基于一道高考實驗題的拓展與研究

摘要:高考試題是命題專家智慧的結晶，對高考題的分析研究可以指導我們應該注意哪些環節。本文以一道高考題為例，從方案的設計、實驗裝置的優化及問題的討論三方面對問題展開研究，并想借此“拋磚引玉”。

關鍵詞:設計;優化;討論

文章編號:1008-0546(2010)04-0067-02中圖分類號:G632.479文獻標識碼:B

doi:10319/j.issn.1008-0546.2010.04.025

高考題是中學教師研究的熱點，但我們發現，很多教師對高考題的分析研究僅限于題目考查的知識點、學生常見的錯誤、題目的得分率等等，對問題的背景及相關的知識卻很少涉及，我想這不是研究高考題科學方法，研究高考題不能僅限于研究題目本身，我們更應該研究題目中深層次的東西。下面筆者以一道高考題為例，看看我們從中能得到哪些啟示?

【例】:(2005年浙江省高考理綜28題)已知某純堿試樣中含有NaCl雜質，為測定試樣中純堿的質量分數，可用下圖中的裝置進行實驗。

主要實驗步驟如下:

①按圖組裝儀器，并檢查裝置的氣密性;

②將a g試樣放入錐形瓶中，加適量蒸餾水溶解，得到試樣溶液

③稱量盛有堿石灰的U型管的質量，得到b g

④從分液漏斗滴入6 mol·L-1的硫酸，直到不再產生氣體時為止;

⑤從導管A處緩緩鼓入一定量的空氣;

⑥再次稱量盛有堿石灰的U型管的質量，得到c g。

⑦重復步驟⑤和⑥的操作，直到U型管的質量基本不變，為d g。

請填空和回答問題:

(1)在用托盤天平稱量樣品時，如果天平的指針向左偏轉，說明▲。

(2)裝置中干燥管B的作用是▲。

(3)如果將分液漏斗中的硫酸換成濃度相同的鹽酸，測試的結果▲(填偏高、偏低或不變)。

(4)步驟⑤的目的是▲。

(5)步驟⑦的目的是▲。

(6)該試樣中純堿的質量分數的計算式為 ▲ 。

(7)還可以用其他實驗方法測定試樣中純堿的質量分數。請簡述一種不同的實驗方法。

這是一道定量分析的問題，在中學化學中常見的定量分析的方法有滴定分析法和重量分析法，滴定分析法有酸堿滴定法、絡合滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法;而重量分析法氣化法、沉淀法、提取法、電解法。根據題目的要求及如何簡便操作，減少實驗的誤差，我們可以進行以下幾方面的研究:

一、測定方案的設計

1. 滴定分析法

酸堿滴定法:取一定量的樣品，用200 mL容量瓶將樣品配成200 mL溶液，取配制好的溶液25 mL于錐形瓶中，并在錐形瓶中滴入2滴甲基橙試液，用一定濃度的標準鹽酸進行滴定并準確地判斷滴定終點。滴定2-3次，算出平均消耗鹽酸的體積，通過換算求出純堿的質量，最后求出純堿的質量分數。

2. 重量分析法

①氣化法:取一定量的樣品，在樣品加強酸，用堿性物質吸收產生的CO2氣體，通過堿性物質的質量增加量求出CO2的質量，從而求出純堿的質量，最后再求出純堿的質量分數。或者用量氣裝置測出CO2氣體的體積，通過換算求出CO2的質量，接著求出純堿的質量，最終求出純堿的質量分數。

②沉淀法:取一定量的樣品，在樣品中加入一定的水，使樣品完全溶解，然后在溶液中加入過量的BaCl2溶液，使溶液中的CO32-沉淀完全，將反應后的懸濁液過濾、洗滌、干燥、稱重，然后將碳酸鋇的質量換算成純堿的質量，從而求出純堿的質量分數。

