高考化学实验题评析和备考

2018-05-04江西师范大学附属中学

中学生数理化(高中版.高考理化) 2018年4期

关键词：氨气草酸仪器

■江西师范大学附属中学徐丹

化学是一门以实验为基础的学科,高考中化学实验是重点考查内容。本文通过分析近三年来全国卷Ⅰ中化学实验题来解读实验考查的特点,以做好化学实验备考复习。

一、近三年全国卷Ⅰ考情分析(见表1)

表1

二、近三年全国卷Ⅰ试题分析

(一)选择题分析。

实验选择题侧重对实验的基础知识、基本技能、基本方法的考查。近三年考查的题型有以下几个方面。

1.实验操作评价。

例1 下列实验操作能达到实验目的的是( )。

A.用长颈漏斗分离出乙酸与乙醇反应的产物

B.用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO

C.配制氯化铁溶液时,将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释

D.将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水可得到纯净的Cl2

解析：长颈漏斗不能用来分液,A项错误。NO能与O2反应,不能用排空气法来收集,B项错误。配制氯化铁溶液时,为防止Fe3+水解,应将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释,C项正确。D项能除去HCl气体,但是会引入水蒸气。

答案：C

解题关键：熟悉常见溶液配制,掌握物质分离、收集、提纯方法。

考查意图：意在考查考生正确、规范使用化学实验仪器,规范操作,以及评价化学实验方案的能力。

考点定位：有机物的分离,气体收集和提纯,溶液的配制。

2.实验现象、结论及因果关系评价。

例2 下列实验中,对应的现象以及结

论都正确且两者具有因果关系的是( )。

选项实验现象结论A将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加K S C N溶液有气体生成,溶液呈血红色稀硝酸将Fe氧化为Fe3+B将铜粉加入1.0mol·L-1Fe2(SO4)3溶液中溶液变蓝,有黑色固体出现金属铁比铜活泼C用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热熔化后的液态铝滴落下来金属铝的熔点较低D将0.1mol·L-1Mg SO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生,再滴加 0.1mol·L-1Cu SO4溶液先有白色沉淀生成,后变为浅蓝色沉淀Cu(O H)2的溶度积比M g(O H)2的小

解析：A选项,稀硝酸与过量的Fe粉反应,生成硝酸亚铁、一氧化氮气体、水,无铁离子生成,所以加入KSCN溶液后,不变红色,现象错误。B选项,Cu与硫酸铁发生氧化还原反应,生成硫酸铜和硫酸亚铁,无黑色固体出现,现象错误。C选项,铝在空气中加热生成氧化铝的熔点较高,所以内部熔化的铝不会滴落,现象错误。D选项,对于组成类似(阴、阳离子个数比相同)的难溶电解质,溶度积大的易转化为溶度积小的,现象正确。

答案：D

解题关键：这种题主要考查考生读题获取的信息是否完整,是否抓住了关键词,如A项中“过量铁粉”,B项中“有黑色固体出现”,C项中“液态铝滴落”,D项中“不再有沉淀产生”等。对考生的决断力也有考查,如看到B项“有黑色固体出现”,考生要坚信自己所学的Cu和Fe3+的反应,从而判断B项错误。

考查意图：对基础实验知识的记忆和理解能力,以及实验探究能力。

考点定位：Fe3+离子性质,铝箔加热实验,沉淀转化。

3.实验设计评价。

例3 实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图1所示(Z n粒中往往含有硫等杂质,焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气),下列说法正确的是( )。

