高考化学实验题型梳理和解题策

2018-05-04江西师范大学附属中学李道平

中学生数理化(高中版.高考理化) 2018年4期

■江西师范大学附属中学李道平

一、考纲分析

考纲要求考生能够了解化学实验的重要性和常用仪器的主要用途和使用方法,以及一般事故的预防和处理方法。掌握化学实验的基本操作,同时能识别化学品标志,常见气体的实验室制法和溶液的配制方法,以及常见物质检验、分离和提纯的方法。具体要求考生能做到：会设计实验方案;正确选用实验装置;掌握控制实验条件的方法;预测或描述实验现象,分析或处理实验数据,得出合理结论;评价或改进实验方案。还要求对上述各部分知识与技能的综合应用。

高考中的化学实验题一般不会单一地考查考生的记忆能力,而是将化学实验的基本操作、计算、原理、假设、推导等进行有机地融合,考查形式灵活多样,包含的知识面广、材料新颖以及综合性强等。实验试题一般都是以考查考生的分析推断能力为主,围绕整个实验的过程和目的展开。

二、高考化学实验命题新动向

动向一：试题注重对基本实验知识的综合,重视对基本实验操作能力的考查。

化学基本实验操作是化学实验的基础,也是历年高考化学实验试题考核的一个重点。近年来新课程改革的高考试题注重对教材中关于萃取、分液、过滤、蒸发等基本操作,托盘天平、容量瓶及滴定管等基本仪器使用的考查,旨在通过实验考查考生描述实验现象、分析操作过程和通过实验现象、操作过程去探讨实验原理的能力。

例1 过氧化钙微溶于水,溶于酸,可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。

(Ⅰ)碳酸钙的制备。

回答下列问题：

(1)步骤①加入氨水的目的是____。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大,有利于____。

(2)图1是某学生的过滤操作示意图,其操作不规范的是____(填标号)。

a.漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁

b.玻璃棒用作引流

c.将滤纸湿润,使其紧贴漏斗壁

d.滤纸边缘高出漏斗

e.用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度

(Ⅱ)过氧化钙的制备。

图1

(3)步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸,至溶液中尚存有少量固体,此时溶液呈____性(填“酸”“碱”或“中”)。将溶液煮沸,趁热过滤,将溶液煮沸的作用是____。

(4)步骤③中反应的化学方程式为____,该反应需要在冰浴下进行,原因是____。

(5)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤,使用乙醇洗涤的目的是____。

(6)制备过氧化钙的另一种方法是将石灰石煅烧后,直接加入双氧水反应,过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是____,产品的缺点是____。

解析：(Ⅰ)碳酸钙的制备。

由流程可知,加盐酸,碳酸钙、铁的氧化物均溶解,加双氧水可氧化亚铁离子,加氨水将铁离子转化为沉淀,过滤后的滤液中含盐酸,加氨水中和酸,最后得到碳酸钙沉淀。

(1)步骤①加入氨水的目的是中和多余的盐酸,沉淀铁离子。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大,有利于过滤。

(2)a.漏斗末端颈尖应紧靠烧杯壁,故错误。

b.玻璃棒用作引流,使液体顺利流下,故正确。

c.将滤纸湿润,使其紧贴漏斗壁,防止液体从滤纸与漏斗的缝隙流下,故正确。

d.滤纸边缘应低于漏斗上边缘,故错误。

e.玻璃棒在漏斗中搅动可能会捣破滤纸,导致过滤失败,故错误。

(Ⅱ)过氧化钙的制备。

由流程可知,碳酸钙溶于盐酸后,至溶液中尚存有少量固体,过滤后,滤液中氯化钙、氨水、过氧化氢反应生成CaO2、NH4Cl、水;再过滤,洗涤得到过氧化钙。

(3)步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸,至溶液中尚存有少量固体,溶液中溶解有二氧化碳,此时溶液呈酸性;将溶液煮沸,趁热过滤,将溶液煮沸的作用是除去溶液中溶解的二氧化碳。

(4)步骤③中反应的化学方程式为Ca Cl2+2 NH3·H2O+H2O2CaO2↓+2 NH4Cl+2 H2O,该反应需要在冰浴下进行,原因是温度过高时双氧水易分解。

(5)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤,使用乙醇洗涤的目的是去除晶体表面水分。

(6)制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后,直接加入双氧水反应,过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是原料来源丰富、操作简单,产品的缺点是纯度较低。

