高考化學實驗題評析和備考

■江西師范大學附屬中學 徐 丹

化學是一門以實驗為基礎的學科,高考中化學實驗是重點考查內容。本文通過分析近三年來全國卷Ⅰ中化學實驗題來解讀實驗考查的特點,以做好化學實驗備考復習。

一、近三年全國卷Ⅰ考情分析(見表1)

表1

二、近三年全國卷Ⅰ試題分析

(一)選擇題分析。

實驗選擇題側重對實驗的基礎知識、基本技能、基本方法的考查。近三年考查的題型有以下幾個方面。

1.實驗操作評價。

例1 下列實驗操作能達到實驗目的的是( )。

A.用長頸漏斗分離出乙酸與乙醇反應的產物

B.用向上排空氣法收集銅粉與稀硝酸反應產生的NO

C.配制氯化鐵溶液時,將氯化鐵溶解在較濃的鹽酸中再加水稀釋

D.將Cl2與HCl混合氣體通過飽和食鹽水可得到純凈的Cl2

解析：長頸漏斗不能用來分液,A項錯誤。NO能與O2反應,不能用排空氣法來收集,B項錯誤。配制氯化鐵溶液時,為防止Fe3+水解,應將氯化鐵溶解在較濃的鹽酸中再加水稀釋,C項正確。D項能除去HCl氣體,但是會引入水蒸氣。

答案：C

解題關鍵：熟悉常見溶液配制,掌握物質分離、收集、提純方法。

考查意圖：意在考查考生正確、規范使用化學實驗儀器,規范操作,以及評價化學實驗方案的能力。

考點定位：有機物的分離,氣體收集和提純,溶液的配制。

2.實驗現象、結論及因果關系評價。

例2 下列實驗中,對應的現象以及結

論都正確且兩者具有因果關系的是( )。

選項 實驗 現象 結論A將稀硝酸加入過量鐵粉中,充分反應后滴加K S C N溶液有氣體生成,溶液呈血紅色稀硝酸將Fe氧化為Fe3+B將銅粉加入1.0mol·L-1Fe2(SO4)3溶液中溶液變藍,有黑色固體出現金屬鐵比銅活潑C用坩堝鉗夾住一小塊用砂紙仔細打磨過的鋁箔在酒精燈上加熱熔化后的液態鋁滴落下來金屬鋁的熔點較低D將0.1mol·L-1Mg SO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀產生,再滴加 0.1mol·L-1Cu SO4溶液先有白色沉淀生成,后變為淺藍色沉淀Cu(O H)2的溶度積比M g(O H)2的小

解析：A選項,稀硝酸與過量的Fe粉反應,生成硝酸亞鐵、一氧化氮氣體、水,無鐵離子生成,所以加入KSCN溶液后,不變紅色,現象錯誤。B選項,Cu與硫酸鐵發生氧化還原反應,生成硫酸銅和硫酸亞鐵,無黑色固體出現,現象錯誤。C選項,鋁在空氣中加熱生成氧化鋁的熔點較高,所以內部熔化的鋁不會滴落,現象錯誤。D選項,對于組成類似(陰、陽離子個數比相同)的難溶電解質,溶度積大的易轉化為溶度積小的,現象正確。

答案：D

解題關鍵：這種題主要考查考生讀題獲取的信息是否完整,是否抓住了關鍵詞,如A項中“過量鐵粉”,B項中“有黑色固體出現”,C項中“液態鋁滴落”,D項中“不再有沉淀產生”等。對考生的決斷力也有考查,如看到B項“有黑色固體出現”,考生要堅信自己所學的Cu和Fe3+的反應,從而判斷B項錯誤。

