高考理綜化學實驗綜合試題的特點分析及答題策略

河南省鄭州市教育局教學研究室 岳慶先（特級教師）

化學是以實驗為基礎的一門科學，化學的許多重大發現和研究成果都是通過實驗取得的，學好實驗是了解化學學科特點和把握化學學科體系的重要途徑。在全國普通高招理科綜合能力測試試題中，化學實驗綜合試題在化學學科的三道非選擇必考題中，“三分天下”有其一，分值占必考內容的15%～20%。在全國普通高招理科綜合能力測試試題中，化學總分100分，直接考查化學實驗的試題所占分值超過化學總分值的四分之一，化學實驗的重要性不言而喻。

在高考化學實驗綜合試題中，關于化學實驗內容的考查主要表現在四個方面：①基本操作（儀器使用、除雜、分離、洗滌、干燥、鑒別）——考查考生的動手能力；②現象解釋（解釋現象、數據分析、圖表闡釋）——考查考生的觀察能力；③實驗設計與評價（設計實驗方案、評價實驗、改進實驗）——考查考生的思維能力；④反應原理（原理解釋、化學方程式、離子方程式）——考查考生對實驗基礎知識和化學用語的掌握情況。

高考化學實驗題的得分難點主要分布于化學實驗綜合試題中，考生在備考時要準確把握化學實驗綜合試題的考向、命題特點，并進行科學訓練，才能快速提高成績。分析近幾年高考化學試題，化學實驗綜合試題往往以元素化合物知識或有機化合物知識為載體，考查化學實驗基本知識、基本技能和基本方法，根據化學實驗的目的和要求，做到能設計實驗方案，正確選用實驗裝置，掌握控制實驗條件的方法，預測或描述實驗現象，分析或處理實驗數據，得出合理結論，評價或改進實驗方案，以及化學實驗基礎知識和基本技能的綜合運用。命題形式上有如下四大特點。

一、以“實驗裝置”為背景，考查實驗基礎知識和技能的綜合應用

這類試題往往前半部分注重考查化學實驗基礎知識（如基本操作、實驗安全、產品保護、尾氣處理等）的掌握情況，后半部分注重考查考生分析問題、解決問題的能力，如實驗評價和實驗設計（原理、方法、步驟、操作）能力、計算能力等。這類試題題型成熟，是經久不衰的常規考題。

例1 醋酸亞鉻[（CH3COO）2Cr·H2O]為磚紅色晶體，難溶于冷水，易溶于酸，在氣體分析中用作氧氣吸收劑。一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價鉻還原為二價鉻；二價鉻再與醋酸鈉溶液作用即可制得醋酸亞鉻。實驗裝置如圖1所示，回答下列問題：

圖1

（1）實驗中所用蒸餾水均需經煮沸后迅速冷卻，目的是_____，儀器a的名稱是____。

（2）將過量鋅粒和氯化鉻固體置于c中，加入少量蒸餾水，按圖連接好裝置，打開K1、K2，關閉K3。

①c中溶液由綠色逐漸變為亮藍色，該反應的離子方程式為____。

②同時c中有氣體產生，該氣體的作用是_____。

（3）打開K3，關閉K1和K2。c中亮藍色溶液流入d，其原因是____；d中析出磚紅色沉淀，為使沉淀充分析出并分離，需采用的操作是____、____、洗滌、干燥。

（4）指出裝置d可能存在的缺陷____。

[考查意圖]

以醋酸亞鉻的制備裝置為背景，考查物質制備過程中的反應原理、儀器名稱、操作目的、現象分析及實驗評價等實驗基礎知識和綜合實驗能力。

[試題解析]

[參考答案]

（1）去除水中溶解氧 分液（或滴液）漏斗

②排除c中空氣

（3）c中產生H2，使壓強大于大氣壓 （冰浴）冷卻 過濾

（4）敞開體系，可能使醋酸亞鉻與空氣接觸

[答題提醒]

