再議“插空法”突破經(jīng)典氣體檢驗(yàn)探究類實(shí)驗(yàn)題

湖南

(作者單位：湖南省常德市第一中學(xué))

實(shí)驗(yàn)題是高考必考題型，該題有三大類型，分別為物質(zhì)制備分離型、性質(zhì)原理探究型和物質(zhì)檢驗(yàn)類性質(zhì)探究型，其中物質(zhì)檢驗(yàn)類性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)常用于確定物質(zhì)的組成、化學(xué)反應(yīng)原理，是認(rèn)識(shí)化學(xué)世界的重要媒介。

1 高考背景

2019年11月份教育部考試中心發(fā)布《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》和《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系說(shuō)明》成為“后考綱”時(shí)代高考復(fù)習(xí)教學(xué)的重要參考文件。

從命題角度可以發(fā)現(xiàn)，改善試題陳舊、學(xué)生死記硬背和考“套路”等情況勢(shì)在必行，而以真實(shí)情境為命題依據(jù)命制的實(shí)驗(yàn)題可最先被突破。筆者就近年來(lái)探究類實(shí)驗(yàn)題的考查進(jìn)行總結(jié)，考查情況見表1。

表1 近五年高考探究類實(shí)驗(yàn)題的考查情況

由表可知，探究類實(shí)驗(yàn)由于難度較大，因此在各地的高考試題中并非作為必考題，但未來(lái)此類實(shí)驗(yàn)將是重要的命題方向，故在高三化學(xué)復(fù)習(xí)過(guò)程中，應(yīng)構(gòu)建相應(yīng)的解題模型來(lái)解決此類問題。下面將介紹“插空法”解題模型，以期能夠提高學(xué)生的解題效率。

2 “插空法”在氣體類實(shí)驗(yàn)探究題中的應(yīng)用

“插空法”的定義為“在解決要求某幾個(gè)元素不相鄰的問題時(shí)，可先將其他元素排好，再將指定的、不相鄰的元素插入已排好元素的間隙或兩端，從而將問題解決的策略。”這種解題方法思路清晰、簡(jiǎn)單易懂，需先將既定的模型“擺放”好，再根據(jù)需要在既定模型的前后、中間位置插入必要的模型。

對(duì)于檢驗(yàn)氣體產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)綜合題，首先應(yīng)明確所需檢驗(yàn)氣體的檢驗(yàn)方法，再根據(jù)互不干擾的原則“擺放”好檢驗(yàn)不同氣體的裝置，繼而根據(jù)是否存在干擾將氣體發(fā)生裝置、凈化裝置、尾氣處理裝置等插入氣體檢驗(yàn)裝置之間，具體如圖1所示。

圖1 “插空法”簡(jiǎn)易模型

氣體物質(zhì)檢驗(yàn)類探究題有單一氣體檢驗(yàn)方法、混合氣體檢驗(yàn)順序、常見氣體的尾氣處理等模型。掌握了這些模型，再使用插空法即可輕松解決氣體檢驗(yàn)類實(shí)驗(yàn)題。

2.1 各模塊深度解讀

2.1.1 模板區(qū)

“模板區(qū)1”主要指氣體發(fā)生裝置，一般為物質(zhì)分解或供氣裝置。例如草酸或草酸鹽的加熱分解裝置，樣品往往被放置在硬質(zhì)玻璃管中加熱。該類裝置可以通過(guò)閱讀題干進(jìn)行定位。

“模板區(qū)2”指的是各個(gè)物質(zhì)的檢驗(yàn)裝置，按照嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捻樞蜻M(jìn)行排序。為了確定氣體檢驗(yàn)的順序，應(yīng)通過(guò)氣體之間的檢驗(yàn)是否存在干擾來(lái)確定，例如水蒸氣的檢驗(yàn)一般在其他氣體檢驗(yàn)前進(jìn)行，因此該區(qū)可能存在多種氣體的檢驗(yàn)。完成“模板區(qū)2”的基本思路如圖2所示：

圖2

2.1.2 插空區(qū)

插空區(qū)主要放在“模板區(qū)1”和“模板區(qū)2”以及“模板區(qū)2”中不同氣體檢驗(yàn)裝置之間。“模板區(qū)”除了物質(zhì)檢驗(yàn)裝置外，可能需要插空的是除雜裝置，例如，若實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了SO2和CO2等氣體，其中SO2對(duì)CO2的檢驗(yàn)有干擾，因此，檢驗(yàn)時(shí)先將SO2除去，再檢驗(yàn)CO2。

2.1.3 尾端區(qū)

尾端裝置通常為尾氣處理裝置或防止外界空氣中的物質(zhì)進(jìn)入而產(chǎn)生干擾的裝置，因而該區(qū)要求落實(shí)常見物質(zhì)的除雜方法。

2.2 必備基礎(chǔ)知識(shí)

高考命題選取的素材往往具有“新”“真”等特點(diǎn)，但實(shí)質(zhì)仍為對(duì)解決問題能力的考查。掌握氣體檢驗(yàn)類實(shí)驗(yàn)題需具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，主要包含常見氣體的檢驗(yàn)、吸收及混合氣體檢驗(yàn)方法等。