考查意圖：對基礎實驗知識的記憶和理解能力,以及實驗探究能力。

考點定位：Fe3+離子性質,鋁箔加熱實驗,沉淀轉化。

3.實驗設計評價。

例3 實驗室用H2還原WO3制備金屬W的裝置如圖1所示(Z n粒中往往含有硫等雜質,焦性沒食子酸溶液用于吸收少量氧氣),下列說法正確的是( )。

圖1

A.①②③中依次盛裝KM n O4溶液、濃硫酸、焦性沒食子酸溶液

B.管式爐加熱前,用試管在④處收集氣體并點燃,通過聲音判斷氣體純度

C.結束反應時,先關閉活塞K,再停止加熱

D.裝置Q(啟普發生器)也可用于二氧化錳與濃鹽酸反應制備氯氣

解析：裝置Q是啟普發生器,是氫氣的發生裝置,裝置連接的排序為：發生裝置→安全瓶→除去HCl、O2裝置→除去H2S裝置→干燥裝置→ 氫氣還原氧化鎢裝置→ 尾氣處理裝置。裝置Q制得的氫氣中含有H2S、O2、HCl、H2O等雜質,由于酸性高錳酸鉀溶液會氧化氯化氫生成氯氣,所以,應先用焦性沒食子酸溶液吸收氧氣,同時除去氯化氫(易溶于水),再用酸性高錳酸鉀溶液吸收硫化氫,最后用濃硫酸干燥,試劑盛放的順序依次為：焦性沒食子酸溶液、酸性高錳酸鉀溶液、濃硫酸,A項錯誤。因為H2為可燃性氣體,在空氣中的濃度達到一定范圍時,加熱易發生爆炸,加熱WO3之前,需通過檢驗氫氣的純度判斷空氣是否排盡,B項正確。類似氫氣還原氧化銅,實驗結束后,先停止加熱,再繼續通入氫氣一段時間,C項錯誤。裝置Q不能加熱,僅適合塊狀固體與液體在常溫下的反應,而實驗室用二氧化錳與濃鹽酸反應制取氯氣需要加熱,且二氧化錳是粉末狀固體,所以不能用裝置Q制備氯氣,D項錯誤。

答案：B

如圖2所示，0.5%～2.0%SHLI組細胞存活率與RBL-2H3細胞和KU812細胞對照組比較無明顯差異，表明SHLI無明顯細胞毒性。

解題關鍵：遷移應用——氫氣還原氧化鎢實驗可聯想到類似教材實驗中氫氣還原氧化銅實驗。緊扣信息：信息1——鋅粒中的硫指硫元素,即鋅粒中含有少量的硫化鋅,暗示制備氫氣時會生成H2S;信息2——焦性沒食子酸溶液用于吸收裝置內少量O2。

考查意圖：此題源于教材實驗中的氫氣還原氧化銅,但又高于教材實驗,提供了新的情境和新的信息(沒食子酸溶液等),綜合考查了物質的制備、氣體的凈化、實驗操作和物質的性質,難度較大。

考點定位：H2的制取,H2還原 WO3制備金屬 W的綜合實驗考查,涉及氣體的制備、除雜、干燥。

點評：近三年全國卷化學實驗選擇題考查的熱點集中在：①化學儀器的用途和使用,如長頸漏斗、容量瓶、冷凝管、分液漏斗;②化學實驗基本操作,如分離、儀器干燥、潤洗、除雜;③實驗現象的預測和分析。我們在解答實驗類選擇題時,需對每個選項進行分析、判斷,屬于評價范疇,但是無論哪種評價,基礎性不變。儀器或裝置、操作與原理、物質性質這三要素不變。變的是呈現方式(如文字、圖標、裝置)、組合方式。

(二)填空題分析。

綜合實驗以制備、探究為主,除考查實驗基礎知識、基本技能外,還滲透了化學基本概念、化學反應原理、元素化學、有機化學、化學計算等模塊的知識與技能,同學們要具備科學實驗的方法和理念,對實驗方案進行設計、評價或改進,能夠預測或描述實驗現象,分析或處理實驗數據,得出合理的結論。

1.注重探究設計的原理和定量分析的能力。

例4 凱氏定氮法是測定蛋白質中氮含量的經典方法,其原理是用濃硫酸在催化劑存在下將樣品中有機氮轉化成銨鹽,利用圖2所示裝置處理銨鹽,然后通過滴定測量。

已知：NH3+H3B O3NH3·H3B O3,NH3·H3B O3+HClNH4Cl+H3B O3。

圖2

回答下列問題：

(1)a的作用是____。

(2)b中放入少量碎瓷片的目的是____。f的名稱是____。

(3)清洗儀器：g中加蒸餾水;打開k1,關閉k2、k3,加熱b,蒸氣充滿管路;停止加熱,關閉k1,g中蒸餾水倒吸進入c,原因是____;打開k2放掉水,重復操作2～3次。

