对202 2年化学高考全国甲卷27题的探析

付海兰 孙晓春

摘要：从分析学生化学高考全国甲卷27题的答题情况出发，呈现试题并分析试题考查学生的化学学科能力，确定教师在化学实验教学时的方向。连接大学实验学习中冷凝回流、重结晶等知识点的同时尝试通过重现实验找到最佳实验条件，为一线教师提供高中化学实验教学建议。

关键词：化学高考：实验题；重结晶：冷凝回流

文章编号：1008-0546（2023）10-0078-06

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/1 .issn.1008-0546.2023.10.016

2022年高考结束后，化学高考全国甲卷27题的答案成了各微信平台上讨论的热点。为了学生的素养发展，组织高二年级X班65人对2022年化学高考全国甲卷27题进行答题，将学生的答题情况按照认识角度、思路与方法进行归纳整理如表1所示，判断学生对于物质分离提纯实验的知识、技能和素养的发展水平，确定教师化学实验教学的侧重点。对学生的答题情况进行分析，发现学生思维灵活，但答题角度单一、零散，缺乏系统性思维。其中，学生的失分点在于：一是文字表达的逻辑性、规范性和精简性差；二是学生无法运用已有的知识和能力统筹分析陌生实验的原理和装置，不能模拟陌生实验的进行并解决其中可能出现的问题。比如第（2）问第一空关于为什么不用沸石？第（3）问第一空不能长时间加热回流的原因，是学生0分率最高的两个空。究其原因，是教学中没有认真落实课标和教材要求的实验，同时缺少有机实验以及和大学实验的连接，导致学生书面答题成绩不理想。教师应创造条件让学生动手实验获得直接经验，在实验中感受实验是一个系统，关注实验的过程性、发展学生实验操作和实验表述等基本实验素养。[1]

一、原题呈现

（2022年化学高考全国甲卷27题）硫化钠可广泛用于染料、医药行业。工业生产的硫化钠粗品中常含有一定量的煤灰及重金属硫化物等杂质。硫化钠易溶于热乙醇，重金属硫化物难溶于乙醇。实验室中常用95%乙醇重结晶纯化硫化钠粗品。回答下列问题：

（1）工业上常用芒硝（Na2SO4·IOH2O）和煤粉在高温下生产硫化钠，同时生成CO，该反应的化学方程式为____。

（2）溶解回流装置如图1所示，回流前无须加入沸石，其原因是_____。回流时，烧瓶内气雾上升高度不宜超过冷凝管高度的1/3。若气雾上升过高，可采取的措施是______。

（3）回流时间不宜过长，原因是____ 。回流结束后，需进行的操作有①停止加热②关闭冷凝水③移去水浴，正确的顺序为

（填标号）。

A． ①②③ B．③①② C．②①③ D．①③②

（4）该实验热过滤操作时，用锥形瓶而不能用烧杯接收滤液，其原因是_____。过滤除去的杂质为_____。若滤纸上析出大量晶体，则可能的原因是

。

（5）滤液冷却、结晶、过滤，晶体用少量____洗涤，干燥，得到Na2S．xH2O。

二、试题分析

长时间以来，中学化学教师将中学无机实验中特别是气体制备的实验作为中学化学实验教学的核心部分，而缺少有机化学实验的基本操作和动手能力的培养。随着新课标化学学科核心素养的提出，将化学实验考查的落脚点从“生产某种产品的化学原理是什么”和“主要反应物获得产物的系统”转向“如何利用化学原理，解决真实条件下速率和产率的问题”和“实验装置系统与环境的相互作用”。即高考化学实验试题向着“无机、有机实验一家亲”改革，注重考查实验的整体性、过程性、实操性。以大学基础实验、科研成果等真实情境为背景，让学生基于对物质性质的了解，选择原理、装置、操作来进行物质的分离提纯实验，考查学生对实验知识和方法的认知理解、重构和再运用。

命题人从实验原理、实验装置和操作步骤与安全措施来设计问题，以在实验室中利用常见药品制取目标产物的原理为素材，以研究有机化合物的一般方法分离提纯中的“重结晶”作为实验的关键方法创设了一个学生既熟悉又陌生的情境。用常见有机化合物的分离提纯方法精化无机化合物，强调了学生运用化学知识预测和系统思考能力。多了“为什么”“怎么做”的问题，例如试题中出现4处“……的原因是……”的填空，分别从实验准备、实验操作、装置选择、现象分析等不同角度让学生对真实情况下实验室制备硫化钠的过程中处处小而关键问题进行思考。“怎么做”填空有3处分别是“……可采取的措施……”属于开放性问题，可多角度答题；“……需进行的操作的正确顺序……”考查基本的实验操作；“用……洗涤”考查根据物质性质分析选择试剂。具体考查的化学学科能力如表2所示，着重考查学生整合信息、解决问题和实验能力。

