北京 李宏華

理在教材中，題在教材外
——高考實(shí)驗(yàn)命題素材來(lái)源分析

北京 李宏華

近幾年高考試題內(nèi)容多源于教材中的演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)及課后實(shí)驗(yàn)習(xí)題，但考題并不是簡(jiǎn)單的重復(fù)，而是通過(guò)對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)操作等進(jìn)行深度挖掘，以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置和方法，變換問(wèn)題的角度，結(jié)合題目提供的新信息進(jìn)行命題，其改進(jìn)和創(chuàng)新一般從以下四個(gè)角度進(jìn)行：（1）教材實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)新使用。（2）教材中混合物分離方法的創(chuàng)新應(yīng)用。（3）教材氣體制備實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)。（4）教材實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)題目源于教材中的基本探究過(guò)程，但題目又高于教材。這類題目一般入手容易，但深入回答仍有一定的難度，每年的考題都有創(chuàng)新點(diǎn)。因此，高考實(shí)驗(yàn)命題的一貫原則是“理在教材中，題在教材外”。

一、教材實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)新使用

一般來(lái)說(shuō)，每種化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器都有其相對(duì)固定的用途和使用方法，但儀器的創(chuàng)新類試題往往會(huì)打破常規(guī)，使化學(xué)儀器具有新的功能；實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)新使用一般體現(xiàn)為三個(gè)“一”：一個(gè)裝置多種用途，一種用途的各種裝置和一種儀器的多種用法。命題者選擇不同組裝方式，可得到不同的創(chuàng)新類試題，答題時(shí)只要弄清實(shí)驗(yàn)原理，明確某些不同裝置可以起到相同的作用，創(chuàng)新也會(huì)變得簡(jiǎn)單。如啟普發(fā)生器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)：

____常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置____________改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置

【例1】（2016四川）CuCl廣泛應(yīng)用于化工和印染等行業(yè)。某研究性學(xué)習(xí)小組擬熱分解CuCl2·2H2O制備CuCl，并進(jìn)行相關(guān)探究。

【實(shí)驗(yàn)探究】該小組用下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（夾持儀器略）。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）儀器X的名稱是_____________。

（2）實(shí)驗(yàn)操作的先后順序是a→________→c（填操作的編號(hào)）

a．檢查裝置的氣密性后加入藥品

b．熄滅酒精燈，冷卻

c．在“氣體入口”處干燥HCl

d．點(diǎn)燃酒精燈，加熱

e．停止通入HCl，然后通入N2

（3）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，觀察到B中物質(zhì)由白色變?yōu)樗{(lán)色，C 中試紙的顏色變化是________。

（4）裝置D中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的離子方程式是_________________。

（5）反應(yīng)結(jié)束后，取出CuCl產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中含有少量的CuCl2或CuO雜質(zhì)，根據(jù)資料信息分析：

①若雜質(zhì)是CuCl2，則產(chǎn)生的原因是_______________。

②若雜質(zhì)是CuO，則產(chǎn)生的原因是_________________。

【解析】（1）略。（2）加熱CuCl2·2H2O制備CuCl，為防止生成的CuCl被空氣中的氧氣氧化和Cu＋水解，必須要先通入干燥的HCl氣體趕走裝置中的空氣再加熱，且要在HCl氣流中加熱制備，反應(yīng)結(jié)束后先熄滅酒精燈，繼續(xù)通入氮?dú)庵敝裂b置冷卻。（3）B中有白色變?yōu)樗{(lán)色，說(shuō)明有水生成，產(chǎn)物中還有Cl2，所以C中石蕊試紙先逐漸變?yōu)榧t色，后褪色。（4）D中是Cl2和NaOH反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水。（5）①根據(jù)題給信息知若雜質(zhì)是CuCl2，說(shuō)明CuCl2沒(méi)有反應(yīng)完全，原因?yàn)榧訜釙r(shí)間不足或溫度偏低；②若雜質(zhì)是氧化銅，說(shuō)明CuCl2水解生成Cu2（OH）2Cl2，進(jìn)一步分解生成CuO，原因是通入HCl的量不足。

【答案】（1）干燥管 （2）c d b （3）先變紅，后褪色（5）①加熱時(shí)間不足或溫度偏低 ②通入HCl的量不足

【源于教材】初中化學(xué)教材中介紹過(guò)漏斗，人教版必修1過(guò)濾裝置中也使用到漏斗。但學(xué)生認(rèn)識(shí)的漏斗僅是傳統(tǒng)意義上的使用方法。蘇教版必修1制備氯氣的實(shí)驗(yàn)裝置中介紹了多余Cl2的吸收方法及裝置。