答案：(1)调节溶液p H使Fe(OH)3沉淀过滤分离

(2)a、d、e

(3)酸除去溶液中溶解的二氧化碳

(4)Ca Cl2+2 NH3·H2O+H2O2CaO2↓+2 NH4Cl+2 H2O 温度过高时双氧水易分解

(5)去除晶体表面水分

(6)工艺简单、操作方便纯度较低

点评：本题考查物质的制备实验,为高频考点,把握制备实验原理、实验技能、物质的性质为解答的关键,侧重分析能力与实验能力的考查,题目难度适中。

动向二：试题注重实验方案的设计和对原理的探究,重视对考生综合分析问题能力的考查。

新课程背景下的高考化学试题中对设计简单实验的能力的考查赋予了较多的关注。其中包括实验操作顺序的设计、确认某混合物组分实验的设计、验证化学原理的设计、测定物质纯度的设计等。这类试题综合性强,有一定的难度和思考空间,是一种较高水平的能力考查。

例2 某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题：

(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1mol·L-1的溶液。在Fe Cl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是____。

(2)甲组同学取2m LFe Cl2溶液。加入几滴氯水,再加入1滴K S C N溶液,溶液变红,说明Cl2可将Fe2+氧化。Fe Cl2溶液与氯水反应的离子方程式为____。

(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2 m L Fe Cl2溶液中先加入0.5m L煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴K S C N溶液,溶液变红,煤油的作用是____。

(4)丙组同学取10m L0.1mol·L-1K I溶液,加入6m L0.1mol·L-1Fe Cl3溶液混合。分别取2m L此溶液于3支试管中进行如下实验：

①第一支试管中加入1m LC Cl4充分振荡、静置,C Cl4层呈紫色;

②第二支试管中加入1滴K3[Fe(C N)6]溶液,生成蓝色沉淀;

③第三支试管中加入1滴K S C N溶液,溶液变红。

实验②检验的离子是____(填离子符号)。实验①和③说明：在I-过量的情况下,溶液中仍含有____(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为____。

(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的Fe Cl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为____;一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是____,生成沉淀的原因是____(用平衡移动原理解释)。

解析：(1)铁和氯化铁反应生成氯化亚铁,在Fe Cl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是防止氯化亚铁被氧化。

(2)氯气具有氧化性,能将氯化亚铁氧化为氯化铁,反应的离子方程式为Cl2+2 Fe2+2 Fe3++2 Cl-。

(3)煤油不溶于水,密度比水小,分层后可以隔离溶液与空气接触,排除氧气对实验的影响。

(4)①第一支试管中加入1m LC Cl4充分振荡、静置,C Cl4层显紫色,说明生成了I2,碘离子被铁离子氧化为碘单质,反应的离子方程式为2 I-+2 Fe2+2 Fe3++I2;②加入1滴K3[Fe(C N)6]溶液,生成蓝色沉淀是亚铁离子的检验特征反应现象,实验②检验的离子是Fe2+;③第三支试管中加入1滴K S C N溶液,溶液变红,说明随浓度变小,碘离子在稀的氯化铁溶液中不发生氧化还原反应,仍含有铁离子,在I-过量的情况下,溶液中仍含有Fe3+,说明该反应为可逆反应。

(5)向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的Fe Cl2溶液,溶液变成棕黄色,说明过氧化氢将亚铁离子氧化为铁离子,反应的离子方程式为2 Fe2++H2O2+2 H+2 Fe3++2 H2O,铁离子对过氧化氢分解起到催化剂作用,产生气泡的原因是铁离子做催化剂使过氧化氢分解生成氧气,氯化铁溶液中存在水解平衡Fe3++3 H2OFe(OH)3+3 H+,水解反应为吸热反应,过氧化氢分解放出热量,促进Fe3+的水解平衡正向移动。

答案：(1)防止氯化亚铁被氧化

(2)Cl2+2 Fe2+2 Fe3++2 Cl-

(3)隔离空气(排除氧气对实验的影响)

(4)Fe2+Fe3+可逆反应

(5)2 Fe2++H2O2+2 H+2 Fe3++2 H2O 铁离子做催化剂使过氧化氢分解生成氧气过氧化氢分解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动

点评：本题考查了铁的化合物性质,主要是溶液配制、离子方程式书写、离子检验、盐类水解等知识点,题目难度适中。

三、化学实验复习策略

从近三年新课程改革省份高考化学实验试题的考查动向可以发现,题目难度并没有增加,但加强了对化学实验基础知识、基本操作、实验数据分析和推理、实验方案的设计和评价以及解决实际问题能力的考查。

