新高考化學實驗命題方向初探

文章編號:1005-6629(2010)01-0064-04 中圖分類號:G424.74 文獻標識碼:B

2009 年高考有更多省份自主命題，高考化學卷型主要有理綜卷(如浙江、福建、寧夏等省)和單科高考卷(如海南、江蘇、廣東等省)。新高考化學實驗的命題方向如何?縱觀2009 年這些省市新高考化學卷，可以歸納如下四大命題方向。

1考查新教材中的新增實驗

例1(2009福建理綜卷25題)某研究性學習小組借助A-D的儀器裝置(圖1)完成有關實驗。

[實驗二]為了探究鍍鋅薄鐵板上的鋅的質(zhì)量分數(shù)w(Zn)和鍍層厚度，已知鋅易溶于堿:Zn+NaOH

=Na2ZnO2+H2↑據(jù)此，截取面積為S的雙面鍍鋅薄鐵板試樣，剪碎、稱得質(zhì)量為m1 g。用固體燒堿和水作試劑，擬出下列實驗方案并進行相關實驗。

方案甲:通過測量試樣與堿反應生成的氫氣體積來實現(xiàn)探究目標。

(2)選用B和________(填儀器標號)兩個裝置進行實驗。

(3)測得充分反應后生成氫氣的體積為VL(標準狀況)，w(Zn) ﹪=_______。

(4)計算鍍層厚度，還需要檢索的一個物理量是__________。

(5)若裝置B中的恒壓分液漏斗改為普通分液漏斗，測量結果將______(填“偏大”、“偏小”或“無影響”)。

方案乙:通過稱量試樣與堿反應前后的質(zhì)量實現(xiàn)探究目標。選用儀器C做實驗，試樣經(jīng)充分反應，濾出不溶物、洗滌、烘干，稱得其質(zhì)量為m2 g。

(6)w(Zn)﹪=___________。

方案丙:通過稱量試樣與堿反應前后儀器、試樣和試劑的總質(zhì)量(其差值即為H2的質(zhì)量)實現(xiàn)探究目標。實驗同樣使用儀器C。

(7)從實驗誤差角度分析，方案丙_____方案乙(填“優(yōu)于”、“劣于”或“等同于”)。

[分析]本題直接取材于蘇教版教材《實驗化學》專題6“物質(zhì)的定量分析”課題2—“鍍鋅鐵皮鋅鍍層厚度的測定”，親歷實驗的具體操作過程是解答問題的關鍵。

(2)測量氫氣體積包括發(fā)生、收集和測量裝置，D是測氣裝置，答案:D

(3)據(jù)Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2↑知， n(Zn)=V/22.4 mol， 鋅的質(zhì)量分數(shù)為65 V/22.4 m1。

(4)依題意知，m1-m2=m(Zn)=d V= d(2 Sh)，d是鋅的密度，S是鍍鋅薄鐵的表面積，h是鋅層厚度，顯然m1、m2可稱得、S可用尺子測量，再知道鋅的密度即可求h。答案:鋅的密度。

(5)恒壓式分液漏斗產(chǎn)生的氣體有部分殘留在分液漏斗上方，所以用普通漏斗收集的H2體積更多些，計算Zn的量偏大。答案:偏大

(6)m1-m2是鋅的質(zhì)量數(shù)值，答案:(m1-m2)/m1

(7)本實驗是用電子天平(精確度是0.001或0.0001 g)稱量固體質(zhì)量，方案乙兩次稱量差值是m(Zn)，方案丙兩次稱量差值是m(H2)， 因鍍鋅厚度很薄(測出厚度的數(shù)量級約是10-4厘米)，產(chǎn)生的H2質(zhì)量非常小，故計算偏差大。答案:劣于。

[點評]人教版、蘇教版、魯科版三種新教材和舊人教版教材相比，都新增加了大量實驗內(nèi)容。以新教材課本的新增實驗內(nèi)容為高考命題素材，能充分體現(xiàn)公平、公正以及新教材的特色，預測這一命題趨勢將延續(xù)下去。

