淺析高考中的物質(zhì)制備實驗
——以2022年高考真題為例

北京 陳建托

《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》明確了化學實驗主題的學業(yè)要求：認識化學實驗是研究和學習物質(zhì)及其變化的基本方法，是科學探究的一種重要途徑。初步學會物質(zhì)檢驗、分離、提純和溶液配制等化學實驗基礎(chǔ)知識和基本技能。學習研究物質(zhì)性質(zhì)，探究反應(yīng)規(guī)律，進行物質(zhì)分離、檢驗和制備等不同類型化學實驗及探究活動的核心思路與基本方法。體會實驗條件控制對完成科學實驗及探究活動的作用。

物質(zhì)制備實驗是中學化學實驗教學的重要組成部分，也是高考考查學生綜合實驗分析能力的重要載體。近年來高考命題青睞于考查基于真實情境的陌生物質(zhì)的制備，方法、裝置均具有一定的陌生度，題型多變，考點繁多，涉及知識面廣，思維發(fā)散空間大，充分考查學生學科核心素養(yǎng)，具有良好的區(qū)分度和選拔功能。

該題型綜合考查維度如圖1所示。

筆者梳理近幾年全國卷、地方卷關(guān)于物質(zhì)制備實驗的考點，并淺析幾道2022年高考真題，希望可以為考生高考復(fù)習提供一定的幫助。

1.物質(zhì)制備實驗考點歸納

物質(zhì)制備實驗主要以氣體、無機物、有機物的制備為載體，考查常見化學儀器的使用、物質(zhì)的分離與提純操作、實驗條件的控制、定量計算等。

近幾年物質(zhì)制備實驗高考題考點匯總?cè)绫?、表2。

表1

表2

綜合表1、表2，可歸納物質(zhì)制備實驗的高頻考點有：

①儀器的名稱、使用

除常規(guī)儀器外，可能涉及中學階段較為陌生儀器，如恒壓分液漏斗、索氏提取器等。

②分離與提純操作

分離提純是大部分物質(zhì)制備實驗必不可少的實驗環(huán)節(jié)。常見分離與提純操作有過濾、結(jié)晶、升華、分液、萃取等。其中，尤其要注意結(jié)晶操作，一般需要加熱濃縮、降溫結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等一系列步驟，除此之外還有蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾等方式。

分離提純還需要注意物質(zhì)性質(zhì)，例如，在熱水中溶解度較大的物質(zhì)要選擇冰水洗滌或乙醇洗滌，易分解的物質(zhì)宜采用減壓加熱濃縮等。

③定量分析

常見定量分析方法有重量分析法和滴定法。定量分析具有一定難度，不過無外乎找準相關(guān)物質(zhì)之間的定量關(guān)系。針對該考點考生平時可以重視題型總結(jié)，積累細節(jié)問題，逐步形成解題方法。

在平時學習中將這些常規(guī)知識、常規(guī)考點內(nèi)化為認知模型，這樣面對陌生情境才能靈活應(yīng)對。除常規(guī)考點，近幾年考題不乏出現(xiàn)一些中學階段相對陌生的考點，筆者歸納如表3。

表3

這些考點并不容易快速準確作答。建議考生在平時學習、練習中適當積累類似知識。

2.物質(zhì)制備實驗解題建議

解答題目一定要形成全局意識，重點關(guān)注幾個“讀”。

①讀目的：明確原料，明確目標產(chǎn)品，明確物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，明確核心元素，關(guān)心核心元素價態(tài)變化。

②讀問題：通讀問題，綜合分析，把握正確的答題方向，抓準突破口。

③讀性質(zhì)：關(guān)注原料、中間產(chǎn)物及產(chǎn)品的性質(zhì)，尤其是特殊性質(zhì)、特殊反應(yīng)。

④讀干擾：分析實驗中干擾因素(干擾物質(zhì)、干擾反應(yīng))。

⑤讀裝置或步驟：明確各裝置或各步驟的用途、發(fā)生的反應(yīng)以及注意事項。

⑥讀信息：充分利用題給信息，關(guān)心圖表自變量、因變量，關(guān)心數(shù)據(jù)或曲線的變化趨勢及變化節(jié)點。

以2018年全國Ⅰ卷，26題為例，題給信息與對應(yīng)考題如表4。

表4

3.高考真題淺析

【例1】(2022年山東卷，18題)實驗室利用FeCl2·4H2O和亞硫酰氯(SOCl2)制備無水FeCl2的裝置如圖2所示(加熱及夾持裝置略)。已知SOCl2沸點為76℃，遇水極易反應(yīng)生成兩種酸性氣體。回答下列問題：

圖2

(1)實驗開始先通N2。一段時間后，先加熱裝置________(填“a”或“b”)。裝置b內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為____________________。裝置c、d共同起到的作用是______________________________。

(2)現(xiàn)有含少量雜質(zhì)的FeCl2·nH2O，為測定n值進行如下實驗：

實驗Ⅱ：另取m1g樣品，利用上述裝置與足量SOCl2反應(yīng)后，固體質(zhì)量為m2g。

則n=________；下列情況會導(dǎo)致n測量值偏小的是________(填標號)。

A.樣品中含少量FeO雜質(zhì)