制備實驗首先要弄清制備的原理，依據原理選取制備裝置，如果制備的是還原性物質還要考慮防氧化措施，如果尾氣有污染或安全性隱患還要考慮尾氣處理。另外，答題時還要注意一些細節，如原因解釋既要指向具體，還要有“前因后果”，思路清晰，如（3）的第一空，先答“c中有氣體產生”，再答“c中壓強增大”才算回答完整；要充分利用題干信息，理解命題意圖，如（3）的第二空，題干中已告知醋酸亞鉻難溶于冷水，為使沉淀充分析出并分離，一定是先“冷卻”，再“過濾”。既然醋酸亞鉻“在氣體分析中用作氧氣吸收劑”，則醋酸亞鉻一定易被氧化，則（4）中裝置d可能存在的缺陷一定是缺少防氧化措施，d 為敞開體系，產品和空氣接觸易被氧化。平時訓練要弄清實驗原理，搞清實驗裝置中每部分的作用，文字敘述注意條理和簡練，回答問題指向明確具體。

二、以“有機化學”知識為載體，考查實驗基本操作、基本技能及實驗設計、評價等綜合實驗能力

2012年全國Ⅰ卷和2013、2014 年全國Ⅰ卷的實驗大題都以有機化學物質和有機反應為載體，雖然在2015—2018年全國卷中沒有出現，但2019年全國Ⅱ卷、全國Ⅲ卷、天津卷和江蘇卷都是以有機知識為載體，考查有機物的制備實驗，涉及對常見化學儀器使用方法、產物的分離、提純、誤差分析、化學計算等知識和能力的考查。所以這種考查角度務必要引起考生的足夠關注。

例2 咖啡因是一種生物堿（易溶于水及乙醇，熔點234.5℃，100℃以上開始升華），有興奮大腦神經和利尿等作用。茶葉中含咖啡因約1% ～5%、單寧酸（Ka約為10-6，易溶于水及乙醇）約3%～10%，還含有色素、纖維素等。實驗室從茶葉中提取咖啡因的流程如下所示。

索氏提取裝置如下頁圖2所示。實驗時燒瓶中溶劑受熱蒸發，蒸汽沿蒸汽導管2 上升至球形冷凝管，冷凝后滴入濾紙套筒1中，與茶葉末接觸，進行萃取。萃取液液面達到虹吸管3頂端時，經虹吸管3返回燒瓶，從而實現對茶葉末的連續萃取。回答下列問題：

圖2

（1）實驗時需將茶葉研細，放入濾紙套筒1中，研細的目的是____，圓底燒瓶中加入95%乙醇為溶劑，加熱前還要加幾粒_____。

（2）提取過程不可選用明火直接加熱，原因是____，與常規的萃取相比，采用索氏提取器的優點是____。

（3）提取液需經“蒸餾濃縮”除去大部分溶劑。與水相比，乙醇作為萃取劑的優點是_____。“蒸餾濃縮”需選用的儀器除了圓底燒瓶、蒸餾頭、溫度計、接收管之外，還有____（填標號）。

A.直形冷凝管 B.球形冷凝管

C.接收瓶 D.燒杯

（4）濃縮液加生石灰的作用是中和_____和吸收____。

（5）可采用如圖3 所示的簡易裝置分離提純咖啡因。將粉狀物放入蒸發皿中并小火加熱，咖啡因在扎有小孔的濾紙上凝結，該分離提純方法的名稱是___。

圖3

[考查意圖]

以有機物咖啡因的分離提純為背景，考查實驗基本操作、基本技能、儀器的使用、物質分離等實驗基礎知識及實驗評價能力。

[試題解析]

萃取時將茶葉研細可以增加固液接觸面積，從而使提取更充分；由于需要加熱，為防止液體暴沸，加熱前還要加入幾粒沸石；萃取劑使用的是乙醇，乙醇受熱易揮發，其蒸汽在空氣中遇到明火易爆炸，因此提取過程中不可選用明火直接加熱；根據題干中的信息可知，采用索氏提取器的優點是使用溶劑量少，可連續萃取，萃取效率高；與水相比，乙醇作為萃取劑的優點是沸點低，易濃縮；蒸餾濃縮時需要圓底燒瓶、蒸餾頭、直形冷凝管、溫度計、接收管和接收瓶；提取液經“蒸餾濃縮”后得到“濃縮液”，然后加入生石灰吸收一同蒸出的單寧酸并除水；咖啡因在100 ℃以上時開始升華，因而從粉狀物中分離提純咖啡因的方法為升華。

[參考答案]

（1）增加固液接觸面積，使提取更加充分 沸石

（2）乙醇易揮發，易燃 使用溶劑量少，可連續萃取（萃取效率高）

（3）乙醇沸點低，易濃縮 AC

（4）單寧酸 水

（5）升華

[答題提醒]

