結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合題

文章編號(hào)：1005－6629(2007)12－0073－03中圖分類號(hào)：G632.479 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

［問(wèn)題的由來(lái)］

結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合考查題是每年高考中必考的題型，它能很好地體現(xiàn)化學(xué)科學(xué)與STSE的聯(lián)系。以與化學(xué)有關(guān)學(xué)科領(lǐng)域相結(jié)合作背景，考查學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)、化學(xué)知識(shí)和解決實(shí)際化學(xué)問(wèn)題的能力，是高考試題的主要命題思想之一，為此，筆者創(chuàng)作了此習(xí)題。

［問(wèn)題］

最近我國(guó)在磷銨副產(chǎn)磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥技術(shù)方面獲得重大突破，利用生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥，硫酸返回用于生產(chǎn)磷銨。其生產(chǎn)流程如下：

回答下列問(wèn)題

(1)操作a的名稱是__________，實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行此操作時(shí)用到的玻璃儀器有_________________。操作b的名稱是______________。

（2）反應(yīng)Ⅱ的生成物是兩種酸式鹽的混合物，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式： _________________。

若在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行此反應(yīng)，可用的裝置是_______（填編號(hào)）

(3)化驗(yàn)室要測(cè)定干燥固體A中二水硬石膏的含量（雜質(zhì)不含結(jié)晶水）

實(shí)驗(yàn)中樣品應(yīng)放在________（儀器名稱）中加熱，為了得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中至少稱量____次（填數(shù)字）。

如果實(shí)驗(yàn)前取m g樣品，實(shí)驗(yàn)后固體物質(zhì)的質(zhì)量為n g，則樣品中二水硬石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)量是（用含m、n的關(guān)系式表示）__________________。

某次測(cè)定的結(jié)果明顯偏低，可能的原因是___（填編號(hào)）

a．加熱溫度過(guò)高，CaSO4發(fā)生了分解反應(yīng)；

b．石膏的熱導(dǎo)率很低，加熱時(shí)間不夠；

c．樣品中有揮發(fā)性雜質(zhì)；

（4）SO2轉(zhuǎn)化為SO3是在接觸室（如右圖）里進(jìn)行的，中部是一個(gè)熱交換器，它是用導(dǎo)熱性能良好的管狀材料（如銅管）制成。溫度低的氣體A從管外流過(guò)，上層催化劑反應(yīng)后的熱氣體從管內(nèi)流過(guò)，通過(guò)導(dǎo)熱材料進(jìn)行氣體與氣體的熱交換。實(shí)驗(yàn)室里有很多實(shí)驗(yàn)也需要熱交換（除直接加熱），如在進(jìn)行氣、氣熱交換時(shí)，通常使用_______（填儀器名稱，下同）；氣、液熱交換時(shí)，通常使用_________；舉一例有液、液熱交換的化學(xué)實(shí)驗(yàn)___________（填實(shí)驗(yàn)名稱）。

［問(wèn)題解析］

磷銨副產(chǎn)磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的工藝是: 磷礦經(jīng)破碎后與硫酸加入萃取槽中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：

磷石膏經(jīng)烘干脫水成半水石膏，與焦炭、粘土等輔助材料粉磨均化成生料，加入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，反應(yīng)式為：

所以：

（1）操作a的名稱是過(guò)濾，實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行此操作時(shí)用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒。操作b實(shí)現(xiàn)的是將可溶性的磷銨化肥從溶液中結(jié)晶析出，則操作b的名稱是濃縮、冷卻、結(jié)晶。

氨氣是極易溶于水的氣體，將氨氣溶解于水或酸時(shí)，其裝置一定要有防止倒吸的功能。所以可用的裝置是C、D。

（3）該小題考查定量實(shí)驗(yàn)（重量法）的基本操作，與實(shí)驗(yàn)室測(cè)定硫酸銅晶體中結(jié)晶水的含量相似，樣品應(yīng)放在坩堝中加熱，實(shí)驗(yàn)中稱量干燥的坩堝一次、稱量坩堝加樣品一次、加熱后移入干燥器中冷卻，待冷卻到室溫時(shí)再稱量一次、最后再恒重稱量至少一次。所以至少稱量4次。

