高中化学中几个值得“商榷”的实验问题

李虎山

江苏省南京市第九中学(210018)

高中化学中有些知识点在形成之初，由于种种原因被人为限制了认识范围并被一直“流传、沿用”，而从严密科学的角度看实际上是很不恰当的。化学作为一门自然科学，在教学过程或在高考复习过程中，必须给学生清晰的是非表达，以培养学生科学的思维习惯和认识问题解决问题的能力。现就高中化学中存在问题的几则典型例题分析如下。

1 平衡气压、减小误差

化学中要平衡压力使液体能自由流淌的例子并不少见，且有些实验仪器的设计也早已做到了这一点，如恒压漏斗。但实验中有时仍需用类似的原理来搭建装置，这些装置不仅仅能“平衡气压”，而且还有“减少误差”的作用。

例题：实验室欲测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的质量分数w(Na2CO3)，称取此混合物5.0 g，溶于水中，配成250 mL溶液。实验装置如图1所示。

方案一：沉淀法(略)

方案二：量气法。如图1所示连接实验装置，量取10 mL配制好的溶液与足量稀硫酸反应。测定生成气体在通常状况(约20 ℃、1.01×105Pa)的体积，由此计算混合物中碳酸钠的质量分数。

图1 实验装

(1)装置中导管a的作用是________________________。

(2)若撤去导管a，使测得气体体积________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。

(1)量取25 mL配制好的溶液，应选择______仪器来完成。

(2)判断滴定终点的依据是________________________。

(3)此法测得w(Na2CO3)=________。

原试卷给出的参考答案(节选所需部分)如下。方案二：(1)平衡气压，使液体顺利流下；(2)偏大。方案三：(1)碱式滴定管(或移液管)；(2)由红色突变为无色，且30s内不恢复；(3)84.8%。

目前流行于各试卷或参考资料中“关于装置中导管a的作用是什么”的答案几乎全是：平衡气压，使液体顺利流下。

作为一道定量实验题，各数据测量应该尽量减小误差，使其结果越准越好，这是定量实验的基本原则。作为量气装置在测量产生的气体体积时，应该测定的数据至少包括温度、压强两大因素，以方便校正到标准状况。本题暂且不论其他方法，只谈“气体测定法”。借助方案三的数据处理得知，5 g混合物中w(Na2CO3)=84.8%，为4.24 g，即0.04 mol。NaHCO3约为0.009 mol，若取10 mL，则其中所含“Na2CO3、NaHCO3”为(10/25)×0.044 5=1.78 mol，完全放出的气体为39.87 mL。若此时所用稀硫酸浓度为1 mol/L，则所用硫酸至少为1.78 mL，占产生的气体总体积的4.46%。不加校准时计算结果为正确结果的95.54%，应该是不容忽略的误差。况且题中仍有第(2)问关注到此问题，因而关于装置中导管a的作用的答案，特别建议答成如下两点：①平衡分液漏斗与锥形瓶内的气压，使液体顺利流下；②减少因稀硫酸溶液的体积而引起的CO2的体积差，使实验结果更加准确。

类似的原理在很多题目中都有运用(限于篇幅不再一一列举)，所以正确理解“导管a”的作用，准确答题显得尤为重要。

2 逆流而行、充分冷却

在百度互动百科中，逆流原理是这样被定义的：在化工生产中，相互作用的物料，往往采用逆流的方法。例如在硫酸制备中，用浓硫酸吸收SO3气体时，液体和气体的流向相反(逆流)，98.3%的浓硫酸由上淋下，气体由下往上，这样操作气体吸收更充分。 在热交换中，冷的和热的气体(或液体)，都是采用逆流的方法进行热量的交换，这样可以得到较高的热量(或物质)传递效率。

例题：实验室从含碘废液(除H2O外，含有CCl4、I2、I-等)中回收碘，回收过程如图2所示。

图2 回收过

氧化时，在三颈瓶中将含I-的水溶液用盐酸调至pH约为2，缓慢通入Cl2，在40 ℃左右条件下反应(实验装置如图3所示)。实验控制在较低温度下进行的原因是________；锥形瓶里盛放的溶液为________。

图3 反应装置

例题：实验室以苯甲醛为原料制备间溴苯甲醛(实验装置如图4所示，相关物质的沸点见附表)。其实验步骤如下。

图4 实验装置图

步骤1：将三颈瓶中加入一定配比的无水AlCl3、1，2-二氯乙烷和苯甲醛，充分混合后，升温至60 ℃。缓慢滴加经浓硫酸干燥过的液溴，保温反应一段时间后静置冷却。

步骤2：将反应混合物缓慢加入一定量的稀盐酸中，搅拌、静置、分液。有机相用10% NaHCO3溶液洗涤。

步骤3：向洗涤后的有机相中加入适量无水MgSO4固体，放置一段时间后过滤。

步骤4：减压蒸馏有机相，收集相应馏分。

实验装置中冷凝管的主要作用是________，锥形瓶中的溶液应为________。

笔者曾请教过高校教师，也与其他化学教师讨论过“冷凝管使用时是否必须采取逆流方式”，但都没有得到理想且有说服力的答案。笔者认为，起初设计冷却水水流的方向为“低进高出”或是源于蒸馏操作时横放冷凝管，使水流从低处进，高处出，符合气流与冷却水流逆流的原理，使冷却更充分。从此多数人认为，只要使用水冷凝管，水就应该从低端口进从高端口出。并且事实上，竖放冷凝管仍然下进上出，也确实容易让水充满整个冷凝管。基于此，所以连高考题型都采用此法通水冷凝。但科学的方法应该是以充分冷却即以“逆流”为原则，即便操作欠方便，但也应该以科学原则依据。

以“逆流”为原则的具体做法是：将冷凝管竖放，水从高端口进低端口出，但开始组装实验装置前先将进水口低放，出水口抬高，如图5 (a)所示。待冷凝管中充满水后再将其组装到到整套装置上，水流如同低进高出。另外，也可按照如图5(b)所示的做法，先在冷凝管中充满水后，将下端出水的橡皮管用止水夹夹紧，组装完成后，通水时再移除止水夹)。实验表明，按照逆流原理来组装仪器是完全可行的。所以在教学过程中，如何向学生说明并解决冷凝管水流方向这一问题上，我们一线教师及教材编写的专家们应该给学生一个科学合理的解释。

图5 冷凝逆流操作

3 价态归中、混淆来源

加碘盐中KIO3的检验常在多种题型中出现。有的设计成氧化还原计算；有的设计成实验操作；有的以物质检验的方式来考查。但必须要弄清楚的问题是，让淀粉溶液变蓝的碘单质必须完全来自于食盐中的KIO3，才更具说服力。

例题：某校开展课外研究性学习活动，第一小组对市场上的碘盐进行了研究。在加碘盐里，碘以KIO3形式存在，怎样检验碘盐中含有碘？可供选择的试剂有：稀硝酸、稀盐酸、KCl、KI淀粉溶液、石蕊试液。

综上所述，有很多的氧化剂能氧化KI生成I2，进而使淀粉溶液变蓝，所以选择用KI与加碘盐反应来证明加碘盐中存在KIO3是不恰当的，严格来说是不正确的。