总之，物质的分离提纯考查思路如图2所示，考查学生根据物质性质，结合实验装置和环境的分析，从物理和化学的角度剖析操作原理或给出具体操作步骤、原因的综合实验素养。本题考查实验中应急处理、实验安全意识、实验规范操作，强调实验基本素养和高中大学衔接，没有真正做過该实验，很难找到答题的方向。

三、大学实验相关知识分析

重结晶的一般过程是将不纯的固体有机物在溶剂的沸点或接近于沸点的温度下溶解在溶剂中，制成接近饱和的浓溶液，若固体有机化合物的熔点较溶剂沸点低，则应制成在熔点温度以下的饱和溶液。过滤此热溶液以除去其中不溶性杂质；将过滤液冷却，使结晶从饱和溶液中析出。最后，经过过滤、洗涤等操作得出所要晶体。

以王清廉，李瀛，高坤等人修订，兰州大学编的有机化学实验（第三版），[2]本书约有近一半的实验涉及到冷凝回流和重结晶，而重结晶是从复杂的混合物中分离提纯出所需物质的重要手段。基础有机化学实验中关于重结晶的操作、装置、条件、要点如表3所示。

综合以上分析，重结晶是大学物质分离提纯实验中的重要手段，掌握重结晶的实验技能是学生继续学习发展实验素养的基石。教师可以在高中化学实验教学中通过单个的物质制备、分离提纯实验方法为核心展开教学或者借助试题情境组织学生进行实验，以学习实验基本知识和技能为基础，培养学生的化学实验综合素养。为此以试题情境为主，进行了重现实验。

四、重现实验

硫化钠，又称臭碱、臭苏打、硫化碱，是一种无机化合物，化学式为Na2S，外观为无色结晶粉末，易溶于水，不溶于乙醚，微溶于乙醇。[3]露置在空气中时，硫化钠会放出有臭鸡蛋气味、有毒的硫化氢气体。硫化钠在水溶液中容易水解生成氢氧化钠、硫氢化钠和硫化氢。通常加入氢氧化钠可以有效抑制硫化钠的水解。工业酒精的沸点：78.32℃，闪点16℃，燃点390～430℃。1 L 95%的乙醇的中水分的含量是50 mL。

【实验原理】利用重结晶的原理对粗品硫化钠进行精化。

【实验流程】具体实验流程如图3所示。

【实验试剂】Na2S粗品（益德诚化工的60黄片硫化钠含有碳酸钠、水不溶物、低铁硫化钠等杂质）、95%乙醇、活性炭（模拟题目中煤灰）。

【实验仪器】250 mL的圆底烧瓶、200 mm的球形冷凝管、锥形瓶、烧杯、（长、短颈）漏斗、250 mL的抽滤瓶（配套布氏漏斗）、表面皿、玻璃棒、铁架台、水浴锅（巩义予华DF-10IS集热式恒温加热磁力搅拌器，可按照设定的温度维持恒温）。主要实验装置如图4所示。

【实验条件】室温：23.8℃；冷凝水水温：21℃；水浴温度：92～94℃；冷水浴温度：5～10℃。

【实验步骤】在250 mL干燥的圆底烧瓶中加入14.00 g硫化钠粗品、100 mL 95%的乙醇和1.40 g活性炭，充分混合使之混合均匀。烧瓶上竖直安装200 mm的球形冷凝管，再在92～94℃的水浴锅上进行加热20 min，调节热源和冷凝水的流速使烧瓶内保持沸腾而球形冷凝管内平稳地回流，直至圆底烧瓶中的固体不再减少并且无蒸气逸出为止（用醋酸铅试纸在球形冷凝管上端进行检验，可根据试纸颜色由白色变化为黑色的快慢来判断硫化钠的乙醇蒸气挥发的快慢）。保温沉降5 min，趁热过滤，用锥形瓶承接滤液，将滤渣用热的95%乙醇洗涤重复3次丢弃滤渣，并将洗液与滤液一起置于5～10℃冷水浴中30 min冷却结晶（条件允许，可将其置于冰箱中过夜，使硫化钠晶体慢慢析出）。待滤液结晶后进行抽滤，收集固体产物，并用少量冷的95%的乙醇洗涤，继续抽滤将溶剂尽量抽干，将滤渣用滤纸吸干（有条件可以将样品置于干燥器中干燥），并将滤液蒸发减少置于5℃冷水浴中重结晶，产3～5g。实验过程如图5～图7所示。

【实验图片】

本实验约1.5 h。加热溶解：20 min；冷凝回流：25 min；过滤：7～10 min；重结晶：30 min；抽滤：5～7 min；干燥：20 min；总的时间：90 min。

