例析高考化學中的實驗探究題

劉燕秋

(山東省寧陽縣第一中學)

新課程改革實施以來的試題命制提高了學科核心素養的考查力度,強化了科學探究與創新意識的考查.2023年的高考化學試卷中取消選做題,化學題量采用“7＋4”形式,這勢必會對實驗探究題的考查方式有所影響.筆者對實驗探究題的考查方式進行歸納總結,以期對學生的復習備考有所幫助.

1 以基礎實驗為依托考查實驗歸納能力

以基礎實驗為依托的實驗探究題一般以選擇題的形式為主,基礎性較強,涉及的實驗多為學生熟悉的課本實驗,要求學生具備扎實的基礎實驗技能,能對已學的實驗原理、實驗操作等進行歸納總結.高考實驗題的形式或在實驗裝置中進行創新,或在一道試題中涉及幾個基礎實驗,因此,透徹理解已學實驗原理,掌握正確的操作方法,熟悉常見的實驗現象,是解答此類實驗題的關鍵.

例1(2022年廣東卷,改編)某化學學習小組在學習過濃硫酸的性質后,欲對銅與濃硫酸的反應進行探究,設計了如圖1所示的微型裝置.圖中a～d均為蘸有相應溶液的棉球.據此判斷,下列分析不正確的是( ).

圖1

A.Cu與濃硫酸反應,既體現了H2SO4的酸性,又體現了H2SO4的氧化性

B.a處棉球變紅,說明SO2是酸性氧化物

C.b或c處棉球褪色,其褪色原理相同

D.試管底部出現白色固體,體現了濃H2SO4的物理性質

分析本題考查的是學生比較熟悉的Cu與濃硫酸反應的實驗,實驗裝置是試題的創新點,屬于綠色化學中的微型實驗范疇,是高考常見題型,基礎性較強.Cu與濃硫酸反應的化學方程式為

說明在反應中,濃H2SO4既體現了酸性,又體現了氧化性,選項A 分析正確.紫色石蕊溶液遇酸性物質變紅,a處棉球變紅說明有酸性物質生成,即可說明SO2是酸性氧化物,選項B 分析正確.蘸有品紅溶液的棉球遇SO2褪色,說明SO2具有漂白性;酸性KMnO4具有強氧化性,SO2有還原性,兩者相遇可發生氧化還原反應,進而使蘸有酸性KMnO4試液的棉花褪色,選項C 分析錯誤.觀察題圖可知,所用濃硫酸過量,反應生成的水會被濃硫酸吸收,使得生成的CuSO4無法形成藍礬晶體,因此試管底部出現白色固體,體現了濃H2SO4具有吸水性的物理性質,選項D分析正確.答案為C.

2 以工藝流程為依托考查實驗分析能力

以工藝流程為依托的高考試題,是考查學生實驗分析能力的重要載體,所涉化學知識隱含在題干和問題中,需要學生認真分析流程圖,理解其中涉及的實驗操作和實驗原理.

例2(2022年湖南卷)鋁電解廠煙氣凈化的一種簡單流程如圖2所示.下列說法錯誤的是( ).