【高于教材】極易溶于水的氣體（如HCl、HBr、HI、NH3等）凡與水溶液接觸都要設(shè)置防倒吸的裝置，除本題中用倒扣的漏斗防止倒吸外，還可以用下列裝置代替。

二、教材中混合物分離方法的創(chuàng)新使用

教材中物質(zhì)分離提純的物理方法有：過(guò)濾、蒸發(fā)、結(jié)晶、蒸餾、萃取、分液、溶解、升華等?；瘜W(xué)方法有：洗氣法、加熱分解法、生成沉淀法、生成氣體法、轉(zhuǎn)化法、氧化還原法等。使用這些方法時(shí)，先要搞清物質(zhì)分離與提純方法的原理，依據(jù)混合物中各組分的性質(zhì)（如溶解性、熔沸點(diǎn)的高低、熱穩(wěn)定等）。確定分離提純的方法，然后依據(jù)方法選擇裝置和操作，特別注意裝置中典型儀器的用途和使用，如過(guò)濾中玻璃棒的作用，蒸餾時(shí)，溫度計(jì)水銀球的位置等。在應(yīng)用化學(xué)方法分離和提純混合物時(shí)，往往會(huì)與物理方法相結(jié)合，如用化學(xué)方法除雜中產(chǎn)生的沉淀，可通過(guò)物理方法“過(guò)濾”除去；因此，在對(duì)物質(zhì)分離與提純時(shí)往往是將物理方法和化學(xué)方法結(jié)合起來(lái)使用。

【例2】（2016海南）某廢催化劑含58．2%的SiO2、21．0%的ZnO、4．5%的ZnS和12．8%的CuS。某同學(xué)用15．0g該廢催化劑為原料，回收其中的鋅和銅。采用的實(shí)驗(yàn)方案如下：

回答下列問(wèn)題：

（1）在下列裝置中，第一次浸出必須用_____________，第二次浸出應(yīng)選用_____________。（填標(biāo)號(hào)）

（2）第二次浸出時(shí)，向盛有濾液1的反應(yīng)器中加入稀硫酸，后滴入過(guò)氧化氫溶液。若順序相反，會(huì)造成____________。濾渣2的主要成分是_________________。

（3）濃縮硫酸鋅、硫酸銅溶液使用的器皿名稱是________________。

（4）某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)完成之后，得到1．5g CuSO4·5H2O，則銅的回收率為_(kāi)_______。

【答案】（1）D A （2）H2O2與固體顆粒接觸分解SiO2（和S） （3）蒸發(fā)皿 （4）30%

【名師點(diǎn)評(píng)】實(shí)驗(yàn)題一定要分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)的關(guān)鍵問(wèn)題。識(shí)別實(shí)驗(yàn)儀器和使用方法。掌握物質(zhì)分離的方法和操作注意問(wèn)題。掌握中和滴定的實(shí)驗(yàn)步驟：水洗→潤(rùn)洗→裝液→讀數(shù)→取液→讀數(shù)→滴定→讀數(shù)，通常實(shí)驗(yàn)重復(fù)2～3次，取平均值計(jì)算。在洗滌過(guò)程中注意滴定管要用待裝溶液潤(rùn)洗，但錐形瓶不能潤(rùn)洗。注意讀數(shù)要保留兩位小數(shù)。

【源于教材】蘇教版必修1教材中的蒸餾裝置如圖所示：

【高于教材】教材蒸餾裝置中溫度計(jì)水銀球的位置要求在蒸餾燒瓶的支管口處，而本題在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上拓展為溫度計(jì)水銀球在支管口下方和上方的作用。要求學(xué)生理解在同一蒸餾燒瓶中，溫度最高的是反應(yīng)液、蒸氣溫度由下向上逐漸降低，只有理解了實(shí)驗(yàn)原理，才能準(zhǔn)確回答題目中的問(wèn)題。

三、教材氣體制備實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)

氣體制備歷年都是高考的熱點(diǎn)，主要考查內(nèi)容為制取氣體的反應(yīng)原理、反應(yīng)裝置、凈化方法、收集方法、尾氣吸收方法?？荚囶}型，既有單方面的選擇題，又有氣體制備和性質(zhì)探究的綜合性試題。經(jīng)?？疾榈臍怏w主要有O2、Cl2、CO2、SO2、NH3、NO、NO2等，因此，就有關(guān)氣體制備的知識(shí)應(yīng)挖掘教材中氣體制備實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵，分析產(chǎn)生現(xiàn)象的原因，變換角度思考（能否用其他方法或裝置完成同一實(shí)驗(yàn)或類似的實(shí)驗(yàn)），培養(yǎng)考生多角度思考問(wèn)題的習(xí)慣，注重“發(fā)散”和“求異”的思維，將教材氣體制備實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合理的拓展、改進(jìn)、創(chuàng)新，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的綜合性。