【实验发现】

[1]冷凝回流速度宜慢，否则硫化钠的饱和乙醇蒸汽来不及冷却，从球形冷凝管的上端逸出。在保持其他实验条件一致的条件下，对不同冷凝水的水速对液体蒸气浸润冷凝管高度的影响进行实验。实验结果如表4所示，在水流速度为低速时，液体蒸气浸润超过冷凝管高度的1/3；在水流速度为中速时，液体蒸气浸润约为冷凝管高度的1/3；在水流速度为中速时，液体蒸气浸润始终低于冷凝管高度的1/3。在后续的实验验证中为保证实验效果和节约用水，可将水速控制在中速。

[2]在保持其他实验条件一致的条件下，分别用lOOmL烧杯和100mL锥形瓶进行了热过滤实验。实验结果如表5和表6所示，与烧杯相比锥形瓶在一定程度上可减少乙醇的挥发。已知遇明火或者高热下，乙醇在空气中爆炸极限为3.5%～19.0%的体积浓度。在后续的实验验证中为保证过滤效率和实验安全，须用锥形瓶承接滤液。

[3]当W（Na2S）：W（H20）在78：（45～162）之间就可以形成Na2S．xH20。实验结果如表7所示，由于在实验条件下，Na2S的含量与水的含量均有波动，所以x不确定即形成的是混晶，不易于计算产率。

【注意】

[1]因为此反应稍经冷却就会析出晶体，所以在趁热过滤中必须做到趁热。第一，将漏斗在烘箱中先预热，以及用少量热的溶剂润湿滤纸防止结晶析出而堵塞滤纸孔。第二，过滤的溶液需用电热板边加热保温，边过滤。第三，滤纸上生成的结晶较多，需用刮刀刮回到原来的瓶中，再加适量的溶剂溶解并过滤。第四，盛滤液的容器的一般用锥形瓶，漏斗上可盖上表面皿（凹面向下），减少溶剂挥发。第五，乙醇为易燃液体，应严禁使用明火。

[2]在干燥时，要注意到硫化钠晶体在空气中容易潮解，生成的带结晶水的硫化钠的熔点为较低，一定温度下容易结块，采取用滤纸吸干的干燥方式为佳。

五、对中学化学实验教学的启示

1．挖掘教材中传递的思想方法

教材是教师教学和学生学习的主要素材，同时教材中的知识、方法和思想也是高考考查的要点。比如本次考题就考查学生能否根据实验目的，运用化学知识与技能，按照一定的实验方法，对实验的原理、试剂、仪器和装置、步骤和方法进行规划和统筹，并能提高解决过程中遇到的问题的能力。其中考查的方法和思想就源于人教版高中化学必修二、第一章硫及其化合物中的栏目“方法导引——化学实验设计”和栏目“化学与职业——化学工程师”。因此，在教学中要关注教材栏目中传递的思想和方法。虽然学生高中阶段所学的知识和能力是阶段性的，但思想和方法在学生的生涯当中是一贯的。遂教师应该充分挖掘教材中的方法和思想，在教学中不仅应该渗透思想方法，还应该创造机会给学生实践，发展学生的化学学科核心素，为学生未来升学或工作作准备。

2．有的放矢地开展实验教学

在真实的实验教学中，教师可以创造性地使用教材中的实验素材。在利用重结晶法提纯苯甲酸的实验中，除了开展用水作为溶剂进行重结晶实验以外，教师可以适当拓展采用不同溶剂进行重结晶实验。比如以乙醇作为溶剂时，增加冷凝回流装置进行苯甲酸重结晶的实验。再比如，乙酸乙酯的制备与性质是学生的必做实验，同时也是高中阶段关键的、能够亲自动手做的有机合成实验。为了学生未来的发展，在教学时，可以在课本示例的装置基础上进行拓展设计形成新的制备装置（如图8所示）进行乙酸异戊酯的制备实验。[4]

另夕，教师应该意识到学生以后面对的是真实的世界、切实的工作，学生始终需要从“书本上的化学知识”到“实验室的研发制备”再落实到“工业生产的产品”。因此教师除了开展学生的必做实验，还可以通过观察日常生活、走访真实的工业生产、学习新的科研成果，选取符合学生兴趣和需要动手的实验素材，有的放矢地开展实验教学。比如“从茶叶中提取咖啡因”“柠檬精油的提取”等。总而言之，教师可以合理安排一些实验任务，让学生在实验课内或课外自己动起手来，让学生在实验过程中切实、全面地发展自身的化学素养，为可持续的学习生涯提供扎实的素养基础。

参考文献

[1] 单旭峰．基于高考评价体系的化学科考试内容改革实施路径[J]．中国考试，2019（12）：45-52．

[2] 王清廉，李瀛，高坤，等修订，兰州大学编，有机化学实验（第三版）．[Ml.北京：高等教育出版社，2010：70-76．

[3] https：//baike.baidu.com/item／%E7%Al% AB% E5% 8C%96%E9%092%A0/1723489

[4] 曾潔萍，李金燕，许旋，罗一帆．建模教学在发展高阶思维中的研究——以“乙酸乙酯的制备”复习为例[J]．中学化学教学参考，2022（07）：45-46.