二、實驗裝置的優化

定量分析中優化實驗裝置的目的主要有是減小實驗誤差和操作簡便，化學實驗中誤差的來源主要包含三方面，一是方法誤差，二是儀器和試劑誤差，三是操作誤差。

1. 滴定分析法

酸堿滴定法傳統的裝置如圖1，但隨著數字技術的發展，特別是傳感技術的發展，傳感技術是當今世界一項令人矚目的迅猛發展的高新技術，也是當代科學技術發展的一個重要標志。將先進的傳感技術應用于化學實驗教學，可以快捷、方便地為學生提供較為精確的實驗數據，利用計算機技術強大的數據分析和處理的能力，可以幫助學生加深對核心化學概念和原理的認識和理解。更為重要的是，學生在使用先進技術的過程中，可以體會技術在科學研究及社會生活與生產中的重要意義，增強他們的科技創新意識。用傳感技術進行酸堿中和滴定就是一例，其裝置如圖2，其儀器有:燒杯(100 mL，500 mL若干)、吸水紙若干、TriETS滴定計數器及相關數據線、TriESmart數據采集器、磁力攪拌器、pH傳感器等。

利用傳感技術進行酸堿中和滴定它能使實驗化難為易，讓學生體驗科學實驗的真實情景，它能使化學教學和實驗突破學習的時間和空間的限制，并以數據的呈現方式向師生展示實驗的動態變化過程，是定量研究的重要工具。

2. 重量分析法

氣化法中如果采用測量氣體的體積的方法，那么量氣裝置的選擇就至關重要，我們在實驗室常用圖3裝置來測量氣體的體積，但CO2氣體能溶于水，在通常情況下，一體積水中能溶CO2氣體一體積，另外讀數時，為保持洗氣瓶中的液面和量筒中的液面相平，操作比較困難且極易產生誤差。如果采用圖4的裝置，就可以克服上述的缺點，飽和CO2溶液可以減少CO2的溶解度，反應管還可以除去CO2氣體中的雜質，右端量氣管中間用軟管相連，便于調節兩邊液面的高度，減少實驗誤差。

三、幾個問題的討論

1. 滴定分析法

問題討論1:在滴定過程中指示劑選用甲基橙或酚酞時應注意什么?

分析:在滴定過程中指示劑選用甲基橙或酚酞時主要有兩點值得注意，一是溶液顏色的變化，一是反應物之間量的關系。

當用鹽酸滴定碳酸鈉時，選用甲基橙或酚酞時溶液顏色的變化

用鹽酸滴定碳酸鈉時，滴定時發生的反應:

用甲基橙做指示劑:

Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl

NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O

用酚酞做指示劑:Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl

因此在使用甲基橙做指示劑時，碳酸鈉與鹽酸的物質的量之比為1∶2，在使用酚酞做指示劑時，碳酸鈉與鹽酸的物質的量之比為1∶1。

2. 重量分析法

①氣化法:

問題討論2:采用測量氣體的體積的方法時整個實驗過程一般要記錄哪些數據?

分析:量氣法測量的是氣體的體積，而影響氣體體積的因素有溫度和壓強，因此，在使用氣化法測定純堿的質量分數時需要記錄的數據有溫度、大氣壓，如果采用圖3裝置，則要記錄水進入量筒的體積，如果采用圖4裝置，則要記錄液面在量氣管中初始刻度和最終刻度。

問題討論3:在采用量氣管測量氣體體積時應注意哪些細節問題?

分析:為了減少誤差，一要使試管和量筒內的氣體都冷卻至室溫，二要使量氣管兩邊的液面保持相平，三要使視線與液面的凹液面平齊。

問題討論4:用如圖5的簡易的量氣裝置來測CO2的體積，有什么不妥?

分析:圖5是用排液體法收集CO2氣體，通過讀取量筒上的刻度來測量氣體的體積的一種簡易方法，但導氣管深入量筒內太短，這樣導致的結果是產生的氣體容易外逸，造成測量誤差，正確的裝置應該如圖6，導氣管深入量筒內長些，防止氣體外逸。

②沉淀法:

問題討論5:使CO32-轉化為沉淀使用CaCl2溶液好還是用BaCl2溶液好?

分析:CaCl2溶液和BaCl2溶液都能使CO32-轉化為沉淀，問題的關鍵在于當CO32-離子的物質的量一定時，生成沉淀的質量不同，在重量分析法中，當生成的沉淀的質量越大時產生的誤差越小。因此使用BaCl2溶液要比使用CaCl2溶液效果好。

因此，我們教師對試題的研究不能僅浮于問題的表面，要善于總結，善于反思，古語說得好“業精于勤，荒于嬉;行成于思，毀于隨。”對問題進行深入的研究，一方面有利于我們在教學中熟練地運用相關知識來解決問題，另一方面也可以給學生提供更廣闊的視野與空間，這是課改的要求，也是時代的要求。