2考查儀器組裝的傳統(tǒng)實驗

例2 (2009寧夏理綜卷26題)堿式碳酸銅可表示為:xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O， 測定堿式碳酸銅組成的方法有多種。

(1)現(xiàn)采用氫氣還原法，請回答如下問題:

①寫出 xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O 與氫氣反應的化學方程式_____________;

②試驗裝置(圖2)用下列所有儀器連接而成， 按氫氣流方向的連接順序是(填入儀器接口字母編號):(a)→( )( )→( )( )→( )( )→( )( )→( )( )→(l)

③稱取23.9 g某堿式碳酸銅樣品，充分反應后得到12.7 g殘留物，生成4.4 g二氧化碳和7.2 g水。該樣品的結晶水質(zhì)量為____g，化學式為______;

(2)某同學以氮氣代替氫氣，并用上述全部或部分儀器來測定堿式碳酸銅的組成，你認為是否可行?請說明理由_______________。

[分析]人教版、蘇教版、魯科版教材都介紹了銅的化合物質(zhì)堿式碳酸銅，本題以此知識點為背景，考查實驗儀器的組裝順序(制取裝置→除雜裝置→發(fā)生裝置→收集裝置→尾氣處理裝置→其它裝置)，屬于傳統(tǒng)實驗的設問方式。

(1)堿式碳酸銅與氫氣反應可理解: CuCO3和Cu(OH)2受熱分解的產(chǎn)物CuO再與氫氣反應， 第①問可以解決。對于②要測定反應的CO2和H2O質(zhì)量，儀器連接順序:制取氫氣→除氯化氫→除水蒸氣→氫氣與堿式碳酸銅反應→吸收水→吸收二氧化碳→防外界空氣干擾。③容易計算。

(2)據(jù)①方程式xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O=(x+y)CuO+xCO2↑+(y+z)H2O↑分析可知，依據(jù)堿式碳酸銅、CuO、CO2和H2O質(zhì)量(或其中任意三個量)，即可計算出其組成。

答案(1)①xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O+(x+y)H2=(x+y)Cu+xCO2+(x+2y+z)H2O

②a→k，j→gf(hi)→de(ed)→hi(gf)→bc(cb)→l

③1.8; CuCO3·Cu(OH) 2·H2O

(2)可行根據(jù)反應xCuCO3·yCu(OH) 2·zH2O=(x+y)CuO+xCO2↑+(y+z)H2O↑， 依據(jù)堿式碳酸銅、CuO、CO2和H2O質(zhì)量(或其中任意三個量)，即可計算其組成。

[點評]儀器組裝問題，曾是九十年代很流行的一類實驗題型(2007 年全國I卷和2008 年海南卷也出現(xiàn)過)，經(jīng)典高考題型的輪回出現(xiàn)也是高考命題的“潛規(guī)律”(如近兩年被冷遇的無機框圖推斷題在今年高考卷中又大量出現(xiàn)了)。所以傳統(tǒng)的實驗命題形式、經(jīng)典的實驗考點(如儀器的使用、物質(zhì)的保存、分離、除雜等)將依然是新高考實驗命題的熱點。

3考查工藝流程中的實驗問題

例3(2009江蘇高考化學卷15題)醫(yī)用氯化鈣可用于生產(chǎn)補鈣、抗過敏和消炎等藥物。以工業(yè)碳酸鈣(含有少量Na+、Al3+、Fe3+等雜質(zhì))生產(chǎn)醫(yī)藥級二水合氯化鈣(CaCl2·2H2O的質(zhì)量分數(shù)為97.0 %~103.0 %)的主要流程如下(圖3):

