO2與NO制備亞硝酸鈣,實驗開始前先通氮氣是為了排除裝置內的空氣,在裝置I中由銅和稀硝酸反應制取一氧化氮3Cu +8HNO3(?。?3Cu(NO3)2 +2NO ↑ +4H2O產生的氣體中混有少量的NO2,可用Ⅱ裝置進行除雜,則Ⅱ裝置中盛放的試劑為蒸餾水,發(fā)生反應的化學方程式為:
3NO2 +H2O =2HNO3 +NO
裝置Ⅲ為干燥裝置,通過Ⅳ中與過氧化鈣反應生成亞硝酸鈣,裝置V為防止尾氣處理裝置中的水蒸氣進入裝置Ⅳ中,裝置Ⅵ為尾氣吸收裝置,據此分析解題.
解析 試題分析與解析見表2.
例題3 (原創(chuàng)試題)二氯化六氨合鎳(Ⅱ)是一種化工試劑,化學式為[Ni(NH3)6]Cl2.某實驗小組制備二氯化六氨合鎳(Ⅱ)的實驗如下:
已知:[Ni(NH3)6]Cl2易溶于冷水、稀氨水,不溶于濃氨水、乙醇、乙醚.
步驟Ⅰ:制備NiSO4(流程如圖4所示)
步驟Ⅱ:制備[Ni(NH3)6]Cl2
反應的原理和實驗裝置圖如5所示(夾持裝置和攪拌裝置略).
回答下列問題:
(1)Ni粉溶解反應的離子方程式為____,與傳統(tǒng)的硝酸溶解Ni粉工藝相比該工藝的優(yōu)點____(至少寫出1條);
(2)為了提高NiSO4產率并提升過濾速度,操作a為____;
A.冷卻結晶再過濾 B.趁熱減壓過濾
C.煮沸趁熱過濾
(3)操作6加熱濃縮至____,操作c為冷卻結晶再過濾,依次用濃氨水、乙醇洗滌,空氣中干燥得到NiSO4;
(4)裝置a的名稱____,裝置d的作用____;
(5)裝置c中生成[Ni(NH3)6]Cl2的化學方程式為____,加入NH4Cl的作用是降低NH3·H2O溶液的pH,避免生成Ni(OH)2,其原理為____(利用平衡理論解釋).
解題策略分析 步驟Ⅰ:制備NiSO4,將3g Ni粉溶于15 mL 6 mol/L硫酸,再加入10 mL 30%的H2O2助溶,生成NiSO4溶液,趁熱減壓過濾除Ni粉,再蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌干燥獲得NiSO4晶體,步驟Ⅱ:制備[Ni(NH3)6] Cl2,在三頸燒瓶內NiSO4溶液與濃氨水和NH4Cl反應生成[Ni(NH3)6]Cl2,裝置b盛有稀硫酸溶液作用為吸收尾氣NH3,裝置d的作用為防倒吸,據此分析解題.
解析 試題分析與解析見表3.
三、關于綜合實驗復習的備考建議
首先要夯實實驗基礎,重視課本實驗.課本上的18個化學實驗都是對應章節(jié)知識的經典實驗內容,是學生學習實驗相關知識的重要陣地,歷年高考中經常出現課本實驗或以其衍生的實驗;其次,注重培養(yǎng)學生建模意識,即建立起“實驗目的→實驗儀器→實驗步驟→實驗現象→評價與結論”的綜合實驗思維解題模型,借助模型逐條分析實驗題;最后,要注意規(guī)范答題,提升化學表征能力,對于實驗現象及實驗操作的表述,方程式的書寫,實驗原理、反應原理的闡述上,要訓練使用科學、規(guī)范、準確的化學用語.
(收稿日期:2024 - 05 - 28)