(4)儀器清洗后,g中加入硼酸(H3B O3)和指示劑。銨鹽試樣由d注入e,隨后注入氫氧化鈉溶液,用蒸餾水沖洗d,關閉k3,d中保留少量水。打開k1,加熱b,使水蒸氣進入e。

①d中保留少量水的目的是____。

②e中主要反應的離子方程式為____,e采用中空雙層玻璃瓶的作用是____。

(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)樣品mg進行測定,滴定g中吸收液時消耗濃度為cmol·L-1的鹽酸Vm L,則樣品中氮的質量分數為____%,樣品的純度≤____%。

解析：(1)a導管與大氣相通,其作用是避免燒瓶內氣壓過大,發生危險。(2)加熱液體時加入碎瓷片,其作用是防止液體暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等,要指明。(3)停止加熱,瓶內水蒸氣冷凝,氣體壓強減小,會引起g中液體倒吸入c中,利用蒸餾水倒吸來洗滌儀器e、f。(4)①止水夾k3處可能漏氣,導致測定的N元素質量分數偏低,故d中保留少量水起液封作用,防止氨氣逸出。②e中發生的主要反應是銨鹽與氫氧化鈉反應,需要加熱,使氨氣全部逸出?？忌鷮χ锌针p層玻璃瓶比較陌生,可以聯想平時生活中的保溫玻璃瓶來分析問題。(5)n(N)=n(NH3)=n(HCl)=mol,ω(N)=×100%=%。C2H5NO2的相對分子質量為75,ω(C2H5NO2)=

答案：(1)避免b中壓強過大 (2)防止暴沸 直形冷凝管 (3)c中溫度下降,管路中形成負壓 (4)①液封,防止氨氣逸出

②NH+4+OH-NH3↑+H2O 保溫,使氨完全蒸出 (5)

解題關鍵：(1)水蒸氣發生裝置需要加熱,暗示燒瓶內可能產生大量水蒸氣使氣壓增大。(3)實驗裝置中液體倒吸,要利用氣壓差原理解釋。(4)對于定量實驗,要防止氨氣逸出,采用辦法之一是液封。銨鹽與堿反應生成的氨氣極易溶于水,為了使氨氣完全逸出,需要加熱;中空雙層玻璃瓶傳熱較慢。(5)計算時抓住氮元素守恒。

考查意圖：本題是多儀器串聯型實驗題,裝置新穎,且以凱氏定氮法的分析測定這一陌生載體構建情境,操作較復雜且字母多,對考生閱讀能力、心理素質要求高,細心研究本題可以發現,該題是在近幾年全國卷高考實驗題的基礎上創新組合而成。裝置和設問都追求新意,問題靈活多變。實驗的第一部分考查了實驗操作、實驗評價,緊扣課本,注重基礎。第二部分內容是對化學實驗的分析,此題題目難度不大,但是運算能力要求高,考生在思考此題的時候能不能進入題境就成了關鍵,此題最后兩空有一定的區分度。

考點定位：常見儀器的識別和用途,實驗操作的原因分析,銨根離子與堿反應的離子方程式書寫,甘氨酸中氮的質量分數、樣品純度的計算。

2.注重綜合實驗設計能力的考查。

例5 氮的氧化物(NOx)是大氣污染物之一,工業上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2。某同學在實驗室中對NH3與NO2反應進行了探究。回答下列問題：