(一)熟悉常见的实验基本操作,力求实验基础知识网络化。

近年来的高考实验试题的形式上重视试题的综合化,即试题注重对多方面的实验基础知识进行考查。高中化学实验基础内容包括仪器与药品、实验操作与实验技能、物质的制备与实验方法、识图绘图与安全知识、定量实验与误差分析、物质的分离提纯和鉴别、实验设计与综合实验等。

(二)认真对待教材实验,力求对实验素材进行深入拓展和挖掘。

从近几年的高考试题不难看出,许多实验试题是源于教材中的演示实验和学生实验,并由典型实验进行一些改装或创新,尤其对一些物质的制备实验和物质的性质实验进行深入探究,对实验中涉及的重要化学方程式和实验现象均应做到熟练掌握。因此,在实验复习过程中须针对课本上的每一个演示实验,做到寻根溯源、融会贯通。将有关实验的原理、基本仪器、基本技能逐一理解深化。并且应重视对教材科学探究实验的创新,在分析时应多角度、多层次地思考问题、解决问题,只有这样才能激活思维,灵活创新。回归教材,梳理课本,挖掘教材中隐含着的重要知识点、生长点,进行专题整合。

(三)重视实验设计与评价,力求培养原理探究理念和方法。

实验方案的设计与评价不但能考查考生分析和解决问题的能力,还能考查考生思维能力、实验原理探究能力、创新能力以及综合应用能力,也是近年来高考化学实验考查的热点之一。化学复习备考应注重高考实验试题考查的动向,从试题中去领略试题考查的意图和试题命制方向,从而有目标性地培养实验创新意识和实验原理探究能力,真正做到有的放矢,提高实验备考复习效率。

四、巩固练习

1.某小组在验证反应“Fe+2 A g+Fe2++2 A g”的实验中检测到Fe3+,发现和探究过程如下。

向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(p H≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。

(1)检验产物。

①取少量黑色固体,洗涤后,____(填操作和现象),证明黑色固体中含有A g。

②取上层清液,滴加K3[Fe(C N)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有____。

(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是____(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验：

①取上层清液,滴加K S C N溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如表1。

表1

(资料：A g+与S C N-生成白色沉淀A g S C N)

②对Fe3+产生的原因作出如下假设：

假设a：可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+。

假设b：空气中存在O2,由于____(用离子方程式表示),可产生Fe3+。

假设c：酸性溶液中NO3-具有氧化性,可产生Fe3+。

假设d：根据____现象,判断溶液中存在A g+,可产生Fe3+。

③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。

实验Ⅰ：向硝酸酸化的____溶液(p H≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加K S C N溶液,3 m i n时溶液呈浅红色,30m i n后溶液几乎无色。

实验Ⅱ：装置如图2,其中甲溶液是____,操作及现象是____。

图2

(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ～ⅲ中Fe3+浓度变化的原因：___。

2.为检验溶液中是否含有Cl-,某同学采用向溶液中先加HNO3,再加A g NO3,溶液的实验方案,若有白色沉淀生成,则证明有Cl-。对此结论,有人提出了质疑,设计了如下探究性实验。

实验一：向Na2SO4溶液中滴加A g NO3溶液(如表2)。

表2

(1)实验一中产生沉淀的离子方程式为____。

(2)学生设计了如下表格,对实验一内容进行理论计算,请帮他完成表格(见表3)(表中不要留空格)。

[25℃时,Ksp(A g2SO4)=1.2×10-5,Ksp(A g Cl)=1.8×10-10]

表3

若向1m L某溶液中加入3滴0.1mol·L-1A g NO3溶液,分析上面数据,判断下列说法正确的是____(填字母序号)。

A.混合液中c(SO24-)=0.1mol·L-1时不会产生A g2SO4沉淀

B.混合液中c(SO24-)=1mol·L-1时不会产生A g2SO4沉淀

C.无论SO24-浓度大小都会产生A g2SO4沉淀

D.若使用0.01mol·L-1A g NO3溶液,可基本排除SO24-对Cl-检验构成的干扰

(3)将实验一中编号③中的理论计算结果与现象对照,发现理论上大部分A g+应该形成沉淀,这与“有些许浑浊”的现象相矛盾。为探究真相,在实验一的基础上继续设计了以下实验。

实验二：(见表4)

表4

对于A g2SO4溶于硝酸的原因提出了如下假设,请完成假设一。(已知：H2SO4H++HSO4-,HSO4-H++SO24-;假设二可能的原因是N O3-与A g+形成配位化合物)

