試劑順序有講究 發(fā)展能力顯身手

江蘇

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生綜合素質(zhì)的具體體現(xiàn)。其中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)中提出要有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過(guò)分析推理加以證實(shí)或證偽；“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)中提出能發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題，能從問(wèn)題和假設(shè)出發(fā)，運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。在新的高中《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中還明確提出：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)是研究和學(xué)習(xí)物質(zhì)及其變化的基本方法，是科學(xué)探究的一種重要途徑”“體會(huì)實(shí)驗(yàn)條件的控制對(duì)完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)及探究活動(dòng)的作用”。高考試題中對(duì)實(shí)驗(yàn)的考查向來(lái)是重點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中試劑的滴加順序或者試劑的選擇順序?qū)?shí)驗(yàn)的結(jié)果有重要影響。

在高中教學(xué)中，教師要善于發(fā)現(xiàn)和挖掘有關(guān)試劑順序的實(shí)驗(yàn)，并引發(fā)學(xué)生思考、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。下面我就通過(guò)幾個(gè)案例來(lái)談?wù)勗趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中如何通過(guò)試劑的滴加或選擇順序來(lái)探究物質(zhì)的檢驗(yàn)或性質(zhì)，并通過(guò)高考試題的解析，培養(yǎng)學(xué)生能力，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、離子檢驗(yàn)中顯身手

【例1】(2018·天津卷·4·節(jié)選)由下列實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象推出的相應(yīng)結(jié)論正確的是

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實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論D.①某溶液中加入Ba(NO3)2溶液②再加足量鹽酸①產(chǎn)生白色沉淀②仍有白色沉淀原溶液中有SO2-4

【例2】下列設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?/p>

( )

B.向氯水中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說(shuō)明氯水中含有Cl-

C.檢驗(yàn)溶液中是否含有Fe2+：取少量待檢驗(yàn)溶液，向其中加入少量新制氯水，再滴加KSCN溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

D.向某溶液中加入稀鹽酸，產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，石灰水變渾濁，該溶液一定是碳酸鹽溶液

【答案】B

問(wèn)題如下：①白色沉淀一定是硫酸鋇嗎？②加稀鹽酸的作用是什么？能換成稀硝酸嗎？③滴加BaCl2溶液和稀鹽酸有先后之分嗎？

這種試劑滴加順序的檢驗(yàn)在Fe2+的檢驗(yàn)中也有異曲同工之處，在蘇教版化學(xué)《必修1》“鐵、銅及其化合物的應(yīng)用”這一節(jié)中，其中一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)就是Fe2+和Fe3+的檢驗(yàn)，常用的方法有3種，如表1。

表1 Fe2+和Fe3+的區(qū)別方法

這是對(duì)已知的Fe2+和Fe3+的鑒別，但對(duì)于未知溶液中是否存在少量的Fe2+，上面3種方法就顯得說(shuō)服力不足。方法一，若溶液中Fe2+濃度比較小或者含有其他有色離子，則不能鑒別Fe2+是否存在。方法二，加氫氧化鈉溶液產(chǎn)生的白色沉淀的還可能是Mg2+等；方法三，加KSCN溶液無(wú)現(xiàn)象，那就存在太多的可能性了。那么該如何檢驗(yàn)?zāi)兀科鋵?shí)最有效的方法還是依靠KSCN溶液這種特效試劑來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)，具體方法是先加KSCN溶液無(wú)現(xiàn)象，再加幾滴氯水，溶液立即變成血紅色，則說(shuō)明含有Fe2+。

二、物質(zhì)探究中顯身手

【例3】(2018·全國(guó)卷Ⅱ·28·節(jié)選)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合鐵酸鉀)為亮綠色晶體，可用于曬制藍(lán)圖。回答下列問(wèn)題：

(2)某小組為探究三草酸合鐵酸鉀的熱分解產(chǎn)物，按下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

①通入氮?dú)獾哪康氖莀_______________。

②實(shí)驗(yàn)中觀察到裝置B、F中澄清石灰水均變渾濁，裝置E中固體變?yōu)榧t色，由此判斷熱分解產(chǎn)物中一定含有________、________。

③為防止倒吸，停止實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行的操作是________________________________。

【答案】(2)①隔絕空氣、使反應(yīng)產(chǎn)生的氣體全部進(jìn)入后續(xù)裝置 ②CO2CO ③先熄滅裝置A、E處的酒精燈，冷卻后再停止通入氮?dú)?/p>

【解析】(2)①通入氮?dú)獾哪康氖勤s走空氣，防止空氣中的CO2影響實(shí)驗(yàn)，并使反應(yīng)產(chǎn)生的氣體全部進(jìn)入后續(xù)裝置；②B處澄清石灰水變渾濁，則證明熱分解產(chǎn)物中含有二氧化碳；E處固體變?yōu)榧t色，F(xiàn)處澄清石灰水變渾濁，則證明分解產(chǎn)物中含有CO。③先熄滅裝置A、E處的酒精燈，冷卻后再停止通入氮?dú)猓@是防倒吸的常見(jiàn)操作。