(1)氨氣的制備。

①氨氣的發生裝置可以選擇圖3中的____,反應的化學方程式為____。

②欲收集一瓶干燥的氨氣,選擇圖3中的裝置,其連接順序為：發生裝置→____(按氣流方向,用小寫字母表示)。

圖3

(2)氨氣與二氧化氮的反應。

將上述收集到的NH3充入注射器X中,硬質玻璃管Y中加入少量催化劑,充入N O2(兩端用夾子K1、K2夾好)。在一定溫度下按圖4所示裝置進行實驗。

請將表2補充完整。

圖4

表2

解析：(1)①觀察裝置可知,A裝置適合加熱固體制備氣體,B裝置適合加熱液體與固體制備氣體或加熱液體制備氣體。實驗室利用氯化銨和消石灰共熱制備氨氣,加熱固體混合物制備氣體,故應選A裝置作為發生裝置,化學方程式為Ca(OH)2+2 NH4ClCa Cl2+2 NH3↑+2 H2O;實驗室還可通過加熱濃氨水制備氨氣,故也可以選擇B裝置作發生裝置,化學方程式為NH3·H2ONH3↑+H2O。②實驗室用堿石灰干燥氨氣,用向下排空氣法收集氨氣,用水吸收尾氣中的氨氣并注意防倒吸。故選擇C、D、F裝置,注意連接干燥管時應大口進氣,小口出氣。所以連接順序為a、d、c、f、e、i或b、d、e、f、e、i。(2)NO2為紅棕色,氨氣與二氧化氮發生反應8 NH3+6 NO27 N2+12 H2O,故觀察到Y管中紅棕色氣體慢慢變淺。NH3與NO反應后生成氣態水凝聚,反應后氣體分子數減少,裝置內壓強減小,故打開K2,氫氧化鈉溶液會產生倒吸現象。

答案：(1)①A Ca(OH)2+2 NH4ClCa Cl2+2 NH3↑+2 H2O(或B NH3·H2ONH3↑+H2O) ②d→c→f→e→i

(2)①紅棕色氣體顏色逐漸變淺②8 NH3+6 NO27 N2+12 H2O ③Z中Na OH溶液倒吸入Y管 ④當產物中的H2O為液體時,反應過程中氣體的總物質的量減小,恢復原體積后裝置中氣壓小于大氣壓

解題關鍵：掌握物質制備常見的思路,根據藥品的狀態選擇發生裝置、干燥裝置、收集裝置、尾氣處理裝置。根據常見含氮化合物之間的歸中反應,判斷產物有氮氣生成,并根據反應前后物質狀態的變化,從而造成壓強的改變來判斷實驗的現象。

考查意圖：考查綜合設計實驗能力,包括實驗原理分析、儀器的選擇、連接裝置接口、描述現象、分析原因等。

考點定位：氨氣的制備,氨氣與二氧化氮反應的實驗。

3.注重信息挖掘和實驗探究能力。

例6 草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其K1=5.4×10-2,K2=5.4×10-5。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水,而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體(H2C2O4·2 H2O)無色,熔點為101℃,易溶于水,受熱脫水、升華,170℃以上分解?；卮鹣铝袉栴}：

(1)甲組同學按照圖5所示的裝置,通過實驗檢驗草酸晶體的分解產物。裝置C中可觀察到的現象是____,由此可知草酸晶體分解的產物中有____。裝置B的主要作用是____。

圖5

(2)乙組同學認為草酸晶體分解的產物中含有CO,為進行驗證,選用甲組實驗中的裝置A、B和圖6所示的部分裝置(可以重復選用)進行實驗。

圖6

①乙組同學的實驗裝置中,依次連接的合理順序為A、B、____。裝置H反應管中盛有的物質是____。

②能證明草酸晶體分解產物中有CO的現象是____。

(3)設計實驗證明：

①草酸的酸性比碳酸的強：___。

②草酸為二元酸：___。

解析：(1)結合題給裝置中裝的藥品可知,草酸晶體的分解產物中有二氧化碳氣體,所以裝置C中觀察到有氣泡產生,澄清石灰水變渾濁。通入澄清石灰水前,氣體進行了冷卻,由題中信息可知,草酸鈣難溶于水,若氣體不冷卻,則揮發出的草酸蒸氣也會進入裝置C,與澄清石灰水反應生成沉淀,干擾CO2的檢驗。(2)由題實驗儀器和藥品可知,CO應與裝置H中固體反應,可推測裝置H中固體為Cu O,CO還原氧化銅生成Cu和CO2氣體,然后把CO2通入D中,結合裝置H和裝置D中的現象可判斷草酸晶體的分解產物中是否含有CO。檢驗CO之前應先除去CO中混有的CO2,連接順序為A、B、F、D、G、H、D、I。(3)①向盛有碳酸氫鈉的試管中加入草酸溶液,若有氣泡產生,則證明草酸的酸性強于碳酸。②證明草酸為二元酸可以用氫氧化鈉標準溶液滴定草酸溶液,消耗Na OH的物質的量是草酸的2倍,即可證明。

