关注高考题中有关“反应物的量”的问题
2018-10-30吴建方
摘 要：反应物的量影响着化学反应的程度和生成物的纯度。高考化学的实验设计、工艺流程题的题干以及问题设置中往往与反应物的量联系。因此，在高考化学复习教学中，要强化控制“反应物的量”的意识，体现化学的真实性、实用性。
关键词：反应物的量；实验设计；工艺流程
“反应物的量”不单是化学计算涉及的问题，化学实验和化工生产中物质的制备过程也会涉及反应物的量。因此，在高考化学的实验、工艺流程题中的化学反应过程往往与反应物的量联系，当然在解题过程中必须考虑反应物的量。笔者分析了近年高考化学试题，对高考实验设计、工艺流程题中有关反应物的量问题分类归纳如下：
一、 实验设计中“反应物的量”问题
高考中的实验设计一般通过创设真实的实验情境，涉及物质的分离、提纯、检验、制备等基本实验原理和操作，实验过程中需要添加试剂（反应物），试剂需要选择，加入试剂的量是隐性的，需要考生根据题意来确定，而加入试剂的量控制反应程度又是实验成败的关键。采取什么手段或通过什么现象来判断反应的进程？下面通过具体事例的分析加以说明。
例1 （2016·江苏·19节选）实验室以一种工业废渣（主要成分为MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物）为原料制备MgCO3·3H2O。实验过程如下：
酸溶过程中Mg2SiO4转化为Mg2+（aq）和H2SiO3（s）
请补充完整由萃取后得到的水溶液制备MgCO3·3H2O的实验方案：边搅拌边向溶液中滴加氨水， ，过滤、用水洗涤固体2～3次，在50℃下干燥，得到MgCO3·3H2O。
[已知该溶液中pH=8.5时Mg（OH）2开始沉淀；pH=5.0时Al（OH）3沉淀完全]。
[解析]根据题给信息分析，判断萃取后的水溶液中含有Mg2+、Al3+，通过加氨水除去Al3+，要获得MgCO3·3H2O，需要引入CO2-3，一般选择Na2CO3溶液。加氨水时，使Al3+完全沉淀而Mg2+不沉淀，加Na2CO3溶液时，Mg2+完全沉淀为MgCO3，这里必须考虑氨水和Na2CO3溶液的用量问题以及判断两种离子完全沉淀的依据。根据题给信息，滴加氨水，控制5.0 在实验设计时，要根据反应的特征，通常对以下几种情况的判断，从而确定加入试剂（反应物）的量来有效控制反应程度，从而完善实验方案。 1. 若反应生成气体，则可以通过观察有无气泡产生判断反应是否完全。 2. 若反应生成沉淀，当沉淀为氢氧化物时，可依据开始沉淀、完全沉淀的pH，控制加入反应物的量；使其他沉淀时，一般需要检验溶液中是否还含有待沉淀的离子。 3. 若反应物为难溶于水的固体时，可以根据固体是否消失或剩余判断反应的程度。 二、 工艺流程中的“反应物的量”问题 工业生产中，为了提高某些原料的利用率，加入的许多物质是过量的。高考工艺流程题中的反应物的量一般是显性的条件，但也有一些是隐性的，如为了使某些物质充分发生反应加入的试剂往往是过量的，这需要考生仔细审题，而考生在解题过程中很容易忽视这些细节，从而造成失误。 例2 （2011·江苏·16节选）以硫铁矿（主要成分为FeS2）为原料制备氯化铁晶体（FeCl3·6H2O）的工艺流程如下： （1）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是 、 。 （2）该过程产生的尾气可用碱溶液吸收，尾气中污染空气的气体为 （写化学式）。 [解析]酸溶过程是盐酸与硫铁矿（FeS2）焙烧后的产物铁的氧化物发生反应，盐酸过量是为了使铁的氧化物充分反应，即提高铁元素的浸出率。而对于后续过程需保持盐酸过量，则要对酸溶得到的溶液成分进行分析。溶液中主要有氯化铁和氯化亚铁，后续过程包括氧化、结晶，氧化过程与盐酸无关，而从溶液中得到氯化铁晶体采用（加热）蒸发浓缩、冷却结晶的方法，加热会促进Fe3+水解，因此盐酸的作用是抑制Fe3+水解。对于该过程产生的尾气成分，应该是气体和挥发性物质，其中有氧化Fe2+时通入的过量的氯气，还有过量盐酸挥发出来的HCl气体。 结合工艺流程题中涉及的问题，以下情况需要考虑反应物的量的多少对工艺流程各阶段产生的影响。 1. 判断后续反应的反应物。特别是在酸溶、碱溶过程中，为了提高原料的浸出率，所用的酸、碱一般都是过量的，则有可能作为反应物参与后续反应或对后续的反应产生影响，如过量的酸、碱能促进或抑制盐类的水解。 2. 判断滤渣或尾气的成分。反应物过量，不参与后面的反应，若为难溶于水的物质则成为滤渣；若为挥发性物质，则成为尾气。 综上所述，反应物的量影响着反应的程度和生成物的纯度。因此，无论是实验室还是工业生产涉及的化学反应，都要根据实际需要，科学、合理的控制反应物的量。在中学化学教学中，可以通过实验设计、工艺流程问题解决的教学，强化控制“反应物的量”的意识，凸显化学学科的真实性，培养学生严谨的科学态度，提高学生的化学学科素养。 参考文献： [1]2016年高考（江苏卷）试题分析[M].南京：东南大学出版社，2016. [2]2018年江苏省普通高中学业水平测试（选修科目）说明[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2018. 作者简介： 吴建方，江苏省太仓市，江苏省太仓市教师发展中心。