【追本溯源】在蘇教版化學(xué)《必修1》中“硫酸的制備與性質(zhì)”這一節(jié)，在“觀察與思考”實(shí)驗(yàn)中對(duì)濃硫酸脫水性進(jìn)行了探究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，蔗糖變黑，呈蓬松狀，有刺激性氣味氣體產(chǎn)生，由此我們分析可能生成的氣體有CO2、SO2，那么如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)?zāi)兀窟@兩種氣體的檢驗(yàn)有沒(méi)有先后順序之分呢？其實(shí)，可以把上述兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分解：①如何檢驗(yàn)CO2、SO2；②SO2能使澄清石灰水變渾濁嗎？如何排除干擾？③需不需要檢驗(yàn)干擾氣體是否排凈了呢？如何檢驗(yàn)？

經(jīng)過(guò)一番思考后，得出結(jié)論：先通入品紅溶液，若溶液褪色說(shuō)明含有SO2，然后再通入酸性KMnO4溶液，除去SO2，再通入品紅溶液來(lái)檢驗(yàn)SO2是否除干凈，最后通入澄清石灰水，若石灰水變渾濁，則說(shuō)明含有CO2。(圖1為實(shí)驗(yàn)裝置圖)

圖1

【點(diǎn)評(píng)】通過(guò)上面實(shí)驗(yàn)中試劑順序的選擇，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力，還培養(yǎng)了學(xué)生全面思考問(wèn)題的能力。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)試題中出現(xiàn)了兩次的同種試劑，一般是前者是用于檢驗(yàn)?zāi)撤N物質(zhì)，然后通過(guò)后續(xù)的操作進(jìn)行除去，第二次出現(xiàn)是再次驗(yàn)證該物質(zhì)，有的是判斷是否除干凈，有的是驗(yàn)證新反應(yīng)中是否產(chǎn)生該物質(zhì)。

三、物質(zhì)除雜中顯身手

【例4】(2016·全國(guó)卷Ⅰ·10·節(jié)選)下列實(shí)驗(yàn)操作能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?/p>

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B.用向上排空氣法收集銅粉與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的NO

D.將Cl2與HCl混合氣體通過(guò)飽和食鹽水可得到純凈的Cl2

【解析】由于NO易與空氣中的氧氣反應(yīng)生成NO2，沒(méi)有考慮除雜，B項(xiàng)錯(cuò)誤；將Cl2與HCl混合氣體通過(guò)飽和食鹽水，只除去了HCl氣體，同時(shí)又引入了新雜質(zhì)水蒸氣，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【例5】(2019·全國(guó)卷Ⅲ·26·節(jié)選)高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦(還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制備，工藝如下圖所示。回答下列問(wèn)題：

相關(guān)金屬離子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+開(kāi)始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9

(2)“氧化”中添加適量的MnO2的作用是______________________________________________。

(3)“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為_(kāi)_______～6之間。

(4)“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“濾渣3”的主要成分是________。

【答案】(2)將Fe2+氧化為Fe3+(3)4.7 (4)NiS和ZnS

【解析】(2)本題首先要學(xué)會(huì)看懂表格中離子沉淀的pH，我們要得到MnSO4則要保留Mn2+，而Mn2+在pH為8.1時(shí)開(kāi)始沉淀，但是Fe2+在8.3才完全沉淀，因此要先把Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe3+。二氧化錳作氧化劑，使MnS反應(yīng)完全，同時(shí)將溶液中Fe2+氧化為Fe3+。(3)由表中數(shù)據(jù)知pH在4.7時(shí)，F(xiàn)e3+和Al3+沉淀完全，所以應(yīng)該控制pH在4.7～6之間。(4)根據(jù)題干信息，“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，所以加入Na2S是為了除去Zn2+和Ni2+，所以濾渣3是生成的沉淀ZnS和NiS。

【追本溯源】在蘇教版化學(xué)《必修1》“氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法”中，用MnO2與濃鹽酸制取氯氣，在演示實(shí)驗(yàn)后引導(dǎo)學(xué)生思考按照書(shū)本上的裝置進(jìn)行反應(yīng)，制取的氯氣是否是純凈的氯氣(如圖2所示)，如果得到的不是純凈的氯氣，可能含有什么雜質(zhì)？又應(yīng)該增加什么裝置來(lái)除去雜質(zhì)氣體呢？這些雜質(zhì)氣體的除去有先后順序嗎？以此引發(fā)學(xué)生思考，討論以后可知，應(yīng)該先用飽和食鹽水除去HCl氣體，再用濃硫酸除去水蒸氣，如果順序顛倒會(huì)帶入水蒸氣，從而不能得到純凈的氯氣，正確的裝置如圖3所示。在此過(guò)程中，不僅培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，還培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S能力。

圖2

圖3 實(shí)驗(yàn)室制氯氣裝置示意圖