答案：(1)有氣泡產生,澄清石灰水變渾濁 CO2冷凝分解產物中的水和甲酸

(2)①F、D、G、H、D、I Cu O(氧化銅)②H前的裝置D中的石灰水不變渾濁,H后的裝置D中的石灰水變渾濁

(3)①向盛有少量Na HCO3溶液的試管中滴加草酸溶液,若產生大量氣泡則說明草酸的酸性比碳酸強 ②用氫氧化鈉標準溶液滴定草酸溶液,消耗氫氧化鈉的物質的量是草酸的2倍,則說明草酸是二元酸

解題關鍵：通讀此題,結合裝置中所給藥品,如澄清石灰水一般用于檢驗CO2氣體,進行合理猜測,草酸晶體的分解產物為CO2、CO、H2O三種,再結合氧化還原反應的有關知識(化合價升降)來驗證猜想。

考查意圖：此類題型是高考的熱點題型,考查的知識是考生熟悉的、經常練習的,只是把它放在了不同的情境中,考查考生挖掘題中信息能力和實驗探究能力,找出突破口就能各個擊破。

考點定位：CO、CO2的性質,化學實驗基本知識,化學實驗知識的簡單應用。

三、對備考復習的啟示

總體來看,近幾年的高考化學試題立意新穎,但陌生度不高,源于教材實驗和經典高考試題的再創新較多。通過對以上實驗選擇題和填空題的分析,可得到如下啟示。

1.落實化學實驗基礎知識與基本技能,并將其網絡化、系統化。

近年來高考命題形式上注重學科內知識的綜合,從多方面對實驗基礎知識進行考查,既重探究,亦重視基礎實驗,把基礎實驗滲透到不同類型的實驗中,形成綜合實驗試題。

考生應具備的高中化學實驗基礎知識和基本技能包括如下幾點。

①熟悉常見儀器的名稱、形狀、特點、主要用途、使用方法和注意事項。

②基本操作技能,如試劑存放方法和依據、重要基本操作(溶解、試紙使用、儀器洗滌和連接組裝、物質加熱、裝置氣密性檢驗、安全操作嘗試)、定量實驗操作(溶液配置、中和滴定、晶體中結晶水含量測定)、物質分離操作(過濾、分液和萃取、蒸發和結晶、蒸餾和分餾、升華、滲析、鹽析)等。

③預測和描述實驗現象的技能。

④分析或處理數據,得出合理結論的技能,能夠對比現象和本質,歸納規律,科學地解釋異?，F象。

⑤設計實驗的技能,以現象明顯,操作方便,程序合理為原則,正確列出實驗所需的藥品、儀器、方法和步驟、裝置圖、注意事項等。能夠設計并論證實驗方案,能夠對照課本上類似的代表性實驗和設計原則選擇最佳實驗方案。

⑥掌握典型的實驗基礎知識技能,熟悉物質分離與提純,掌握物質的檢驗的主要形式(鑒定、鑒別),能從物質狀態角度掌握相關小實驗(氣體：氣密性檢查、凈化、干燥、收集、尾氣處理、裝置連接、氣體性質實驗等。液體：離子的檢驗、中和滴定、溶液的配制、沉淀的析出等。固體：混合物中某成分的測定、某元素含量測定、混合物分離與提純等)。

在進行專題復習時,可先構建單獨的基礎知識網絡,做到能正確地理解,有序地存儲,并以此點為基礎,進行歸納、對比、總結規律,逐漸整合和拓展,如常見儀器能夠順利對接常見實驗裝置(如發生裝置、收集裝置、尾氣處理裝置等),能夠識別典型的實驗儀器裝置圖,能指出準確具體用途等。