圖2

A.不宜用陶瓷作吸收塔內襯材料

B.采用溶液噴淋法可提高吸收塔內煙氣吸收效率

C.合成槽中產物主要有Na3AlF6和CO2

D.濾液可回收進入吸收塔循環利用

分析本題以鋁電解廠煙氣的凈化流程為背景,考查物質制備類實驗.把握物質的性質和混合物的提純,準確分析和解讀所給流程圖等是解題的關鍵.將含HF 的煙氣通入吸收塔,加入過量的Na2CO3,Na2CO3與HF 發生反應,化學方程式為Na2CO3＋HF＝NaF ＋NaHCO3;接著向合成槽中通入NaAlO2,吸收塔中生成的NaF、NaHCO3和NaAlO2發生反應,化學方程式為4NaHCO3＋6NaF ＋NaAlO2＝Na3AlF6＋4Na2CO3＋2H2O,據此分析解答.鋁電解廠煙氣中含有HF,陶瓷中含有SiO2,SiO2會與HF反應,所以不宜用陶瓷作吸收塔內襯材料,選項A 說法正確.溶液噴淋法可增大反應物的接觸面積,加快反應速率,可提高吸收塔內煙氣的吸收效率,選項B說法正確.合成槽中含有生成的Na3AlF6、加入的NaAlO2、過量的Na2CO3,因為NaAlO2會與CO2反應,所以產物為Na3AlF6和Na2CO3,選項C 說法錯誤.濾液中含有過量的Na2CO3,可回收進入吸收塔循環利用,選項D 說法正確.答案為C.

3 以物質的制備或測定為依托考查實驗綜合能力

以物質的制備或測定為依托的實驗探究題,通常以非選擇題的形式出現,綜合性較強,意在考查學生的實驗綜合能力.熟悉常見化學儀器,掌握實驗設計流程,理解化學實驗原理,了解實驗設計原則,并能通過所給信息結合所學知識進行化學計算,是解答此類實驗探究題的關鍵.

例3四氯化錫(SnCl4)是無色液體,熔點-36 ℃,沸點114 ℃,極易發生水解.實驗室用如圖3所示裝置制備少量SnCl4(夾持裝置略).回答下列問題:

(1)按照氣流方向,裝置的連接順序依次為A→________→________→________→________→D.

(2)裝置A 中發生反應的離子方程式為________.導管a的作用為_________.

(3)試劑M 的名稱為________.

(4)SnCl4遇水易水解生成SnO2·xH2O,該水解反應的化學方程式為_________.

分析本題主要考查實驗方案的設計,意在考查學生的知識遷移能力,為高考常見題型,明確實驗原理是解答的核心.用如圖所示裝置制備少量SnCl4,利用濃鹽酸和高錳酸鉀溶液反應在裝置A 中制取氯氣,由于濃鹽酸具有揮發性,制取的氯氣中含有水蒸氣和氯化氫氣體,通過裝置C中的飽和食鹽水和濃硫酸除去氯化氫和水蒸氣,凈化后的氯氣通入裝置B,在加熱條件下與Sn 反應生成SnCl4,由于SnCl4熔沸點低,B 中反應生成的物質通入F 中用冰水浴冷凝收集,SnCl4易水解,為防止空氣中的水蒸氣進入裝置F,在F裝置后接裝置E吸收水分,未參與反應的氯氣是大氣污染物,不能排放到大氣中,用裝置D 中的氫氧化鈉溶液吸收.(1)根據分析,按照氣流方向,裝置的連接順序依次為A→C→B→F→E→D.(2)裝置A 中發生反應的離子方程式為2MnO-4＋16H＋＋10Cl-＝2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O;導管a的作用為平衡反應容器內外壓強,使液體順利滴下.(3)試劑M 的作用為吸收制取的氯氣中含有的水蒸氣,故應為濃硫酸.(4)SnCl4遇水易水解生成SnO2·xH2O,該水解反應的化學方程式為SnCl4＋(x＋2)H2O＝SnO2·xH2O＋4HCl.

本題考查的知識點基礎性較強,預測2023 年高考化學試題中此類試題的難度會提高,學生需要提高知識的遷移應用能力,面對陌生的試題情境,能結合所學的實驗目的、實驗原理,進行分析、理解,同時還要掌握一定的運算方法,如溶液的濃度、產品的純度、物質轉化率的計算等.

新的高考形式必然會產生新的考查方式,體現學生化學核心素養的化學實驗探究題必然會受到命題者的青睞.學生在復習過程中可在往年高考試題命制形式的基礎上,參考新教材編寫理念,加深對化學知識的理解,充分理解化學與生產生活實際的緊密聯系,提高知識應用的靈活性,為新的高考形式做好充分的準備.

(完)