解答有機實驗題時往往從這幾個方面考慮問題：制備階段一般考查加快反應速率的影響因素、提高反應轉化率的方法和實驗安全問題，加熱方法依據是否要求恒溫選取水浴加熱還是直接加熱，提純和分離階段要結合有機物的性質采取分液或蒸餾操作，洗滌時依據物質的溶解性確定選擇水洗還是醇洗。所以實驗復習階段要進入實驗室，認識、使用常見的儀器，動手操作一些最常考查的實驗基本操作，如蒸餾、回流、分液、萃取、洗滌、干燥、升華、除雜等，在此基礎上再進行綜合實驗練習，效果會更好。

三、以“工藝流程”為背景，考查實驗基本操作和基礎技能，及實驗設計、評價和計算能力

以工藝流程為背景的實驗試題，常考查流程中涉及到關鍵物質的化學式、典型實驗操作、重要的化學方程式或離子方程式的書寫、產物分析、方案設計及純度計算。這類試題在高考中出現的頻率較高，是高考化學實驗試題中的“成熟”題型。

例3 硫酸鐵銨[NH4Fe（SO4）2·xH2O]是一種重要鐵鹽。為充分利用資源，變廢為寶，在實驗室中探究采用廢鐵屑來制備硫酸鐵銨，具體流程如下。

回答下列問題：

（1）步驟①的目的是去除廢鐵屑表面的油污，方法是____。

（2）步驟②需要加熱的目的是____，溫度保持80～95 ℃，采用的合適加熱方式是_____。鐵屑中含有少量硫化物，反應產生的氣體需要凈化處理，合適的裝置為____（填標號）。

圖4

（3）步驟③中選用足量的H2O2，理由是____。分批加入H2O2，同時為了_____，溶液要保持pH 小于0.5。

（4）步驟⑤的具體實驗操作有____，經干燥得到硫酸鐵銨晶體樣品。

（5）采用熱重分析法測定硫酸鐵銨晶體樣品所含結晶水數，將樣品加熱到150 ℃時，失掉1.5個結晶水，失重5.6%。硫酸鐵銨晶體的化學式為____。

[考查意圖]

以化學工藝流程為背景，考查硫酸鐵銨制取過程中鐵粉除油污、加熱方式、尾氣處理方法、除雜、分離等化學實驗基本操作及熱重計算等綜合實驗能力。

[試題解析]

[參考答案]

（1）堿煮水洗

（2）加快反應 熱水浴 c

（3）將Fe2+全部氧化為Fe3+；不引入雜質 防止Fe3+水解

（4）加熱濃縮、冷卻結晶、過濾（洗滌）

（5）NH4Fe（SO4）2·12H2O

[答題提醒]

解決工藝流程實驗題要樹立兩個觀念：流程中加入的物質一般有兩個作用，轉化或除雜；流程中分離提純與條件控制等操作的目的一般是實現速率最大化和產率最大化。設計實驗方案時，一般按照“核心轉化→尾氣處理→產品分離→產品提純”思路進行設計。回答“選取某種試劑的原因時”，既要答出這種試劑的作用，還要答出選取這種試劑的優點，如本題“步驟③中選用足量的H2O2的理由”，既要答出將Fe2+氧化為Fe3+，還要答出H2O2在氧化過程中不引入雜質，不產生污染。另外，物質指向要明確具體，如本題（3），分批加入H2O2，是為了防止Fe3+水解，而不能僅僅答防止水解。

四、實驗探究型，在實驗過程中探究反應原理、證據推理、物質檢驗、實驗設計等知識和能力

這類試題往往將科學探究的一般過程呈現出來，要求考生能分析并合理解釋化學實驗現象，運用化學實驗的基本方法和技能，探尋化學變化的規律、印證反應原理、設計實驗方案、考查實驗操作，對考生的實驗能力有很高的要求。這類試題在北京卷中每年都會呈現。

例4 化學小組實驗探究SO2與AgNO3溶液的反應。

（1）實驗一：用如圖5所示裝置（夾持、加熱儀器略）制備SO2，將足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反應，得到無色溶液A和白色沉淀B。

