永恒的知识 变化的情境——几组具有“亲缘”关系的高考化学实验题解析，本文主要内容关键词为：亲缘论文,题解论文,情境论文,化学实验论文,关系论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
化学实验题一直是高考化学试题的一种重要题型。每一道高考化学实验题，都是命题专家花了几个月乃至更长时间的精心之作，以期更好地体现出高考的选拔功能和考查学生的实验体会，促进化学新课程的实施。我们知道对每年具体的高考化学实验题的预测，原则上应该是符合“测不准”原理。但纵观多年高考化学实验题的命制，我们会发现化学实验题所考查的知识是永恒的，而实验题命制的情境是不断变化的。本文例举几组具有“亲缘”关系的高考化学试题进行解析，以作抛砖引玉。
第一组
例1 （94全国29）现有一定量含有
杂质的
试样。请从图1中选用适当的实验装置，设计一个最简单的实验，测定试样的纯度（可供选用的反应物只有
，固体，6mol/L盐酸和蒸馏水）。
图1
请填写下列空白：
(1)写出实验中和分别发生反应的化学方程式______。
(2)应选用的装置是（只要求写出图中装置的标号）______。
(3)所选用装置的连接顺序应是（填各接口的字母；连接胶管省略）______。
解析 本题是一道新情境的实验设计、评价的综合试题，要求考生根据题中提供的实验装置和限定的反应物设计一个最简单的实验来测定含有杂质的试样的纯度。该题主要考查考生实验设计和评价能力及思维的敏捷性和整体性。该题的实验设计思路是利用反应可以放出
而反应不放出的性质，通过测量的体积求出的量，从而测定的纯度。该题制备的方案可有3种选择：
方案①由于与盐酸反应非常剧烈，操作难以控制，不宜采用。方案②反应原理简单，所用装置较少，操作非常简便。方案③反应原理复杂，需要6个实验装置，涉及实验步骤较多且不便于操作。
例2 （04上海26）某种含有少量氧化钠的过氧化钠试样（已知试样质量为1.560g、锥形瓶和水的质量为190.720g），利用图2装置测定混合物中的质量分数，每隔相同时间读得电子天平的数据如表1：
表1
读数次数质量(g)
第1次 192.214
第2次 192.164
锥形瓶＋第3次 192.028
水＋试样第4次 192.101
第5次 192.010
图2
(1)写出和
反应的化学方程式______。
(2)计算过氧化钠质量分数时，必需的数据是 ______。不必做第6次读数的原因是______。
(3)测定上述样品(1.560g)中质量分数的另一种方案，其操作流程如下：
①操作Ⅱ的名称是________。
②需直接测定的物理量是________。
③测定过程中需要的仪器有电子天平、蒸发皿、酒精灯，还需要____、____（固定、夹持仪器除外）。
④在转移溶液时，如溶液转移不完全，则质量分数的测定结果________（填偏大、偏小或不变）。
评析 本题以含有少量的混合物中含量的测定这一学生较为熟悉的材料作为背景知识，综合考查学生的实验能力，包括实验原理、实验设计、实验数据处理及实验误差的分析等，同时还考查学生对实验仪器及实验操作的掌握。
解题思路 本题的实验原理是：利用 （含少量）与反应产生而使反应体系的总质量减少，借助于较为先进的仪器（电子天平）精确地判断出反应体系达到衡重时反应体系的总质量，从而求出反应过程中产生的的质量，进一步求出样品中的质量。
(2)本小题要求计算的质量分数，应当求出反应过程中产生的的质量，而的质量应等于反应前体系的总质量减去反应后体系的总质量（恒定后）。所以必需的数据应为：试样的质量；锥形瓶加水的质量；第4次或5次读数。也可以用具体数值表示：1.560g；190.720g；192.010g。不必做第6次读数的原因是：第5次读数与第4次读数相同，说明锥形瓶里的质量已经达到衡重，不必做第6次读数。
(3)本小题命题者给考生提供了测定质量分数的另一种方案，但命题者只给考生提供该方案的操作流程图，需要考生根据流程图及对 质量分数测定各种不同方法合理探究，从而判断出该流程所对应的测定方案。该方案是：
操作Ⅱ的名称是蒸发；需要直接测定的物理量是氧化钠的质量m(NaCl)；测定过程中需要的仪器除了试题中给出的仪器外还需要烧杯和玻璃棒。如果溶液转移不完全，对质量分数测定的结果影响，实际上是一个小型的计算题，要通过计算进行判断。设样品中的质量为xg，则的质量为(1.560-x)g，设最终得到的氯化钠的质量为mg。根据题意有：
(x/78)×2×58.5+[(1.560-x)/62]×2×58.5=m
x=[78×1.560-78×62m)/(2×58.5)]/16