图1

A.①②③中依次盛装KM n O4溶液、浓硫酸、焦性没食子酸溶液

B.管式炉加热前,用试管在④处收集气体并点燃,通过声音判断气体纯度

C.结束反应时,先关闭活塞K,再停止加热

D.装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气

解析：装置Q是启普发生器,是氢气的发生装置,装置连接的排序为：发生装置→安全瓶→除去HCl、O2装置→除去H2S装置→干燥装置→ 氢气还原氧化钨装置→ 尾气处理装置。装置Q制得的氢气中含有H2S、O2、HCl、H2O等杂质,由于酸性高锰酸钾溶液会氧化氯化氢生成氯气,所以,应先用焦性没食子酸溶液吸收氧气,同时除去氯化氢(易溶于水),再用酸性高锰酸钾溶液吸收硫化氢,最后用浓硫酸干燥,试剂盛放的顺序依次为：焦性没食子酸溶液、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸,A项错误。因为H2为可燃性气体,在空气中的浓度达到一定范围时,加热易发生爆炸,加热WO3之前,需通过检验氢气的纯度判断空气是否排尽,B项正确。类似氢气还原氧化铜,实验结束后,先停止加热,再继续通入氢气一段时间,C项错误。装置Q不能加热,仅适合块状固体与液体在常温下的反应,而实验室用二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气需要加热,且二氧化锰是粉末状固体,所以不能用装置Q制备氯气,D项错误。

答案：B

如图2所示，0.5%～2.0%SHLI组细胞存活率与RBL-2H3细胞和KU812细胞对照组比较无明显差异，表明SHLI无明显细胞毒性。

解题关键：迁移应用——氢气还原氧化钨实验可联想到类似教材实验中氢气还原氧化铜实验。紧扣信息：信息1——锌粒中的硫指硫元素,即锌粒中含有少量的硫化锌,暗示制备氢气时会生成H2S;信息2——焦性没食子酸溶液用于吸收装置内少量O2。

考查意图：此题源于教材实验中的氢气还原氧化铜,但又高于教材实验,提供了新的情境和新的信息(没食子酸溶液等),综合考查了物质的制备、气体的净化、实验操作和物质的性质,难度较大。

考点定位：H2的制取,H2还原 WO3制备金属 W的综合实验考查,涉及气体的制备、除杂、干燥。

点评：近三年全国卷化学实验选择题考查的热点集中在：①化学仪器的用途和使用,如长颈漏斗、容量瓶、冷凝管、分液漏斗;②化学实验基本操作,如分离、仪器干燥、润洗、除杂;③实验现象的预测和分析。我们在解答实验类选择题时,需对每个选项进行分析、判断,属于评价范畴,但是无论哪种评价,基础性不变。仪器或装置、操作与原理、物质性质这三要素不变。变的是呈现方式(如文字、图标、装置)、组合方式。

(二)填空题分析。

综合实验以制备、探究为主,除考查实验基础知识、基本技能外,还渗透了化学基本概念、化学反应原理、元素化学、有机化学、化学计算等模块的知识与技能,同学们要具备科学实验的方法和理念,对实验方案进行设计、评价或改进,能够预测或描述实验现象,分析或处理实验数据,得出合理的结论。

1.注重探究设计的原理和定量分析的能力。

例4 凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法,其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐,利用图2所示装置处理铵盐,然后通过滴定测量。

已知：NH3+H3B O3NH3·H3B O3,NH3·H3B O3+HClNH4Cl+H3B O3。

图2

回答下列问题：

(1)a的作用是____。

(2)b中放入少量碎瓷片的目的是____。f的名称是____。

(3)清洗仪器：g中加蒸馏水;打开k1,关闭k2、k3,加热b,蒸气充满管路;停止加热,关闭k1,g中蒸馏水倒吸进入c,原因是____;打开k2放掉水,重复操作2～3次。

(4)仪器清洗后,g中加入硼酸(H3B O3)和指示剂。铵盐试样由d注入e,随后注入氢氧化钠溶液,用蒸馏水冲洗d,关闭k3,d中保留少量水。打开k1,加热b,使水蒸气进入e。

①d中保留少量水的目的是____。

②e中主要反应的离子方程式为____,e采用中空双层玻璃瓶的作用是____。

(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品mg进行测定,滴定g中吸收液时消耗浓度为cmol·L-1的盐酸Vm L,则样品中氮的质量分数为____%,样品的纯度≤____%。