【例3】（2016全國(guó)Ⅰ）氮的氧化物（NOx）是大氣污染物之一，工業(yè)上在一定溫度和催化劑條件下用NH3將NOx還原生成N2，某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)NH3與NOx反應(yīng)進(jìn)行了探究。回答下列問(wèn)題：

（1）氨氣的制備

①氨氣的發(fā)生裝置可以選擇上圖中的________，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___________。

②預(yù)收集一瓶干燥的氨氣，選擇上圖中的裝置，其連接順序?yàn)椋喊l(fā)生裝置→________（按氣流方向，用小寫字母表示）。

（2）氨氣與二氧化氮的反應(yīng)

將上述收集到的NH3充入注射器X中，硬質(zhì)玻璃管Y中加入少量催化劑，充入NO2（兩端用夾子K1、K2夾好）。在一定溫度下按圖示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

操作步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋原因打開(kāi)K1，推動(dòng)注射器活塞，使X中的氣體緩慢通入Y管中①Y管中②反應(yīng)的化學(xué)方程式將注射器活塞退回原處并固定，待裝置恢復(fù)到室溫Y管中有少量水珠生成的氣態(tài)水凝集打開(kāi)K2③④

【解析】（1）①在實(shí)驗(yàn)室中是利用固體堿消石灰與銨鹽NH4Cl混合加熱，故應(yīng)選用A裝置加熱；②利用A裝置制得的氨氣，由于氨氣是堿性氣體，所以需要利用堿石灰進(jìn)行干燥，然后再根據(jù)氨氣的密度比空氣小的性質(zhì)，用向下排空氣法收集，氨氣是大氣污染物，要進(jìn)行尾氣處理，可利用其在水中極容易溶解，用水作吸收劑進(jìn)行尾氣處理。（2）NO2具有強(qiáng)氧化性，NH3有強(qiáng)還原性，兩者相遇，會(huì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)夂退?，根?jù)電子守恒、原子守恒，可得反應(yīng)的方程式，故①Y管內(nèi)看到紅棕色氣體顏色變淺最終為無(wú)色，同時(shí)在注射器的內(nèi)壁有水珠產(chǎn)生；③反應(yīng)后由于容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量減少，所以會(huì)使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小。當(dāng)打開(kāi)K2后，燒杯內(nèi)NaOH溶液在大氣壓強(qiáng)的作用下會(huì)倒吸入Y管內(nèi)；④略。

【名師點(diǎn)評(píng)】制取氣體的裝置與反應(yīng)物的狀態(tài)有關(guān)，由固體混合物加熱制取氣體可以用略向下傾斜試管進(jìn)行；固體混合或固體與液體混合不加熱制取氣體可以在錐形瓶中進(jìn)行，也可以在燒瓶中進(jìn)行。液體用分液漏斗或長(zhǎng)頸漏斗中加入；若是液體與固體混合物加熱制取氣體，要在燒瓶中進(jìn)行，同時(shí)為了受熱均勻，應(yīng)該墊上石棉網(wǎng)，判斷裝置連接順序時(shí)，一般是按照：制取氣體、除雜、干燥、收集、尾氣處理。要根據(jù)除雜原則，采用適當(dāng)?shù)脑噭┏s、干燥，根據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行氣體的收集和尾氣處理。對(duì)于極容易溶于水或某溶液的氣體，尾氣處理要注意防止倒吸現(xiàn)象的發(fā)生。會(huì)根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)判斷反應(yīng)現(xiàn)象。

【源于教材】實(shí)驗(yàn)室通常用固體NH4Cl和熟石灰混合共熱的方法制取氨氣，人教必修1教材給出了相應(yīng)的化學(xué)方程式、實(shí)驗(yàn)裝置及收集方法。

【高于教材】乙小組同學(xué)制取氨氣的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，反應(yīng)原理及實(shí)驗(yàn)裝置都超出了教材制取NH3的要求，是教材實(shí)驗(yàn)的拓展和創(chuàng)新。

（1）制取原理的創(chuàng)新：制取原理和化學(xué)平衡移動(dòng)原理聯(lián)系起來(lái)，若將NaOH固體換為生石灰，則可以從下面四點(diǎn)解釋產(chǎn)生NH3的原因：①濃氨水的揮發(fā)性；②生石灰與水反應(yīng)消耗水；③生石灰與水反應(yīng)放熱；④生石灰與水反應(yīng)生成Ca（OH）2，增大c（OH－），使的平衡逆向移動(dòng)。

（2）實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新：制取氨氣不一定必須使用題中A裝置，用題中B裝置也可以制取氨氣。同理，凡固體與液體反應(yīng)不需要加熱制取的氣體均可以用B裝置作為氣體制取的發(fā)生裝置。如O2：H2O2——MnO2；Cl2：KMnO4——濃鹽酸；CO2：CaCO3——稀鹽酸；SO2：Na2SO3——較濃H2SO4；NO：Cu——稀HNO3；NO2：Cu——濃HNO3。