2.2.1 常見氣體的檢驗(yàn)及尾氣處理

高中階段常見的氣體及其檢驗(yàn)方法見表2。

表2 常見氣體的檢驗(yàn)方法

2.2.2 混合氣體的檢驗(yàn)

檢驗(yàn)混合氣體時(shí)，應(yīng)先用除雜試劑排除干擾，再檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物質(zhì)。如表3所示，筆者總結(jié)了實(shí)驗(yàn)題中常見的混合氣體的檢驗(yàn)方法。

表3 混合氣體的檢驗(yàn)方法

續(xù)表

3 典例剖析

【例1】(2015·全國(guó)卷Ⅰ·26節(jié)選)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(H2C2O4·2H2O)無(wú)色，熔點(diǎn)為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，170℃以上分解。回答下列問題：

①乙組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置中，依次連接的合理順序?yàn)锳、B、________。裝置H反應(yīng)管中盛有的物質(zhì)是________。

②能證明草酸晶體分解產(chǎn)物中有CO的現(xiàn)象是____________________。

【答案】(1)有氣泡逸出、澄清石灰水變渾濁 CO2冷凝(水蒸氣、草酸等)，防止草酸進(jìn)入裝置C反應(yīng)生成沉淀，干擾CO2的檢驗(yàn)

(2)①F、D、G、H、D、I CuO

②H中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后的D中澄清石灰水變渾濁

【反思】通過(guò)“插空法”模型能夠高效突破物質(zhì)檢驗(yàn)順序的習(xí)題，插空的關(guān)鍵兩點(diǎn)為“順序”和“干擾”。

【例2】(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。回答下列問題：

(2)某小組為探究三草酸合鐵酸鉀的熱分解產(chǎn)物，按圖4所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖4

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____________________。

④樣品完全分解后，裝置A中的殘留物含有FeO和Fe2O3，檢驗(yàn)Fe2O3存在的方法是____________________。

【答案】(2)①排盡裝置中的空氣，使反應(yīng)生成的氣體全部進(jìn)入后續(xù)裝置 ②CO2CO ③先熄滅裝置A、E的酒精燈，冷卻后停止通入氮?dú)?④取少許固體粉末于試管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液變紅色，證明含有Fe2O3

【模型建構(gòu)】

圖5

【反思】對(duì)于裝置較為完整的物質(zhì)檢驗(yàn)類探究題，按照由“模塊區(qū)”→“插空區(qū)”→“尾端區(qū)”的分析順序，能夠迅速的分析出各個(gè)裝置的作用。分析過(guò)程有2個(gè)要點(diǎn)。

其一：初步分析判斷模板區(qū)1中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

1.金屬硫酸鹽分解的一般規(guī)律：

含結(jié)晶水的硫酸鹽→無(wú)水硫酸鹽→金屬氧化物+SO3→金屬氧化物+SO2+O2。

2.硝酸鹽熱分解的三種情況：

3.草酸及草酸鹽的分解：產(chǎn)物常含有CO、CO2等混合氣體。

上述為物質(zhì)分解的一般規(guī)律，最終將根據(jù)題干信息及裝置共同分析為準(zhǔn)。

其二：結(jié)合氣體制備實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行解答。例如該題考查反應(yīng)前通入N2的目的，往往是為了趕走空氣，防止空氣中O2氧化FeO；常見氣體(除水蒸氣外)與固體反應(yīng)前，都將先進(jìn)行干燥等。

4 結(jié)束語(yǔ)

“插空法”可高效突破“裝置連接順序設(shè)問”和“各裝置作用分析”的氣體性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)題。

“插空法”不僅適用于氣體檢驗(yàn)的探究題，固體檢驗(yàn)類同樣適用。對(duì)于固體的檢驗(yàn)，通常是先將固體物質(zhì)溶解，轉(zhuǎn)化為金屬離子，而檢驗(yàn)金屬離子是檢驗(yàn)固體物質(zhì)的主要考查方向。解題思路為首先將“模板區(qū)2”“固體中各個(gè)離子的檢驗(yàn)”進(jìn)行落實(shí)，若題干只分析一種物質(zhì)，則直接采用“插空區(qū)”方法排除干擾。若題干需檢驗(yàn)多種物質(zhì)，則需要應(yīng)用“模板區(qū)”中的方法確定檢驗(yàn)不同金屬離子的順序。若“模板區(qū)2”的作用為探究某種物質(zhì)能否發(fā)生一種反應(yīng)，例如探究NH3能否還原氧化銅，“模板區(qū)2”中除檢驗(yàn)產(chǎn)物的裝置外，還需有NH3與CuO的反應(yīng)裝置。筆者在《“插空法”巧解氣體參與制備類實(shí)驗(yàn)綜合題》一文中介紹了“插空法”如何突破“氣體制備類”實(shí)驗(yàn)綜合題。

“插空法”在實(shí)驗(yàn)題的分析過(guò)程中具有“先整后散、先散后整”特點(diǎn)，通過(guò)確定主干部分，再通過(guò)“插空”分析“枝干”，幫助學(xué)生建立良好的邏輯思維能力，同時(shí)也有助于幫助學(xué)生建構(gòu)完整的實(shí)驗(yàn)知識(shí)體系，提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力。