解析：(1)a导管与大气相通,其作用是避免烧瓶内气压过大,发生危险。(2)加热液体时加入碎瓷片,其作用是防止液体暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等,要指明。(3)停止加热,瓶内水蒸气冷凝,气体压强减小,会引起g中液体倒吸入c中,利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器e、f。(4)①止水夹k3处可能漏气,导致测定的N元素质量分数偏低,故d中保留少量水起液封作用,防止氨气逸出。②e中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠反应,需要加热,使氨气全部逸出。考生对中空双层玻璃瓶比较陌生,可以联想平时生活中的保温玻璃瓶来分析问题。(5)n(N)=n(NH3)=n(HCl)=mol,ω(N)=×100%=%。C2H5NO2的相对分子质量为75,ω(C2H5NO2)=

答案：(1)避免b中压强过大 (2)防止暴沸直形冷凝管 (3)c中温度下降,管路中形成负压 (4)①液封,防止氨气逸出

②NH+4+OH-NH3↑+H2O 保温,使氨完全蒸出 (5)

解题关键：(1)水蒸气发生装置需要加热,暗示烧瓶内可能产生大量水蒸气使气压增大。(3)实验装置中液体倒吸,要利用气压差原理解释。(4)对于定量实验,要防止氨气逸出,采用办法之一是液封。铵盐与碱反应生成的氨气极易溶于水,为了使氨气完全逸出,需要加热;中空双层玻璃瓶传热较慢。(5)计算时抓住氮元素守恒。

考查意图：本题是多仪器串联型实验题,装置新颖,且以凯氏定氮法的分析测定这一陌生载体构建情境,操作较复杂且字母多,对考生阅读能力、心理素质要求高,细心研究本题可以发现,该题是在近几年全国卷高考实验题的基础上创新组合而成。装置和设问都追求新意,问题灵活多变。实验的第一部分考查了实验操作、实验评价,紧扣课本,注重基础。第二部分内容是对化学实验的分析,此题题目难度不大,但是运算能力要求高,考生在思考此题的时候能不能进入题境就成了关键,此题最后两空有一定的区分度。

考点定位：常见仪器的识别和用途,实验操作的原因分析,铵根离子与碱反应的离子方程式书写,甘氨酸中氮的质量分数、样品纯度的计算。

2.注重综合实验设计能力的考查。

例5 氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：

(1)氨气的制备。

①氨气的发生装置可以选择图3中的____,反应的化学方程式为____。

②欲收集一瓶干燥的氨气,选择图3中的装置,其连接顺序为：发生装置→____(按气流方向,用小写字母表示)。

图3

(2)氨气与二氧化氮的反应。

将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入N O2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图4所示装置进行实验。

请将表2补充完整。

图4

表2

解析：(1)①观察装置可知,A装置适合加热固体制备气体,B装置适合加热液体与固体制备气体或加热液体制备气体。实验室利用氯化铵和消石灰共热制备氨气,加热固体混合物制备气体,故应选A装置作为发生装置,化学方程式为Ca(OH)2+2 NH4ClCa Cl2+2 NH3↑+2 H2O;实验室还可通过加热浓氨水制备氨气,故也可以选择B装置作发生装置,化学方程式为NH3·H2ONH3↑+H2O。②实验室用碱石灰干燥氨气,用向下排空气法收集氨气,用水吸收尾气中的氨气并注意防倒吸。故选择C、D、F装置,注意连接干燥管时应大口进气,小口出气。所以连接顺序为a、d、c、f、e、i或b、d、e、f、e、i。(2)NO2为红棕色,氨气与二氧化氮发生反应8 NH3+6 NO27 N2+12 H2O,故观察到Y管中红棕色气体慢慢变浅。NH3与NO反应后生成气态水凝聚,反应后气体分子数减少,装置内压强减小,故打开K2,氢氧化钠溶液会产生倒吸现象。

