解决化学实验大问题的思考
实验题有两个方向,一个是材料准备题,一个是实验推理题。
材料准备的问题比较简单,是全国卷和大部分自主命题区的出题方式。以2019年一个题目为全国卷1的实验为例:
本课题是关于醋酸亚铬酸盐的制备。考点包括操作目的、实验仪器、反应方程式、实验操作、实验评价等。题目背后有三个思考方向需要我们关注。
第一个是防止氧化。在这个题目中,就是防止二价铬氧化,这也是很多题目的方向。原型来自氢氧化亚铁的制备,采用的方法有有机覆盖法、还原性气体或惰性气体保护法和电解法。本课题是关于还原性气体保护法,利用过量的锌与盐酸反应生成的氢气排出空气,起到抗氧化的作用。
二是利用气压推动液体流动。这在几年的国考中反复使用。本题目是利用生成的过剩氢气增加锥形瓶C中的压力,使生成的二价铬进入D,与D中的乙酸钠反应..17全国卷1中的题目是通过冷却降低压力,促进液体流动。
第三是物质的分离。实验中常用固液分离法。有两种方式,一种是沉淀,一种是结晶。沉淀溶解平衡原理主要用于产生沉淀。可以加入沉淀离子,如CO3-沉淀Ba2+,也可以调节pH,如Fe2+和Fe3+的分离。结晶的方法主要有两种:冷却结晶和蒸发结晶。冷却结晶针对的是溶解度随温度变化较大的物质,也有容易分解有结晶水的物质。蒸发结晶针对的是溶解度随温度变化不大的物质。
抓住这三点就解决问题了。
另外,还有一个实验推理问题。北京卷每年肯定有一个这种类型的题目。这类问题比较难,会突破我们原有的认知。学生应该做出合理的猜测和假设。这些假设从来没有在课堂上提过,考验的是学生的能力。以北京卷2017为例:
本题目是探究Ag+的氧化,主要考点是离子检验、反应方程式、实验设计、实验预测、实验推理、实验结论。我们可以看到,这包括了一个探究实验的全过程——假设、实验、结论。这类问题也有三个方向是我们需要重点关注的。
第一个是实验预测,大胆合理。它敢于对抗我们现有的知识。基于已有知识,又超越已有知识。比如本题中的Fe2+不被HNO3氧化。我们在课堂上教给学生的知识是硝酸是氧化的,但这个题目不是。其实HNO3的氧化与浓度有关,稀HNO3的氧化不强烈。但我们不能随机预测。我们应该根据现有溶液中的离子和已知现象进行预测。问题是溶液中有Fe2+、Fe3+、Ag+、NO3-和H+,很可能是Ag+而不是NO3-和H+起氧化作用。
第二种是控制变量法。探究实验是为了找到根本原因,这就需要控制变量法和对比实验。这是科学的理念。为了直观,我们需要画一张表,对原始的对比实验进行处理。第一栏填变量,第二栏填实验现象,第三栏填基于现象的结论,可以轻松解决对比实验。
三是设计实验。这类问题往往需要深入探讨。让我们设计实验。常用的是根据题意和推断,再次改变单个变量,得到我们预测的实验现象。二是利用原电池设计实验。就是这个模式,成功地把一个氧化还原反应变成了两个不可触及的部分,排除了NO3-和H+的干扰,是一个很奇妙的设计方法,引入了原电池,这也可能成为设计实验的一个重要方向。
以上是解决化学实验题的思路,把握背后的思维过程,具体问题具体分析。