新高考化学实验命题方向初探

文章编号:1005-6629(2010)01-0064-04 中图分类号:G424.74 文献标识码:B

2009 年高考有更多省份自主命题,高考化学卷型主要有理综卷(如浙江、福建、宁夏等省)和单科高考卷(如海南、江苏、广东等省)。新高考化学实验的命题方向如何?纵观2009 年这些省市新高考化学卷,可以归纳如下四大命题方向。

1考查新教材中的新增实验

例1(2009福建理综卷25题)某研究性学习小组借助A-D的仪器装置(图1)完成有关实验。

[实验二]为了探究镀锌薄铁板上的锌的质量分数w(Zn)和镀层厚度,已知锌易溶于碱:Zn+NaOH

=Na2ZnO2+H2据此,截取面积为S的双面镀锌薄铁板试样,剪碎、称得质量为m1 g。用固体烧碱和水作试剂,拟出下列实验方案并进行相关实验。

方案甲:通过测量试样与碱反应生成的氢气体积来实现探究目标。

(2)选用B和________(填仪器标号)两个装置进行实验。

(3)测得充分反应后生成氢气的体积为VL(标准状况),w(Zn) =_______。

(4)计算镀层厚度,还需要检索的一个物理量是__________。

(5)若装置B中的恒压分液漏斗改为普通分液漏斗,测量结果将______(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。

方案乙:通过称量试样与碱反应前后的质量实现探究目标。选用仪器C做实验,试样经充分反应,滤出不溶物、洗涤、烘干,称得其质量为m2 g。

(6)w(Zn)=___________。

方案丙:通过称量试样与碱反应前后仪器、试样和试剂的总质量(其差值即为H2的质量)实现探究目标。实验同样使用仪器C。

(7)从实验误差角度分析,方案丙_____方案乙(填“优于”、“劣于”或“等同于”)。

[分析]本题直接取材于苏教版教材《实验化学》专题6“物质的定量分析”课题2―“镀锌铁皮锌镀层厚度的测定”,亲历实验的具体操作过程是解答问题的关键。

(2)测量氢气体积包括发生、收集和测量装置,D是测气装置,答案:D

(3)据Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2知, n(Zn)=V/22.4 mol, 锌的质量分数为65 V/22.4 m1。

(4)依题意知,m1-m2=m(Zn)=d V= d(2 Sh),d是锌的密度,S是镀锌薄铁的表面积,h是锌层厚度,显然m1、m2可称得、S可用尺子测量,再知道锌的密度即可求h。答案:锌的密度。

(5)恒压式分液漏斗产生的气体有部分残留在分液漏斗上方,所以用普通漏斗收集的H2体积更多些,计算Zn的量偏大。答案:偏大

(6)m1-m2是锌的质量数值,答案:(m1-m2)/m1

(7)本实验是用电子天平(精确度是0.001或0.0001 g)称量固体质量,方案乙两次称量差值是m(Zn),方案丙两次称量差值是m(H2), 因镀锌厚度很薄(测出厚度的数量级约是10-4厘米),产生的H2质量非常小,故计算偏差大。答案:劣于。

[点评]人教版、苏教版、鲁科版三种新教材和旧人教版教材相比,都新增加了大量实验内容。以新教材课本的新增实验内容为高考命题素材,能充分体现公平、公正以及新教材的特色,预测这一命题趋势将延续下去。

2考查仪器组装的传统实验

例2 (2009宁夏理综卷26题)碱式碳酸铜可表示为:xCuCO3・yCu(OH)2・zH2O, 测定碱式碳酸铜组成的方法有多种。

(1)现采用氢气还原法,请回答如下问题:

①写出 xCuCO3・yCu(OH)2・zH2O 与氢气反应的化学方程式_____________;

②试验装置(图2)用下列所有仪器连接而成, 按氢气流方向的连接顺序是(填入仪器接口字母编号):(a)( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )(l)

③称取23.9 g某碱式碳酸铜样品,充分反应后得到12.7 g残留物,生成4.4 g二氧化碳和7.2 g水。该样品的结晶水质量为____g,化学式为______;

(2)某同学以氮气代替氢气,并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成,你认为是否可行?请说明理由_______________。