答案：(1)①A Ca(OH)2+2 NH4ClCa Cl2+2 NH3↑+2 H2O(或B NH3·H2ONH3↑+H2O) ②d→c→f→e→i

(2)①红棕色气体颜色逐渐变浅②8 NH3+6 NO27 N2+12 H2O ③Z中Na OH溶液倒吸入Y管 ④当产物中的H2O为液体时,反应过程中气体的总物质的量减小,恢复原体积后装置中气压小于大气压

解题关键：掌握物质制备常见的思路,根据药品的状态选择发生装置、干燥装置、收集装置、尾气处理装置。根据常见含氮化合物之间的归中反应,判断产物有氮气生成,并根据反应前后物质状态的变化,从而造成压强的改变来判断实验的现象。

考查意图：考查综合设计实验能力,包括实验原理分析、仪器的选择、连接装置接口、描述现象、分析原因等。

考点定位：氨气的制备,氨气与二氧化氮反应的实验。

3.注重信息挖掘和实验探究能力。

例6 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。草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2 H2O)无色,熔点为101℃,易溶于水,受热脱水、升华,170℃以上分解。回答下列问题：

(1)甲组同学按照图5所示的装置,通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是____,由此可知草酸晶体分解的产物中有____。装置B的主要作用是____。

图5

(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO,为进行验证,选用甲组实验中的装置A、B和图6所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。

图6

①乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为A、B、____。装置H反应管中盛有的物质是____。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是____。

(3)设计实验证明：

①草酸的酸性比碳酸的强：___。

②草酸为二元酸：___。

解析：(1)结合题给装置中装的药品可知,草酸晶体的分解产物中有二氧化碳气体,所以装置C中观察到有气泡产生,澄清石灰水变浑浊。通入澄清石灰水前,气体进行了冷却,由题中信息可知,草酸钙难溶于水,若气体不冷却,则挥发出的草酸蒸气也会进入装置C,与澄清石灰水反应生成沉淀,干扰CO2的检验。(2)由题实验仪器和药品可知,CO应与装置H中固体反应,可推测装置H中固体为Cu O,CO还原氧化铜生成Cu和CO2气体,然后把CO2通入D中,结合装置H和装置D中的现象可判断草酸晶体的分解产物中是否含有CO。检验CO之前应先除去CO中混有的CO2,连接顺序为A、B、F、D、G、H、D、I。(3)①向盛有碳酸氢钠的试管中加入草酸溶液,若有气泡产生,则证明草酸的酸性强于碳酸。②证明草酸为二元酸可以用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液,消耗Na OH的物质的量是草酸的2倍,即可证明。

答案：(1)有气泡产生,澄清石灰水变浑浊 CO2冷凝分解产物中的水和甲酸

(2)①F、D、G、H、D、I Cu O(氧化铜)②H前的装置D中的石灰水不变浑浊,H后的装置D中的石灰水变浑浊

(3)①向盛有少量Na HCO3溶液的试管中滴加草酸溶液,若产生大量气泡则说明草酸的酸性比碳酸强 ②用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液,消耗氢氧化钠的物质的量是草酸的2倍,则说明草酸是二元酸

解题关键：通读此题,结合装置中所给药品,如澄清石灰水一般用于检验CO2气体,进行合理猜测,草酸晶体的分解产物为CO2、CO、H2O三种,再结合氧化还原反应的有关知识(化合价升降)来验证猜想。

考查意图：此类题型是高考的热点题型,考查的知识是考生熟悉的、经常练习的,只是把它放在了不同的情境中,考查考生挖掘题中信息能力和实验探究能力,找出突破口就能各个击破。

考点定位：CO、CO2的性质,化学实验基本知识,化学实验知识的简单应用。

三、对备考复习的启示

总体来看,近几年的高考化学试题立意新颖,但陌生度不高,源于教材实验和经典高考试题的再创新较多。通过对以上实验选择题和填空题的分析,可得到如下启示。

1.落实化学实验基础知识与基本技能,并将其网络化、系统化。

近年来高考命题形式上注重学科内知识的综合,从多方面对实验基础知识进行考查,既重探究,亦重视基础实验,把基础实验渗透到不同类型的实验中,形成综合实验试题。

考生应具备的高中化学实验基础知识和基本技能包括如下几点。

①熟悉常见仪器的名称、形状、特点、主要用途、使用方法和注意事项。

②基本操作技能,如试剂存放方法和依据、重要基本操作(溶解、试纸使用、仪器洗涤和连接组装、物质加热、装置气密性检验、安全操作尝试)、定量实验操作(溶液配置、中和滴定、晶体中结晶水含量测定)、物质分离操作(过滤、分液和萃取、蒸发和结晶、蒸馏和分馏、升华、渗析、盐析)等。