由上式可知，当溶液转移不完全时，造成m减小，x值变大，所以的质量分数变大。
第二组
例1 （05北京理综28）某校化学小组学生利用图3所列装置进行“铁与水反应”的实验，并利用产物进一步制取
晶体。（图中夹持及尾气处理装置均已略去）
图3
(1)装置B中发生反应的化学方程式是________。
(2)装置E中的现象是________。
(3)停止反应，待B管冷却后，取其中的固体，加入过量稀盐酸充分反应，过滤。简述检验滤液中
的操作方法________。
(4)该小组学生利用上述滤液制取晶体，设计流程如下：
①步骤Ⅰ中通入
的作用是______。
②步骤Ⅱ从
稀溶液中得到晶体的主要操作包括：______。
③该流程中需保持盐酸过量，主要原因是（结合离子方程式简要说明）______。
评析 这是一道类似于“拼盘式”实验题。该实验题融实验原理、操作、现象描述、物质制备与检验及对实验操作的分析判断于一体，但难度并不大，起点较低。
(1)装置B中发生的反应就是还原铁粉在高温条件下与水蒸气的反应，
。
(2)从装置B中出来的气体有
和，经过C装置将水蒸气冷凝，再经过D装置中碱石灰的干燥，然后在E中还原CuO。装置E中的现象：黑色固体变红，右端管壁有水珠。
(3)B中的固体溶于过量的稀盐酸，所得的溶液中既有又有
。检验滤液中的操作方法是：取少量滤液，滴入几滴KSCN溶液，观察溶液是否变红色。
例2 （96全国28）在一定条件下用普通的铁粉和水蒸气反应，可以得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应，生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的活性，在空气中受到撞击或受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。请分别用图4所示的两套仪器装置，制取上述的氧化物和“引火铁”，实验中必须使用普通的铁粉和 6mol/L盐酸，其他试剂自选（装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备在图中均略去）。
图4
填写下列空白：
(1)实验开始前试管A中应加入的试剂是 ______；烧瓶B的作用是______；C的作用是 ________；在试管D中收集到的是______。
(2)实验时，U型管G中应加入的试剂是 ______；长颈漏斗H中应加入______。
(3)两套装置中，在实验时需要加热的仪器是 （填该仪器对应的字母）______。
(4)烧瓶Ⅰ中发生的反应有时需加少量硫酸铜溶液，其目的是______。
(5)试管E中发生反应的化学方程式是______。
(6)为了安全，在E管的反应发生之前，在F出口处必须进行的操作是______；E管的反应开始后，在F出口处应采取的措施是______。
解析 首先明确本实验题涉及3个反应：①普通铁粉的高温氧化；②四氧化三铁的加热还原；③还原剂的制备。其次，理解试题所给的两套实验装置的用途，根据本实验的目的，结合两套实验装置的特点，可判断出：图4甲为四氧化三铁的制取装置，图4乙是制取“引火铁”的装置。再次，明确B、C两个烧瓶的用途，B为水蒸气的发生装置，C为防止倒吸的安全瓶。烧瓶B、C的作用容易混淆，如果误把烧瓶C作为水蒸气的发生装置则可能造成的结果是：反应中产生的无法排出，一方面使化学平衡不利于向四氧化三铁方向进行，另一方面将使A、B两容器内压强过高而引起爆炸。
答案：(1)普通铁粉（或铁粉）；作为水蒸气的发生器（或用来产生）；防止倒吸（或作为安全瓶）；氢气。(2)固体NaOH（或氧化钙、碱石灰等固体干燥剂）；6mol/L盐酸。(3)ABE。(4)加快 的产生速率。(5)
(6)检验的纯度；点燃氢气。
第三组
例1 （05天津理综28）根据侯德榜制碱法原理并参考表2的数据，实验室制备纯碱
的主要步骤是：将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30℃～35℃，搅拌下分批加入研细的
固体，加料完毕后，继续保温 30min，静置、过滤得
晶体。用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2h，得固体。
请回答：
表2 4种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表
①＞35℃ 会有分解
(1)反应温度控制在30℃～35℃，是因为若高于35℃，则______，若低于30℃，则 ______，为控制此温度范围，采取的加热方法为______。
