借“防”突破無機制備類實驗綜合題的“難點”

湖南 周學興 王 靜

實驗題是高考必考題型，得分率較低，究其根本原因是“實驗體驗少”。制備類實驗是高考化學常見的一個類型，主要分為有機制備、無機制備，其中無機制備又分為氣體參與制備類、溶液制備類等。

1 高考背景

教育部網站2月19日發(fā)布《教育部關于做好2021年普通高校招生工作的通知》指出深化考試內容改革。2021年高考命題要堅持“立德樹人”，加強對學生德智體美勞全面發(fā)展的考查和引導。優(yōu)化情境設計，增強試題開放性、靈活性，充分發(fā)揮高考命題的育人作用和積極導向作用。實驗創(chuàng)新試題的呈現方式種類多，探究題以新實驗的探究過程為主，制備類實驗則以陌生物質的制備為主等，陌生物質的制備會給予該物質的信息，這些信息主要是命題者針對該物質的獲取進行有選擇性的提供。

近五年高考化學真題中制備類實驗題的考查載體與考點，見表1。

表1 近五年制備類實驗題的考查情況匯總

不難發(fā)現制備類實驗題在高考化學中屬于高頻考題，為了更好地制備更多的純凈產品，需要進行各種“防”，比如防氧化、防水解、防溫度過高、防雜質氣體的干擾等。

2 解題模型

首先將實驗綜合題進行分類，若是制備類，則應通過產品的性質和反應物的性質思考是否有“防”的對象。

先思考需要“防”的對象，然后積累各種“防”所需要注意的試劑選擇和實驗操作，有助于從“宏觀”上快速突破制備類實驗綜合題，尤其是氣體參與類和溶液型無機制備類實驗綜合題。

2.1 小試牛刀

【例1】(2021·重慶市適應性考試·16)四氯化錫(SnCl4)，常溫下為無色液體，易水解。某研究小組利用氯氣與硫渣反應制備四氯化錫，其過程如圖所示(夾持、加熱及控溫裝置略)。

硫渣的化學組成

物質SnCu2SPbAsSb其他雜質質量分數/%64.4325.827.341.230.370.81

氯氣與硫渣反應相關產物的熔沸點

物質性質SnCl4CuClPbCl2AsCl3SbCl3S熔點/℃-33426501-1873112沸點/℃1141 490951130221444

請回答以下問題：

(1)A裝置中，盛濃鹽酸裝置中a管的作用是________，b瓶中的試劑是________。

A

(2)氮氣保護下，向B裝置的三頸瓶中加入適量SnCl4浸沒硫渣，通入氯氣發(fā)生反應。

B

C

①生成SnCl4的化學反應方程式為________；

②其中冷凝水的入口是________，e中試劑使用堿石灰而不用無水氯化鈣的原因是________；

③實驗中所得固體渣經過處理，可回收的主要金屬有________和________。

(3)得到的粗產品經C裝置提純，應控制溫度為________℃。

【解題模型】

根據分析可知裝置e的作用是防止外界空氣中的H2O進入反應裝置，致使SnCl4水解，同時吸收尾氣Cl2。故b瓶中試劑應為濃硫酸，防止Cl2帶入水蒸氣，引起產品水解。“潛在”考查方向“應先通一段時間Cl2將空氣趕盡，再發(fā)生反應”，本題采用N2作保護氣。

【例2】(2018·全國卷Ⅰ·26)醋酸亞鉻[(CH3COO)2Cr·2H2O]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?yōu)榱了{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可能存在的缺點________。

【解題模型】

通過該解題模型可快速分析出難點設問的“(4)(5)問”。分離出醋酸亞鉻可采取降溫結晶，過濾、洗滌干燥。裝置存在的缺陷，必然是相對實驗目的而言的，即得到產品可能不夠“好”——未防止O2的干擾。

綜上所述，通過產品性質、反應物性質，抓住“防”字要領，可迅速突破無機制備類實驗綜合題。故應該對常見需要“防”的對象進行系統(tǒng)總結，可提高解題的效率。

2.2 “防”字匯總

縱觀歷年高考試題，深挖外在信息和內在信息，抓住無機制備類需要“防”的方向，突破實驗操作、試劑作用等難點。其中外在信息指的是直接指明物質性質的信息，內在信息指的是該物質為常見物質，比如“Fe3+”需“防水解”，再如“Fe2+”需“防被氧化”。具體總結歸納，見表2。