(1)除雜操作是加入氫氧化鈣，調(diào)節(jié)溶液的pH為8.0~8.5，以除去溶液中的少量Al3+、Fe3+。檢驗Fe(OH)3是否沉淀完全的試驗操作是_______。

(2)酸化操作是加入鹽酸，調(diào)節(jié)溶液的pH約為4.0， 目的有: ①將溶液中的少量Ca(OH)2轉(zhuǎn)化為CaCl2; ②防止Ca2+在蒸發(fā)時水解;③________。

(3)測定樣品中Cl-含量的方法是:a.稱取0.7500 g樣品，溶解，在250 mL容量瓶中定容;b.量取25.00 mL待測溶液于錐形瓶中;c.用0.05000 mol·L-1 AgNO3溶液滴定至終點，消耗AgNO3溶液體積的平均值為20.39 mL。

①上述測定過程中需要溶液潤洗的儀器有__________________。

②計算上述樣品中CaCl2·2H2O的質(zhì)量分數(shù)為__________________。

③若用上述辦法測定的樣品中CaCl2·2H2O的質(zhì)量分數(shù)偏高(測定過程中產(chǎn)生的誤差可忽略)，其可能原因有_________;_________。

[分析]本題以工業(yè)生產(chǎn)醫(yī)藥級二水合氯化鈣的流程為背景，考查離子檢驗、實驗基本操作、儀器的選擇、誤差分析等實驗問題。

(1)檢驗Fe3+是否存在，選用KSCN溶液，答案:取少量上層清液，滴加KSCN溶液，若不出現(xiàn)血紅色，表明Fe(OH)3 沉淀完全。

(2)加鹽酸的作用很難答對，換角度思考:為將Al3+、 Fe3+全部沉淀， 需加入過量的Ca(OH)2，所以不難理解鹽酸作用①、②(見題目);又因溶液呈堿性，還會吸收空氣中的CO2生成碳酸鈣致使產(chǎn)品二水合氯化鈣的質(zhì)量分數(shù)偏低。提示:蘇教版《實驗化學》介紹了氫氧化鈉溶液作標準溶液需要重新標定，也是因為部分氫氧化鈉吸收空氣中CO2而變得不純，學生可將此知識點遷移過來回答本問。答案:③防止溶液吸收空氣中CO2。

(3)①標準液硝酸銀溶液顯酸性，故用酸式滴定管，使用前應先用硝酸銀溶液潤洗。

②根據(jù)到達滴定終點生成n(AgCl)=n(AgNO3)這一關系，由消耗硝酸銀的物質(zhì)的量，求出生成AgCl的物質(zhì)的量，再據(jù)n(AgCl)=2n(CaCl2·2H2O)可以算出實際上的CaCl2·2H2O的物質(zhì)的量，再求出質(zhì)量，最后求得樣品中CaCl2·2H2O的質(zhì)量分數(shù)。注意是從250 mol中取25 mL。答案:99.9 %。

③樣品中若存在少量的NaCl，據(jù) n(AgCl)=0.5n(CaCl2 ·2H2O)，知CaCl2·2H2O的物質(zhì)的量增大;若CaCl2·2H2O失水導致分母變小，值也偏大。答案:樣品中存在少量NaCl、少量CaCl2·2H2O失水。

[點評]工藝流程題是新高考出現(xiàn)的一類熱門新題，“素材來源廣、題型組合活、能力考查全”是本題型的特點。分析工藝流程型化學實驗問題，要求學生將實驗技能與具體工藝流程結合起來，進行假設推理、分析歸納結合起來，才能準確解題。工藝流程題為考查化學實驗提供了廣闊的情景空間，能考查學生綜合實驗能力，推測它將是新高考實驗命題的重要方向。

4考查實驗設計與探究

例4(2009廣東高考化學卷21題) 三草酸合鐵酸鉀晶體K3[Fe(C2O4 )3]·3H2O可用于攝影和藍色印刷。某小組將無水三草酸合鐵酸鉀在一定條件下加熱分解，對所得氣體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物進行實驗和探究。請利用實驗室常用儀器、用品和以下限選試劑完成驗證和探究過程。