(2)加料完毕后，继续保温30min，目的是 ______。静置后只析出晶体的原因是 ______。用蒸馏水洗涤晶体的目的是除去______杂质（以化学式表示）。
(3)过滤所得的母液中含有______ （以化学式表示），需加入______，并作进一步处理，使NaCl溶液循环使用，同时可回收
。
(4)测试纯碱产品中含量的方法是：准确称取纯碱样品Wg，放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加1～2滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为 c(mol/L)的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色 （指示
反应的终点），所用HCl溶液的体积为
，再加1～2滴甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HCl溶液总体积为
。写出纯碱样品中质量分数的计算式：
%=________。
解析 本题根据侯德榜制碱法原理，在实验室制备纯碱，并给出4种盐在不同温度下的溶解度表，考查学生对侯德榜制碱法原理的理解以及学生的分析和处理数据能力；最后考查学生对利用双指示剂测定纯碱中方法的理解，对学生自主学习能力提出了较高的要求。
(1)从题中表下方给的注释可知若高于 35℃，会有分解；而温度低于30℃，化学反应速率降低；为了控制反应温度在30℃～35℃之间，不宜采用明火直接加热，只能采用间接加热的方法，由于温度范围低于100℃，宜采用水浴加热。
图5
图6
例2 （05上海26、A）我国化学家侯德榜（图6）改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如图7。
(1)上述生产纯碱的方法称______，副产品的一种用途为______。
图7
(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是______。
(3)写出上述流程中x物质的分子式______。
(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到 90%以上，主要是设计了______（填上述流程中的编号）的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是______。
(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加______。
(6)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有______。
(a)增大
的浓度，使更多地析出
(b)使更多地析出
(c)使转化为，提高析出的 纯度
解析 这是一道以著名的“侯氏制碱法”化工生产工艺流程为背景的化学试题，通过分析纯碱生产工艺流程图和结合相关的化学反应原理，回答题给的相关问题。
(1)该生产纯碱的方法称为“联合制碱法”或“侯德榜制碱法”。该方法的最大优点是利用 和NaCl溶解度随温度变化的差异，通过降低温度、加入细小食盐颗粒，使单独结晶出来，过滤后成为一种副产品。该副产品的用途较为广泛，如金属表面清洁剂、氮肥、焊药、配制电镀液、鞣革、制造电池及祛痰镇咳药等。
(3)通过上述分析很容易知道流程中x物质的化学式为
。
(4)从生产流程图中可以分析出在母液中通入
一方面提高母液的pH，另一方面提高溶液中浓度有利于提取副产品，然后将母液中的NaCl循环使用返回到沉淀池中以提高原料NaCl的利用率。本题循环的编号为Ⅰ，从沉淀池中取出沉淀的操作是过滤。
(5)本小题实际上是物质的检验，考查 ，中含有NaCl的检验方法。可取少量试样溶于水后，再滴加稀硝酸和硝酸银溶液。
结论
通过对以上几组高考化学实验题的解析，我们发现高考化学实验题往往以历年高考化学实验题为母题进行情景变化来创造新的高考化学实验题。因为高考化学实验题编制的主旋律是：永远不变的知识点，不断变化的试题情景。作为最具选拔功能的高考化学实验题，为了让学生满意、让老师满意、让社会满意，高考命题专家不会在高考实验题命制过程中过于标新立异。为了贯彻“稳中求变、变中求进”的高考化学命题指导思想，高考命题专家喜欢以历年优秀的高考化学实验题为母题进行情景变化和再创造，并向着化学知识多重交叉考查的方向发展，力求做到常考常新！