表2 常見信息與“防”的對象的關系

3 原創(chuàng)試題

通過上述分析與總結，讓原創(chuàng)試題命制過程中對“考點”的設置更加有理有據。比如為了凸顯“防”溫度過高的原因分析，筆者命制了兩道實驗綜合題，命題過程如下。

首先，實驗綜合題常考類型題有制備類、性質探究類、定量類、原理探究類等，最終選擇無機溶液制備類實驗。

其次結合社會、生活等領域的重要化學用品，選擇含氯消毒劑NaClO2溶液的制備和SiCl4的制備，分別考查對“防”溫度影響和“防”空氣和水的影響及產品冷凝易堵塞的難點。

最終命制兩道原創(chuàng)試題如下：

【原創(chuàng)試題1】亞氯酸鈉(NaClO2)是一種高效含氯消毒劑和漂白劑，主要用于自來水、污水等水環(huán)境的殺菌消毒，也常用作紙漿、砂糖、油脂的漂白劑。圖2為生產亞氯酸鈉的流程之一，所得NaClO2具有純度高的優(yōu)點。

圖2

已知：NaClO2飽和溶液低于38℃時析出NaClO2·3H2O，高于38℃時析出NaClO2，高于60℃時NaClO2分解成NaClO3和NaCl。

試回答下列問題：

(1)儀器a的名稱為________。

(2)裝置A用來制取ClO2，反應的離子方程式為____________________。

圖3

(4)C裝置采用“冰水浴”的目的是________。

(5)充分反應后，從產品溶液獲取NaClO2晶體的操作是：55℃恒溫減壓蒸發(fā)結晶、趁熱過濾、________℃水洗滌、干燥。

【答案】(1)三頸瓶(或三頸燒瓶或三口燒瓶)

(3)4 0.8 還原

(4)防止溫度過高，NaClO2分解成NaClO3和NaCl，H2O2受熱易分解

(5)38～55(區(qū)間任一溫度均給分)

在試題設置“難點”考查時，選擇分離提純和“冰水浴”兩個角度來考查“防”溫度過高的重要信息，通過測試發(fā)現第(5)問有較高的區(qū)分度。同時凸顯了日常生活中化學試劑起到的重要作用，體現了化學學科價值，滲透了社會責任與科學態(tài)度的核心素養(yǎng)。

【原創(chuàng)試題2】“中國芯”的發(fā)展離不開單晶硅先進制造工藝，四氯化硅是重要中間產物。實驗室制備四氯化硅的裝置如圖4所示：

圖4

已知：

②四氯化硅遇水極易水解；

③粗硅含鐵、鋁、磷等雜質，在高溫下均能與氯氣直接反應生成相應的氯化物；

④有關物質的物理常數見下表：

物質SiCl4AlCl3FeCl3PCl5沸點/℃57.7—315—熔點/℃-70.0———升華溫度/℃—180300162

請回答下列問題：

(1)寫出裝置A中發(fā)生反應的離子方程式：________________，儀器i的名稱為________，其作用為________。

(2)當觀察到________________現象時，點燃裝置D的酒精燈。裝置B中的試劑為________，若是去掉裝置B，帶來的危害是________。

(3)有同學認為裝置D右端相連的導管為粗導管，其理由是________。

(4)裝置E中集氣瓶收集到的粗產品除SiCl4外，還含有少量AlCl3、FeCl3、PCl5，可通過________(填分離提純方法)可得到高純度產品以及少量殘留物。

(5)為了分析殘留物雜質中鐵元素的含量，先將殘留物預處理，使鐵元素還原成Fe2+，再用KMnO4標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，某同學稱取5.0 g殘留物后，經預處理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，取25.00 mL試樣于錐形瓶中，消耗1.000×10-2mol/L KMnO4標準溶液20.00 mL，則殘留物中鐵元素的質量分數是________。

(2)D(E)中充滿黃綠色氣體 飽和食鹽水 HCl與Si反應產生H2，與Cl2反應發(fā)生爆炸

(3)細導管 容易出現堵塞現象

(4)蒸餾(精餾)

(5)4.480%

該題以硅元素相關物質的制備為載體，考查儀器的使用、實驗控制條件、實驗數據的處理等。本題通過“防”字要領的理解，可快速突破難點——“(2)(3)問”的分析。

4 結束語

無機物制備是實驗綜合題考查的主要方向，在高三化學復習備考中，抓住“防”字要領，不僅可以提高“難點”的分析與突破，還節(jié)約了分析和思考時間，大大地提高了解題效率。同時結合筆者命制試題的一般過程，拋磚引玉，為廣大教師提供一定的命題思路。