江蘇省學(xué)業(yè)水平測試“實驗計算綜合題”試題評析

王建華

江蘇

江蘇省化學(xué)學(xué)業(yè)水平測試中實驗計算綜合題模塊(第26題)，題型傳統(tǒng)，但考查角度靈活，有創(chuàng)新，近年來主要以實驗流程為載體考查實驗技能、信息素養(yǎng)、數(shù)據(jù)處理和運用化學(xué)原理解決實際問題的能力。本文僅對該題近九年的分析和歸納，從中能發(fā)現(xiàn)一些命題規(guī)律，找出一些答題方法，提出對此題的復(fù)習(xí)方向。

一、2009年至2017年實驗計算綜合題考查統(tǒng)計

年 份201720162015201420132012201120102009實驗流程圖√√√√√√圖象√√√√√√表格√√新反應(yīng)√√√√√√條件控制√√方案評價√√√

基于以上分析，教師應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生以下基本能力：

(1)信息加工能力：流程解讀，化學(xué)曲線解讀，實驗數(shù)據(jù)解讀，陌生轉(zhuǎn)化關(guān)系解讀；

(2)實驗探究能力：實驗?zāi)康姆治觯瑢嶒灄l件控制，實驗方案評價；

(3)證據(jù)推理能力：依據(jù)反應(yīng)規(guī)律推理，依據(jù)化學(xué)圖表推理，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)推理。

二、實驗條件控制

從近幾年試題考查來看，實驗條件的控制多數(shù)為溫度、pH和投料控制，答題的一般思路如下:

1.溫度控制

溫度可以影響反應(yīng)速率，反應(yīng)程度(浸出率)，副反應(yīng)，溶解度、揮發(fā)等方面，答題時多數(shù)從下面幾個方面入手。

(1)溫度控制在××℃以下。答題一般為溫度過高，會××。

(2)溫度控制在××℃以上。答題一般為溫度過低，會××。

(3)溫度控制在××℃～××℃。答題一般為溫度過高，會××,溫度過低，會××。

(4)溫度控制的方法：反應(yīng)體系插入溫度計，水浴[熱水浴、沸水浴、冰(冷)水浴]，試劑加入速率(放熱顯著的反應(yīng))。

2.pH控制

pH一般影響反應(yīng)速率，副反應(yīng)，沉淀，促進或抑制物質(zhì)的溶解(吸收)等方面，答題時多數(shù)從下面幾個方面入手。

(1)加入××(試劑)，調(diào)節(jié)pH至××。答題一般為使××離子完全沉淀。

(2)加入××(試劑)，調(diào)節(jié)pH至××～××。答題一般為使××離子完全沉淀，同時保證××離子不沉淀。

(3)pH控制的方法：加入酸、堿、氧化物、碳酸鹽等。

3.投料控制

(1)試劑過量。答題一般為使××充分反應(yīng)；充分吸收××(氣體)、充分溶解××(固體)；提高××(物質(zhì)或元素)浸出率。

(2)固體粉碎/液體噴霧。答題一般為增大接觸面積，加快反應(yīng)速率；增大接觸面積，使××充分反應(yīng)(溶解、轉(zhuǎn)化)。

(3)氣體流量/流向。控制流量，答題一般為使××充分反應(yīng)(溶解、吸收)；采用逆流，答題一般為延長××與××接觸時間，使××反應(yīng)(溶解、吸收、冷卻)。

分析：由信息可知，反應(yīng)溫度不能高，所以要采用控制溫度較低的方法，用冷水浴較好。

答案：將丙裝置浸在盛有冷水的水槽中

三、物質(zhì)的除雜、分離

1.關(guān)鍵詞——沉淀

沉淀是否完全的判斷：靜置，往上層清液中滴加××(沉淀劑)，若沒有沉淀生成，則已沉淀完全。

沉淀洗滌的方法：向沉淀中加水至浸沒沉淀，等水流出后，重復(fù)2～3次。

冰水洗滌的作用：降低沉淀或晶體在水中的溶解量。

揮發(fā)性的有機溶劑(例如酒精、乙醚)洗滌的作用：既能降低沉淀或晶體在水中的溶解量，又能快速干燥。

檢驗沉淀是否洗凈的方法：取最后一次洗滌液少許于試管中，加入××溶液，若無沉淀生成，說明沉淀已洗滌干凈。

2.關(guān)鍵詞——結(jié)晶

緩升型(NaCl)——蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾，洗滌，干燥；

陡升型(KNO3)——蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，洗滌，干燥；

結(jié)晶水合物——蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，洗滌，干燥。

3.關(guān)鍵詞——檢驗

答題順序為操作→現(xiàn)象→結(jié)論。

答題一般為取待檢液少許于試管中，滴加××，產(chǎn)生××現(xiàn)象，說明試樣中含××。

例2某硫酸廠產(chǎn)生的燒渣(主要含F(xiàn)e2O3、FeO，還有一定量的SiO2)可用于制備FeCO3，其流程如下：

已知：“還原”時，F(xiàn)eS2與H2SO4不反應(yīng)，F(xiàn)e3+通過反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ被還原，其中反應(yīng)Ⅰ如下：

(1)加入FeS2還原后，檢驗Fe3+是否反應(yīng)完全的試劑為________。

(2)所得FeCO3需充分洗滌，檢驗是否洗凈的方法是___________________。“沉淀”時，pH不宜過高，否則制備的FeCO3中可能混有的雜質(zhì)是 ________。