假设一：___。

假设二：NO3-对A g2SO4溶解起作用。

(4)从下列限选试剂中选择适当试剂并设计实验方案,分别验证假设一和假设二是否成立。请写出实验步骤和结论：____。(限选试剂：A g2SO4固体、浓 HNO3、Na NO3饱和溶液、Ca SO4固体)

(5)通过(4)的实验,若证实假设一成立,请用平衡理论解释A g2SO4溶解的原因：___。

3.为研究铁质材料与热浓硫酸的反应,某学习小组用碳素钢(即铁和碳的合金)进行了以下探究活动：

【探究一】

(1)常温下,工业上用铁质容器盛放冷的浓硫酸,其原因是____。

(2)称取碳素钢6.0g放入15.0m L浓硫酸中,加热,充分反应后得到溶液X并收集到混合气体Y。

①甲同学认为X中除Fe3+之外还可能含有Fe2+。若要确认其中的Fe2+,应选用____。

a.K S C N溶液和氯水

b.铁粉和K S C N溶液

c.浓氨水

d.酸性KM n O4溶液

②乙同学取560m L(标准状况)气体Y通入足量溴水中,发生SO2+B r2+2 H2O2 HBr+H2SO4反应,然后加入足量Ba Cl2溶液,经适当操作后得干燥固体4.66g。由此推知气体Y中SO2的体积分数为____。

【探究二】

根据上述实验中SO2体积分数的分析,丙同学认为气体Y中还可能含有Q1和Q2两种气体,其中Q1气体在标准状况下密度为0.0893g·L-1。为此设计了下列探究实验装置(图3中夹持仪器省略,假设有关气体完全反应)。

图3

(3)装置B中试剂的作用是____。

(4)分析Y气体中的Q2气体是如何生成的：___(用化学方程式表示)。

(5)为确认Q2的存在,需在装置中添加洗气瓶M于____。

a.A之前 b.A～B间

c.B～C间 d.C～D间

(6)如果气体Y中含有Q1,预计实验现象应是____。

4.现有以下实验装置(见图4)供实验时挑选使用。

图4

(1)利用Cu和浓硝酸反应制备N O2,用过氧化氢溶液和M n O2制取O2,根据反应原理应选用____装置(填序号,从A、B、C中选取)。

(2)欲用石灰石和浓盐酸反应制取纯净干燥的CO2气体,将你所选的仪器按气体由左向右方向连接,连接顺序为：____→G→____→____。用饱和碳酸氢钠溶液除去挥发出的HCl优于用水除HCl的原因是____。

(3)某小组为了探究A g与浓硝酸反应过程中可能产生NO,设计了一连接顺序为D→H→I→K的实验装置。

①反应开始前通入N2的目的是____,

②反应结束,若H瓶中溶液体积为100m L,从中取出25.00m L溶液,以酚酞作指示剂,用0.1000mol·L—1Na OH溶液进行滴定,两次滴定用去Na OH溶液的体积分别为16.98m L和17.02m L,则该瓶中硝酸的物质的量浓度为____。若实验测得NO的体积为95.2 m L(已折算成标准状况),请你通过数据说明A g与浓硝酸反应过程中____(填“有”或“没有”)NO产生。

参考答案：1.(1)①加入足量稀盐酸(或稀硫酸)酸化,固体未完全溶解 ②Fe2+

(2)Fe+2 Fe3+3 Fe2+

②4 Fe2++O2+4 H+4 Fe3++2 H2O加入K S C N溶液后产生白色沉淀

③Na NO3Fe Cl2溶液(或Fe SO4溶液)按图连接好装置,电流表指针发生偏转

(3)ⅰ→ⅱ：A g++Fe2+A g+Fe3+,反应生成的Fe3+使Fe3+增加,红色变深。ⅱ→ⅲ：空气中氧气氧化S C N-,红色变浅

2.(1)2 A g++SO2-4A g2SO4↓

(2)0.050.0112 A D

(3)H+对A g2SO4溶解起作用

(4)①取少量Ca SO4固体于试管中,加入一定量浓HNO3,充分振荡,若沉淀溶解,说明假设一成立。②取少量A g2SO4固体于试管中,加入一定量Na NO3饱和溶液,充分振荡,若沉淀溶解,说明假设二成立

(5)A g2SO4固体在水中存在平衡A g2SO4(s)2 A g+(a q)+SO24-(a q),H+与SO2-4结合生成H SO-4,SO2-4浓度降低,平衡正向移动,A g2SO4不断溶解

3.(1)铁钉表面被钝化(2)①d ②80%

(3)检验SO2是否除尽