四、教材實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新是建立在教材中實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，沒(méi)有基本的實(shí)驗(yàn)方法和技能就談不上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新包括新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和舊實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。復(fù)習(xí)中要注意思考來(lái)源于教材上的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)，理解命題的意圖與考查方式，重在掌握解題方法與思路，也要學(xué)會(huì)思考實(shí)驗(yàn)裝置上再添加或減去一些儀器或操作會(huì)有什么樣的結(jié)果，在原裝置上還可以做哪些改進(jìn)，使裝置設(shè)計(jì)更合理、更科學(xué)。在性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)中，尾氣處理裝置、防倒吸裝置等都是高考考查的熱點(diǎn)，要理解其原理，選擇或設(shè)計(jì)出更簡(jiǎn)便的裝置。

【例4】（2016上海）乙酸乙酯廣泛用于藥物、染料、香料等工業(yè)，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用a裝置來(lái)制備。

完成下列填空：

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常加入過(guò)量的乙醇，原因是__________________________。加入數(shù)滴濃硫酸即能起催化作用，但實(shí)際用量多于此量，原因是__________________________；濃硫酸用量又不能過(guò)多，原因是_____________________________。

（2）飽和Na2CO3溶液的作用是_________________。

（3）反應(yīng)結(jié)束后，將試管中收集到的產(chǎn)品倒入分液漏斗中，________、________，然后分液。

（4）若用b裝置制備乙酸乙酯，其缺點(diǎn)有_________、________。由b裝置制得的乙酸乙酯產(chǎn)品經(jīng)飽和碳酸鈉溶液和飽和食鹽水洗滌后，還可能含有的有機(jī)雜質(zhì)是________，分離乙酸乙酯與該雜質(zhì)的方法是________。

【解析】（1）由于是可逆反應(yīng)，因此加入過(guò)量的乙醇增大反應(yīng)物濃度，使平衡向生成酯的方向移動(dòng)，提高酯的產(chǎn)率。由于濃H2SO4能吸收生成的水，使平衡向生成酯的方向移動(dòng)，提高酯的產(chǎn)率，因此實(shí)際用量多于此量；由于濃H2SO4具有強(qiáng)氧化性和脫水性，會(huì)使有機(jī)物碳化，降低酯的產(chǎn)率，所以濃硫酸用量又不能過(guò)多。（2）由于生成的乙酸乙酯中含有乙醇和乙酸，所以飽和Na2CO3溶液的作用是中和乙酸、溶解乙醇、減少乙酸乙酯在水中的溶解。（3）乙酸乙酯不溶于水，因此反應(yīng)結(jié)束后，將試管中收集到的產(chǎn)品倒入分液漏斗中，振蕩、靜置，然后分液即可。（4）根據(jù)裝置b可知由于不是水浴加熱，溫度不易控制，因此制備乙酸乙酯的缺點(diǎn)是原料損失較大、易發(fā)生副反應(yīng)。由于乙醇溶液發(fā)生分子間脫水生成乙醚，所以由b裝置制得的乙酸乙酯產(chǎn)品經(jīng)飽和碳酸鈉溶液和飽和食鹽水洗滌后，還可能含有的有機(jī)雜質(zhì)是乙醚，乙醚和乙酸乙酯的沸點(diǎn)相差較大，則分離乙酸乙酯與乙醚的方法是蒸餾。

【答案】（1）增大反應(yīng)物濃度，使平衡向生成酯的方向移動(dòng)，提高酯的產(chǎn)率（合理即給分） 濃H2SO4能吸收生成的水，使平衡向生成酯的方向移動(dòng)，提高酯的產(chǎn)率 濃H2SO4具有強(qiáng)氧化性和脫水性，會(huì)使有機(jī)物碳化，降低酯的產(chǎn)率

（2）中和乙酸、溶解乙醇、減少乙酸乙酯在水中的溶解

（3）振蕩 靜置

（4）原料損失較大、易發(fā)生副反應(yīng) 乙醚 蒸餾

【源于教材】人教版、魯科版和蘇教版教材《必修2》中乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)。

【高于教材】需要克服教材實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，提出改進(jìn)的措施，這樣才能保證所得產(chǎn)品的純度。因此我們學(xué)習(xí)時(shí)，一定要把教材中所出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)裝置（包括習(xí)題中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)裝置）進(jìn)行思考、反思，把相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行整合、找出創(chuàng)新點(diǎn)，提高實(shí)驗(yàn)技能。

（作者單位：北京市順義區(qū)第八中學(xué)）