答案：(1)KSCN溶液 (2)取最后一次洗滌液少許放入試管中，滴加稀鹽酸，待無明顯現(xiàn)象后，再滴加BaCl2溶液，若無白色沉淀生成，表明已洗滌干凈，反之，則說明沒洗干凈 Fe(OH)3

四、陌生方程式的書寫

一般書寫步驟如下：

(1)根據(jù)流程信息寫出關(guān)鍵性的反應(yīng)物或生成物的化學(xué)式；

(2)根據(jù)守恒(電子、電荷、原子)完成方程式配平；

(3)完善書寫細節(jié)(如反應(yīng)條件、物質(zhì)狀態(tài)等)。

例3鐵黑(Fe3O4)是常見的鐵系顏料。一種制取鐵黑的實驗流程如下圖所示：

制取鐵黑的反應(yīng)原理可表示為

(1)加入氨水調(diào)節(jié)pH至7～9時，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________________。

分析：在“調(diào)節(jié)pH至7～9”這個環(huán)節(jié)注意物質(zhì)的流入(FeSO4、NH3·H2O)，所以反應(yīng)物自然就確定了。

五、化學(xué)計算類型歸納

1.定量的反應(yīng)物與變量的混合物計算(讀表格)

例4某氮肥硫酸銨中混有硫酸氫銨。為測定該氮肥的含氮量，一化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組取一定量氮肥樣品，研磨使其混合均勻，備用。已知：

稱取不同質(zhì)量的上述樣品分別與40.00mL相同濃度的氫氧化鈉溶液混合，完全溶解后，加熱充分反應(yīng)(此溫度下銨鹽不分解)，并使生成的氨氣全部被稀硫酸吸收，測得氨氣的質(zhì)量。部分實驗數(shù)據(jù)如下：

氫氧化鈉溶液體積/mL40.00樣品質(zhì)量/g7.75015.5023.25氨氣質(zhì)量/g1.8701.8701.700

請計算(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))：

①樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是___________%。

②所用氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為___________mol/L。

③若樣品質(zhì)量為31.00 g，則生成氨氣的質(zhì)量為___________g。

分析：由表中數(shù)據(jù)可知，第一組實驗中NaOH明顯過量，第三組實驗中NaOH明顯不足。要計算樣品中的有關(guān)組成，則要讓樣品完全反應(yīng)，故以第一組實驗計算；要計算有關(guān)NaOH，則要讓NaOH完全反應(yīng)，故以第三組實驗計算。

②以第一組實驗，計算出樣品中NH4HSO4和(NH4)2SO4的組成比例。設(shè)樣品中NH4HSO4物質(zhì)的量為xmol、(NH4)2SO4物質(zhì)的量為ymol，根據(jù)關(guān)系式：NH4HSO4～NH3和(NH4)2SO4～2NH3，列方程組：

解得：x=0.01 moly=0.05 mol

先發(fā)生:

0.03 mol 0.03 mol 0.015 mol

0.10 mol 0.10 mol

③若樣品質(zhì)量為31.00 g(正好是第一組的4倍),可知NH4HSO4物質(zhì)的量為0.04 mol，(NH4)2SO4物質(zhì)的量為0.20 mol，NaOH量更不足了。據(jù)下列兩個反應(yīng)：

先發(fā)生:

0.04 mol 0.04 mol 0.002 mol

后發(fā)生:

(0.13-0.04) mol 0.09 mol

所以m(NH3)=0.09 mol×17 g/mol=1.53 g

答案：①19.87%；②3.25 mol/L；③1.53 g

點評：解答這種類型題目時要讀懂表格上的數(shù)據(jù)，確定哪一組實驗數(shù)據(jù)中哪一反應(yīng)物是否過量。若要求某一反應(yīng)物的組成時，一定要讓該反應(yīng)物全部反應(yīng)完，才能計算。

2.方案評價類計算(含滴定)

例5國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定產(chǎn)品中Na2SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥97.0%為優(yōu)等品，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥93.0%為一等品。為了確定實驗所得產(chǎn)品的等級，研究小組采用了兩種方法進行測定。

①方法Ⅰ：稱取2.570 g產(chǎn)品，用蒸餾水溶解，加入足量的雙氧水使Na2SO3完全氧化生成Na2SO4，再加入過量的BaCl2溶液，所得沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥后稱重，質(zhì)量為4.660 g，通過計算確定產(chǎn)品中Na2SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(寫出計算過程)。

②方法Ⅱ：稱取1.326 g產(chǎn)品，配成100 mL溶液。取25.00 mL該溶液，滴加0.125 0 mol·L-1I2溶液，恰好使Na2SO3完全氧化生成Na2SO4時，消耗I2溶液20.00 mL。通過計算確定產(chǎn)品中Na2SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(寫出計算過程)。

③判斷Na2SO3產(chǎn)品的等級，并說明理由。

答案：①據(jù)比例Na2SO3～Na2SO4～BaSO4，2.570 g產(chǎn)品中

m(Na2SO3)=2.000×10-2mol×126 g/mol=2.520 g

②據(jù)比例Na2SO3～I2，25.00 mL溶液中

n(Na2SO3)=n(I2)=0.125 0 mol·L-1×0.020 L=2.500×10-3mol

1.326 g產(chǎn)品中Na2SO3的質(zhì)量

點評：這種類型題目的特點是方案評價，解題的特點是理解題意，結(jié)合滴定反應(yīng)方程式，列出反應(yīng)比例，進而計算。類似的方案評價還有2014年的學(xué)測最后一題。