[分析]人教版、苏教版、鲁科版教材都介绍了铜的化合物质碱式碳酸铜,本题以此知识点为背景,考查实验仪器的组装顺序(制取装置除杂装置发生装置收集装置尾气处理装置其它装置),属于传统实验的设问方式。

(1)碱式碳酸铜与氢气反应可理解: CuCO3和Cu(OH)2受热分解的产物CuO再与氢气反应, 第①问可以解决。对于②要测定反应的CO2和H2O质量,仪器连接顺序:制取氢气除氯化氢除水蒸气氢气与碱式碳酸铜反应吸收水吸收二氧化碳防外界空气干扰。③容易计算。

(2)据①方程式xCuCO3・yCu(OH)2・zH2O=(x+y)CuO+xCO2+(y+z)H2O分析可知,依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量(或其中任意三个量),即可计算出其组成。

答案(1)①xCuCO3・yCu(OH)2・zH2O+(x+y)H2=(x+y)Cu+xCO2+(x+2y+z)H2O

②ak,jgf(hi)de(ed)hi(gf)bc(cb)l

③1.8; CuCO3・Cu(OH) 2・H2O

(2)可行根据反应xCuCO3・yCu(OH) 2・zH2O=(x+y)CuO+xCO2+(y+z)H2O, 依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量(或其中任意三个量),即可计算其组成。

[点评]仪器组装问题,曾是九十年代很流行的一类实验题型(2007 年全国I卷和2008 年海南卷也出现过),经典高考题型的轮回出现也是高考命题的“潜规律”(如近两年被冷遇的无机框图推断题在今年高考卷中又大量出现了)。所以传统的实验命题形式、经典的实验考点(如仪器的使用、物质的保存、分离、除杂等)将依然是新高考实验命题的热点。

3考查工艺流程中的实验问题

例3(2009江苏高考化学卷15题)医用氯化钙可用于生产补钙、抗过敏和消炎等药物。以工业碳酸钙(含有少量Na+、Al3+、Fe3+等杂质)生产医药级二水合氯化钙(CaCl2・2H2O的质量分数为97.0 %~103.0 %)的主要流程如下(图3):

(1)除杂操作是加入氢氧化钙,调节溶液的pH为8.0~8.5,以除去溶液中的少量Al3+、Fe3+。检验Fe(OH)3是否沉淀完全的试验操作是_______。

(2)酸化操作是加入盐酸,调节溶液的pH约为4.0, 目的有: ①将溶液中的少量Ca(OH)2转化为CaCl2; ②防止Ca2+在蒸发时水解;③________。

(3)测定样品中Cl-含量的方法是:a.称取0.7500 g样品,溶解,在250 mL容量瓶中定容;b.量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中;c.用0.05000 mol・L-1 AgNO3溶液滴定至终点,消耗AgNO3溶液体积的平均值为20.39 mL。

①上述测定过程中需要溶液润洗的仪器有__________________。

②计算上述样品中CaCl2・2H2O的质量分数为__________________。

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③若用上述办法测定的样品中CaCl2・2H2O的质量分数偏高(测定过程中产生的误差可忽略),其可能原因有_________;_________。

[分析]本题以工业生产医药级二水合氯化钙的流程为背景,考查离子检验、实验基本操作、仪器的选择、误差分析等实验问题。

(1)检验Fe3+是否存在,选用KSCN溶液,答案:取少量上层清液,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe(OH)3 沉淀完全。

(2)加盐酸的作用很难答对,换角度思考:为将Al3+、 Fe3+全部沉淀, 需加入过量的Ca(OH)2,所以不难理解盐酸作用①、②(见题目);又因溶液呈碱性,还会吸收空气中的CO2生成碳酸钙致使产品二水合氯化钙的质量分数偏低。提示:苏教版《实验化学》介绍了氢氧化钠溶液作标准溶液需要重新标定,也是因为部分氢氧化钠吸收空气中CO2而变得不纯,学生可将此知识点迁移过来回答本问。答案:③防止溶液吸收空气中CO2。

(3)①标准液硝酸银溶液显酸性,故用酸式滴定管,使用前应先用硝酸银溶液润洗。

②根据到达滴定终点生成n(AgCl)=n(AgNO3)这一关系,由消耗硝酸银的物质的量,求出生成AgCl的物质的量,再据n(AgCl)=2n(CaCl2・2H2O)可以算出实际上的CaCl2・2H2O的物质的量,再求出质量,最后求得样品中CaCl2・2H2O的质量分数。注意是从250 mol中取25 mL。答案:99.9 %。