圖5

①濃硫酸與Cu 反應的化學方程式是_____。

②試劑a是____。

（2）對體系中有關物質性質分析得出：沉淀B 可 能 為Ag2SO3、Ag2SO4或 二 者 混 合物。（資料：Ag2SO4微溶于水；Ag2SO3難溶于水）

實驗二：驗證B的成分。

①寫出Ag2SO3溶于氨水的離子方程式：___。

②加入鹽酸后沉淀D 大部分溶解，剩余少量沉淀F。推斷D 中主要是BaSO3，進而推斷B中含有Ag2SO3。向濾液E 中加入一種試劑，可進一步證實B中含有Ag2SO3。所用試劑及現象是____。

（3）根據沉淀F 的存在，推測SO2-4的產生有兩個途徑：

途徑1：實驗一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，隨沉淀B進入D。

途徑2：實驗二中，SO2-3被氧化為SO2-4進入D。

實驗三：探究SO2-4的產生途徑。

①向溶液A 中滴入過量鹽酸，產生白色沉淀，證明溶液中含有_____；取上層清液繼續滴加BaCl2溶液，未出現白色沉淀，可判斷B中不含Ag2SO4。做出判斷的理由：___。

②實驗三的結論：___。

（4）實驗一中SO2與AgNO3溶液反應的離子方程式是____。

（5）根據物質性質分析，SO2與AgNO3溶液應該可以發生氧化還原反應。將實驗一所得混合物放置一段時間，有Ag 和SO2-4生成。

（6）根據上述實驗所得結論：___。

[命題意圖]

以SO2和AgNO3溶液反應為載體，通過探究實驗，考查化學反應原理、物質檢驗、實驗推斷、證據推理、結論歸納等綜合實驗知識及對實驗問題的綜合分析能力。

[試題解析]

銅和濃硫酸在加熱條件下反應的化學方程式為Cu+2H2SO4（濃）===△CuSO4+SO2↑+2H2O。為避免在加熱條件下濃硫酸揮發干擾SO2與AgNO3溶液反應現象的觀察，防止SO2與AgNO3溶液反應時產生倒吸現象，以及便于觀察氣體流速，利用SO2在飽和NaHSO3溶液中溶解度很小的性質，需先將反應產生的SO2通入飽和NaHSO3溶液進行洗氣；SO2與AgNO3溶液反應時得到了白色沉淀，白色沉淀B 可能為Ag2SO3、Ag2SO4或二者混合物，設計驗證流程為：

[參考答案]

②H2O2溶液，產生白色沉淀

（3）①Ag+Ag2SO4溶 解 度 大 于BaSO4，沒 有 BaSO4沉 淀 時，必 定 沒 有Ag2SO4

②途 徑1 不 產 生SO2-4，途 徑2 產 生

（6）實驗條件下：SO2與AgNO3溶液生成Ag2SO3的速率大于生成Ag 和SO2-4的速率；堿性溶液中SO2-3更易被氧化為SO2-4

[答題提醒]

實驗探究題的一般過程：提出假設→實驗探究→得出結論。解答關鍵：準確把握實驗目的，利用已有知識分析實驗原理，結合題目信息設計實驗方案，透過實驗現象得出實驗結論。需要注意的是，實驗探究題還常常以“探究方法”為手段，將“控制變量”的方法滲透于實驗試題之中，即化學實驗中要研究某種因素對實驗的影響，就要確保其他因素不會對實驗干擾，只讓實驗者感興趣的因素變化而其他因素不變，這種方法叫控制單因子變量，簡稱控制變量。控制變量思想是中學化學的重要學科思想之一，在2010年寧夏卷、2014年北京卷、2017年北京卷中都有過考查。

由以上分析可知，在高考化學試題中，實驗綜合試題的呈現方式有多種，但考查的核心知識相對穩定。內容上，一般以無機實驗或有機實驗為載體，主要考查化學方程式的書寫、化學實驗基本操作的描述和實驗方案的設計及實驗評價等；原理上，所涉及內容均源于教材，又略高于教材；要求上，試題重視對實驗基本操作和基本能力的考查，將實驗方法滲透于試題，加大了對實驗設計和實驗評價的考查力度；設問上，由易到難，梯度明顯。設計實驗的思路是先看實驗目的，再定實驗原理，然后確立實驗步驟，選取實驗裝置，確定操作順序，記錄實驗數據，解釋實驗現象，反思評價實驗，再行改進優化。其思維模型為：