B.樣品與SOCl2反應(yīng)時失水不充分

C.實驗Ⅰ中，稱重后樣品發(fā)生了潮解

D.滴定達終點時發(fā)現(xiàn)滴定管尖嘴內(nèi)有氣泡生成

圖3

(3)⑥⑩③⑤ CCl4

【解析】①讀目的：制備無水FeCl2，SOCl2與FeCl2·4H2O中的H2O反應(yīng)生成SO2和HCl，HCl抑制FeCl2水解，從而制得無水FeCl2。

②讀性質(zhì)：SOCl2沸點較低、遇水極易反應(yīng)，F(xiàn)eCl2·4H2O有還原性，且直接加熱易水解。

故實驗開始先通N2排除裝置內(nèi)O2，一段時間后，應(yīng)先加熱裝置a使SOCl2揮發(fā)進入b裝置，若先加熱b會導(dǎo)致FeCl2·4H2O水解。

③讀干擾：外界空氣或尾氣處理裝置中水蒸氣對易水解物質(zhì)有干擾。

④讀裝置或步驟：裝置c、d的共同作用是冷凝回流SOCl2。末端裝置為尾氣處理裝置，讀者可以思考倒數(shù)第二個裝置作用。

⑤讀信息：“已知TiCl4與CCl4分子結(jié)構(gòu)相似，與CCl4互溶，但極易水解”，需要組裝蒸餾裝置對TiCl4、CCl4混合物進行蒸餾提純，按由下而上、從左到右的順序組裝，安裝順序為①⑨⑧⑥⑩，又TiCl4極易水解，為防止外界水蒸氣進入，最后連接③⑤。

【例2】(2022年遼寧卷，18題)H2O2作為綠色氧化劑應(yīng)用廣泛，氫醌法制備H2O2原理及裝置如圖4所示：

圖4

已知：H2O、HX等雜質(zhì)易使Ni催化劑中毒。回答下列問題：

(1)A中反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________。

(2)裝置B應(yīng)為________(填序號)。

圖5

(3)檢查裝置氣密性并加入藥品，所有活塞處于關(guān)閉狀態(tài)。開始制備時，打開活塞________，控溫45℃。一段時間后，僅保持活塞b打開，抽出殘留氣體。隨后關(guān)閉活塞b，打開活塞________，繼續(xù)反應(yīng)一段時間。關(guān)閉電源和活塞，過濾三頸燒瓶中混合物，加水萃取，分液，減壓蒸餾，得產(chǎn)品。

(4)裝置F的作用為_____________________________________。

(5)反應(yīng)過程中，控溫45℃的原因為_____________________________________。

(6)氫醌法制備H2O2總反應(yīng)的化學方程式為_______________________________________________。

(7)取2.50 g產(chǎn)品，加蒸餾水定容至100 mL搖勻，取20.00 mL于錐形瓶中，用0.050 0 mol·L-1酸性KMnO4標準溶液滴定。平行滴定三次，消耗標準溶液體積分別為19.98 mL、20.90 mL、20.02 mL。假設(shè)其他雜質(zhì)不干擾結(jié)果，產(chǎn)品中H2O2質(zhì)量分數(shù)為________。

(2)③①或②

(3)a、b c、d

(4)防止外界水蒸氣進入C中使催化劑中毒

(5)適當升溫加快反應(yīng)速率，同時防止溫度過高H2O2分解

(7)17%

【解析】①讀目的：制備H2O2的反應(yīng)分為兩步，第一步H2在Ni的催化作用下與乙基蒽醌反應(yīng)生成乙基蒽醇，第二步O2與乙基蒽醇反應(yīng)生成H2O2和乙基蒽醌。

②讀性質(zhì)：H2O2加熱易分解，反應(yīng)控溫45℃的原因之一是防止H2O2分解，“減壓蒸餾”也是為了降低蒸餾溫度防止H2O2分解。

③讀干擾：A中制得的H2有雜質(zhì)HCl和H2O，外界空氣中水蒸氣也會影響催化劑。

④讀裝置或步驟：左側(cè)為制氫裝置，右側(cè)為供氧裝置。先打開活塞a、b(通H2)，再打開活塞c、d(通O2)。

⑤讀信息：“H2O、HX等雜質(zhì)易使Ni催化劑中毒”，H2中的雜質(zhì)需要分別通過裝有飽和食鹽水和濃硫酸的洗氣瓶，也可以直接通過堿石灰除去，F(xiàn)的作用是防止外界水蒸氣進入C中使催化劑中毒。

物質(zhì)制備實驗凸顯對關(guān)鍵能力和學科素養(yǎng)的考查，題目基于真實實驗情境，具有基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。大部分考題有一定的陌生度，在平時模擬題中并不多見，這種“反押題”的考查形式可以保證試題的科學性、公平性和權(quán)威性，引導(dǎo)減少“死記硬背”和“機械刷題”現(xiàn)象，充分發(fā)揮高考命題的育人功能和積極導(dǎo)向作用，落實立德樹人根本任務(wù)。