③预测和描述实验现象的技能。

④分析或处理数据,得出合理结论的技能,能够对比现象和本质,归纳规律,科学地解释异常现象。

⑤设计实验的技能,以现象明显,操作方便,程序合理为原则,正确列出实验所需的药品、仪器、方法和步骤、装置图、注意事项等。能够设计并论证实验方案,能够对照课本上类似的代表性实验和设计原则选择最佳实验方案。

⑥掌握典型的实验基础知识技能,熟悉物质分离与提纯,掌握物质的检验的主要形式(鉴定、鉴别),能从物质状态角度掌握相关小实验(气体：气密性检查、净化、干燥、收集、尾气处理、装置连接、气体性质实验等。液体：离子的检验、中和滴定、溶液的配制、沉淀的析出等。固体：混合物中某成分的测定、某元素含量测定、混合物分离与提纯等)。

在进行专题复习时,可先构建单独的基础知识网络,做到能正确地理解,有序地存储,并以此点为基础,进行归纳、对比、总结规律,逐渐整合和拓展,如常见仪器能够顺利对接常见实验装置(如发生装置、收集装置、尾气处理装置等),能够识别典型的实验仪器装置图,能指出准确具体用途等。

2.熟练掌握“三大原理”,并能灵活运用。

①反应原理。明确具体的化学反应,理清选用的物质、反应类型、产物、进行的条件、是否有定量要求,以及是否有副反应发生。

②装置原理。仪器选用(对特定的反应物或生成物,应选用哪种仪器进行量取、混合、反应、加热、除杂、干燥、检验、收集、吸收、分离、缓冲,并能解释原因),配套组合(根据实验需要,选用的仪器之间,大小、规格应如何协调和搭配,如若不这样组合有何弊端,能否作某种调换或替代),连接顺序(为了达到良好的实验效果,选用的仪器应采用怎么连接的位置顺序和安装拆除的先后顺序,能描述顺序遵照的原理,以及若不遵循此顺序有什么不良后果)。

③操作原理。操作步骤(为达某一实验目的,应当经过的操作步骤,如何确定这些步骤先后顺序,省略或改变某些步骤会有哪些影响),注意事项(实施某个实验步骤应注意什么该做什么不该做),安全措施(实验过程可能会出现的事故,怎么防范,出现事故的处理方法及原理)。

3.综合实验题分析一般步骤。

原理→反应物质→反应条件→仪器装置→现象结论→作用意义→联想。

①明确实验的目的,实验是根据什么性质和原理设计的。

②反应物的性质、状态及发生反应时的条件(根据实验目的和相关的化学反应原理,进行全面地分析比较和推理,并合理选择)。

③有关装置：性能、使用方法、适用范围、注意问题、是否有替代装置可用、仪器规格。

④有关操作：操作方法、操作顺序、注意事项或操作错误的后果。

⑤实验现象：自下而上,自左而右全面观察。

⑥实验结论：得出直接结论或导出间接结论。

物质制备实验方案设计的一般原则：条件合适,操作方便,原理正确,步骤简单,原料丰富,价格低廉,产物纯净,污染物少。性质探究实验的设计一般原则：从物质的结构特点或所属类型的典型代表物去推测物质可能具有的一系列性质,如同主族或同周期等,而后据此设计合理的实验方案,探究可能具有的性质,即推测(按类别)→设计实验方案(方法、步骤、仪器、药品、操作要点、现象及分析、结论等)→ 结论。