2.熟練掌握“三大原理”,并能靈活運用。

①反應原理。明確具體的化學反應,理清選用的物質、反應類型、產物、進行的條件、是否有定量要求,以及是否有副反應發生。

②裝置原理。儀器選用(對特定的反應物或生成物,應選用哪種儀器進行量取、混合、反應、加熱、除雜、干燥、檢驗、收集、吸收、分離、緩沖,并能解釋原因),配套組合(根據實驗需要,選用的儀器之間,大小、規格應如何協調和搭配,如若不這樣組合有何弊端,能否作某種調換或替代),連接順序(為了達到良好的實驗效果,選用的儀器應采用怎么連接的位置順序和安裝拆除的先后順序,能描述順序遵照的原理,以及若不遵循此順序有什么不良后果)。

③操作原理。操作步驟(為達某一實驗目的,應當經過的操作步驟,如何確定這些步驟先后順序,省略或改變某些步驟會有哪些影響),注意事項(實施某個實驗步驟應注意什么該做什么不該做),安全措施(實驗過程可能會出現的事故,怎么防范,出現事故的處理方法及原理)。

3.綜合實驗題分析一般步驟。

原理→反應物質→反應條件→儀器裝置→現象結論→作用意義→聯想。

①明確實驗的目的,實驗是根據什么性質和原理設計的。

②反應物的性質、狀態及發生反應時的條件(根據實驗目的和相關的化學反應原理,進行全面地分析比較和推理,并合理選擇)。

③有關裝置：性能、使用方法、適用范圍、注意問題、是否有替代裝置可用、儀器規格。

④有關操作：操作方法、操作順序、注意事項或操作錯誤的后果。

⑤實驗現象：自下而上,自左而右全面觀察。

⑥實驗結論：得出直接結論或導出間接結論。

物質制備實驗方案設計的一般原則：條件合適,操作方便,原理正確,步驟簡單,原料豐富,價格低廉,產物純凈,污染物少。性質探究實驗的設計一般原則：從物質的結構特點或所屬類型的典型代表物去推測物質可能具有的一系列性質,如同主族或同周期等,而后據此設計合理的實驗方案,探究可能具有的性質,即推測(按類別)→設計實驗方案(方法、步驟、儀器、藥品、操作要點、現象及分析、結論等)→ 結論。

四、鞏固練習

某小組探究“地康法制氯氣”的原理并驗證Cl2的性質,設計實驗如圖7(夾持裝置略去)所示。

圖7

請回答下列問題：

Ⅰ.Cl2的制備。

(1)裝置B中發生反應的化學方程式為____。

(2)裝置C的作用除干燥氣體外還有____。

(3)裝置E中盛放Cu SO4的儀器名稱為____;反應開始后,硫酸銅變藍,則裝置D中發生反應的化學方程式為____。

Ⅱ.Cl2性質的驗證。

該小組用實驗Ⅰ中制得的Cl2和圖8所示裝置(不能重復使用)依次驗證：干燥純凈的Cl2無漂白性,濕潤的Cl2有漂白性,Cl的非金屬性強于S。

査閱資料：

①P d Cl2溶液捕獲CO時,生成金屬單質和兩種酸性氣體化合物;

②少量CO2不干擾實驗;

③該實驗條件下,C與Cl2不反應。

圖8

(4)按氣流從左到右的方向,裝置連接的合理順序為E→____→____→____→____→____→____→____→尾氣處理(填裝置字母)。

(5)試劑X的名稱為____。

(6)裝置J中發生反應的化學方程式為____。

(7)設計實驗證明經凈化后的Cl2中不含HCl：___。

答案：(1)2 Na2O2+2 H2O4 Na OH+O2

(2)控制氣體的流速和比例,使氣體混合均勻

(3)(球形)干燥管 4 HCl+O22 H2O+2 Cl2

(4)G(或L) KJL(或G) HFI

(5)硫化鈉溶液(或其他合理答案)

(6)PdCl2+CO+H2OPd+CO2+2 HCl

(7)將凈化后的混合氣體通入足量C Cl4,再通過濕潤的藍色石蕊試紙,試紙不變紅(或通入A g NO3溶液,無白色沉淀生成),則證明凈化后的Cl2中不含HCl