③样品中若存在少量的NaCl,据 n(AgCl)=0.5n(CaCl2 ・2H2O),知CaCl2・2H2O的物质的量增大;若CaCl2・2H2O失水导致分母变小,值也偏大。答案:样品中存在少量NaCl、少量CaCl2・2H2O失水。

[点评]工艺流程题是新高考出现的一类热门新题,“素材来源广、题型组合活、能力考查全”是本题型的特点。分析工艺流程型化学实验问题,要求学生将实验技能与具体工艺流程结合起来,进行假设推理、分析归纳结合起来,才能准确解题。工艺流程题为考查化学实验提供了广阔的情景空间,能考查学生综合实验能力,推测它将是新高考实验命题的重要方向。

4考查实验设计与探究

例4(2009广东高考化学卷21题) 三草酸合铁酸钾晶体K3[Fe(C2O4 )3]・3H2O可用于摄影和蓝色印刷。某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解,对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。

限选试剂:浓硫酸、1.0 mol・L-1 HNO3、1.0 mol・L-1 盐酸、1.0 mol・L-1 NaOH、3 % H2O2、0.1mol・L-1 KI、0.1 mol・L-1 CuSO4、20 % KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。

(1)将气体产物依次通过澄清石灰水(A)、浓硫酸、灼热氧化铜(B)、澄清石灰水(C),观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊,B中有红色固体生成,则气体产物是_______。

(2)该小组同学查阅资料后推知,固体产物中,铁元素不可能以三价形式存在,而盐只有K2CO3。验证固体产物中钾元素存在的方法是 _________,现象是____________。

(3)固体产物中铁元素存在形式的探究。

①提出合理假设

假设1:_________;假设2:_________;假设3:_________。

②设计实验方案证明你的假设。

③实验过程

根据②中方案进行实验。在答题卡上按下表(表1)的格式写出实验步骤、预期现象与结论。

[分析]本题以三草酸合铁酸钾晶体K3[Fe(C2O4 )3] ・3H2O热分解产物为探究对象,考查学生两个层次的实验设计和探究水平。一是根据实验现象判断产物和检验产物,二是要自主设计实验探究未知物的组成,本问难度大。

新教材介绍了很多物质的受热分解(如草酸、硝酸盐等),综合题目信息,判断三草酸合铁酸钾晶体受热分解: K3[Fe(C2O4)3] ・ 3H2OK2CO3+CO +CO2+含铁的物质+H2O,因有还原性气体CO存在,高价氧化态的三价铁不可能存在(联想CO高温下可还原Fe2O3),故含铁的物质为单质铁或FeO,另据题目“给定试剂”的启示,也可大致判断固体物的组成。

(1)将产生的气体产物依次通过澄清石灰水,石灰水变混浊,说明产生的气体中含有CO2,然后再通过灼热氧化铜、澄清石灰水,观察到有红色固体生成,澄清石灰水都变浑浊,气体中含有CO。答案:CO2和CO。

(2)碱金属元素的检验一般采用焰色反应,答案:利用焰色反应,透过蓝色钴玻璃,观察到紫色的火焰。

(3)依据信息:固体产物中,铁元素不可能以三价形式存在,而盐只有K2CO3,可推测铁元素只能以亚铁及铁单质存在。注意:要根据限定试剂设计实验,探究Fe、FeO的存在。答案:①全部为铁单质,全部为FeO,同时存在铁单质和FeO;③见表2。

[点评]实验设计与探究题能考查学生对元素化合物性质的掌握,能考查学生运用知识设计实验方案的综合实验能力,还能考查学生的思维能力和语言表达能力,是体现新课程理念的最佳题型,故它应是代表新高考实验命题的主流方向。

以新教材新增实验问题为点,以工艺流程中的实验问题为线,或设计传统实验的问题模式,或设计新型实验的探究方式,其宗旨都是为了承载新课程理念,加强和改革中学化学实验教学,培养学生的创新精神和实践能力。这就是2009新高考给予我们的启示,藉此希望对新高考背景下的化学实验教学和备考有所裨益。

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