熱物質(zhì)和冷物質(zhì)可以是氣體和氣體，如（人教版）實(shí)驗(yàn)室制乙酸乙酯實(shí)驗(yàn)中玻璃導(dǎo)管的作用，熱物質(zhì)是熱的乙酸乙酯氣體，冷物質(zhì)是常溫下的空氣；也可以是氣體和液體，如做蒸餾實(shí)驗(yàn)時(shí)冷凝管的作用，熱物質(zhì)是通入冷凝管中的熱氣體，冷物質(zhì)是通入的冷卻水；還可以是液體和液體，如實(shí)驗(yàn)室制取硝基苯時(shí)水浴加熱的原理，熱物質(zhì)是水浴，冷物質(zhì)是試管或燒瓶中物質(zhì)。

［問(wèn)題拓展］

本題提供的背景可考查其它化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作的內(nèi)容。如：

用氣體吸收法測(cè)定磷銨化肥的成份，見(jiàn)問(wèn)題拓展1。

用滴定法測(cè)定硫酸的物質(zhì)的量濃度，問(wèn)題拓展略。

問(wèn)題拓展1

為了測(cè)定固體磷銨化肥銨態(tài)氮的百分含量，實(shí)驗(yàn)室用下列實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

在A中加入m g磷銨樣品，關(guān)閉止水夾，向A中加入濃NaOH溶液，反應(yīng)前后C中濃硫酸增重n g，回答下列問(wèn)題：

（1）B中應(yīng)加入_________（填物質(zhì)名稱），其作用是_________________________。D的作用是_________________________________。

（2）反應(yīng)停止后打開(kāi)止水夾，向反應(yīng)裝置中鼓入一定量的空氣，其作用是：________________。

（3）該磷銨化肥中銨態(tài)氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是______（用含m、n的關(guān)系式表示）

拓展題解答：

（1）定量實(shí)驗(yàn)中一個(gè)重要問(wèn)題是精度控制，用吸收法測(cè)定生成氣態(tài)氨的質(zhì)量，要排除可能存在的各種干擾。本實(shí)驗(yàn)中，用濕法制氨氣，氣體中必定有一定量的水蒸氣，也要防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入體系，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，除去氨氣中水蒸氣的固體物質(zhì)常見(jiàn)的有堿石灰等，其作用是吸收氨氣中水蒸氣，防止引起實(shí)驗(yàn)誤差。D的作用是防止空氣進(jìn)入C中，引起實(shí)驗(yàn)誤差。

（2）反應(yīng)停止后，A和B中將殘留一定量的氨氣而未被C中濃硫酸吸收，也是引起實(shí)驗(yàn)誤差的原因之一。所以反應(yīng)停止后鼓入空氣，可以確保氨氣被完全吸收，提高實(shí)驗(yàn)的精確度。

（3）計(jì)算磷銨中銨態(tài)氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以用以下關(guān)系計(jì)算：

［使用記錄］

此題曾于2007年5月校高考摸擬考試時(shí)使用，186名同學(xué)參加考試，得分率為64%，其中第四小題由于題目新穎，內(nèi)容偏冷，同學(xué)們不能聯(lián)系已學(xué)過(guò)的化學(xué)知識(shí)，不少學(xué)生無(wú)從下手，得分率并不理想。

［教育價(jià)值］

我們選取某些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程作為試題背景，用以考查學(xué)生對(duì)間接經(jīng)驗(yàn)的理解和應(yīng)用水平，是一種聯(lián)系實(shí)際的考查方法，貫徹了課程標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的課程定位和課程目標(biāo)思想。

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作，特別是定量實(shí)驗(yàn)方法，源于科學(xué)研究，服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)際。掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本方法，是社會(huì)的需要，也是學(xué)生終身發(fā)展的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]山東魯北化工股份有限公司．磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥．

http://www.xbsn.com/technology/ShowArticle.asp?ArticleID=9938

[2]上海市教育委員會(huì)．上海市中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)．第2版［M］.上海：上海教育出版社，2004.10．

[3]劉長(zhǎng)軍．2007年新課程化學(xué)高考改革方向的研究[J]．化學(xué)教學(xué)，2007，（4）：61-65.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”