限選試劑:濃硫酸、1.0 mol·L-1 HNO3、1.0 mol·L-1 鹽酸、1.0 mol·L-1 NaOH、3 % H2O2、0.1mol·L-1 KI、0.1 mol·L-1 CuSO4、20 % KSCN、澄清石灰水、氧化銅、蒸餾水。

(1)將氣體產(chǎn)物依次通過澄清石灰水(A)、濃硫酸、灼熱氧化銅(B)、澄清石灰水(C)，觀察到A、C中澄清石灰水都變渾濁，B中有紅色固體生成，則氣體產(chǎn)物是_______。

(2)該小組同學查閱資料后推知，固體產(chǎn)物中，鐵元素不可能以三價形式存在，而鹽只有K2CO3。驗證固體產(chǎn)物中鉀元素存在的方法是 _________，現(xiàn)象是____________。

(3)固體產(chǎn)物中鐵元素存在形式的探究。

①提出合理假設

假設1:_________;假設2:_________;假設3:_________。

②設計實驗方案證明你的假設。

③實驗過程

根據(jù)②中方案進行實驗。在答題卡上按下表(表1)的格式寫出實驗步驟、預期現(xiàn)象與結論。

[分析]本題以三草酸合鐵酸鉀晶體K3[Fe(C2O4 )3] ·3H2O熱分解產(chǎn)物為探究對象，考查學生兩個層次的實驗設計和探究水平。一是根據(jù)實驗現(xiàn)象判斷產(chǎn)物和檢驗產(chǎn)物，二是要自主設計實驗探究未知物的組成，本問難度大。

新教材介紹了很多物質(zhì)的受熱分解(如草酸、硝酸鹽等)，綜合題目信息，判斷三草酸合鐵酸鉀晶體受熱分解: K3[Fe(C2O4)3] · 3H2O→K2CO3+CO +CO2+含鐵的物質(zhì)+H2O，因有還原性氣體CO存在，高價氧化態(tài)的三價鐵不可能存在(聯(lián)想CO高溫下可還原Fe2O3)，故含鐵的物質(zhì)為單質(zhì)鐵或FeO，另據(jù)題目“給定試劑”的啟示，也可大致判斷固體物的組成。

(1)將產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物依次通過澄清石灰水，石灰水變混濁，說明產(chǎn)生的氣體中含有CO2，然后再通過灼熱氧化銅、澄清石灰水，觀察到有紅色固體生成，澄清石灰水都變渾濁，氣體中含有CO。答案:CO2和CO。

(2)堿金屬元素的檢驗一般采用焰色反應，答案:利用焰色反應，透過藍色鈷玻璃，觀察到紫色的火焰。

(3)依據(jù)信息:固體產(chǎn)物中，鐵元素不可能以三價形式存在，而鹽只有K2CO3，可推測鐵元素只能以亞鐵及鐵單質(zhì)存在。注意:要根據(jù)限定試劑設計實驗，探究Fe、FeO的存在。答案:①全部為鐵單質(zhì)，全部為FeO，同時存在鐵單質(zhì)和FeO;③見表2。

[點評]實驗設計與探究題能考查學生對元素化合物性質(zhì)的掌握，能考查學生運用知識設計實驗方案的綜合實驗能力，還能考查學生的思維能力和語言表達能力，是體現(xiàn)新課程理念的最佳題型，故它應是代表新高考實驗命題的主流方向。

以新教材新增實驗問題為點，以工藝流程中的實驗問題為線，或設計傳統(tǒng)實驗的問題模式，或設計新型實驗的探究方式，其宗旨都是為了承載新課程理念，加強和改革中學化學實驗教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。這就是2009新高考給予我們的啟示，藉此希望對新高考背景下的化學實驗教學和備考有所裨益。