开放性实验高考题解析及对实验复习的启示.doc

开放性实验高考题解析及对实验复习的启示
开放性实验习题在高考中频频出现，本文拟对该类高考题进行剖析，并试图从中得到一些对高三实验复习的启示。
一、实例剖析
【例1】在分液漏斗中用一种有机溶剂提取水溶液里的某物质时，静置分层时后，如果不知道哪一层液体是“水层”，试设计一种简便判断方法。
【答案】取一只小试管，打开分液漏斗的活塞，慢慢放出少量液体，往其中加入少量水，如果加入水后，试管中的液体不分层，说明分液漏斗中下层是“水层”，反之上层是水层。
【解析】这里要求的设计简便判断方法，根据相似相溶原理和水与有机溶剂的化学性质的差异，除标准评分答案外，至少还应有以下几种可能的答案：
①前面的操作同评分标准，往试管中加入少量苯或CCl4，若试管中液体不分层，说明上层是“水层”，反之下层是水层。
②前面的操作同评分标准，分别取分液漏斗上层液体少量于试管中，分别加入少量水或与水不相容的有机溶剂，又可得出两种答案。
③前面的操作同评分标准，向试管中投入一小粒金属钠，若剧烈反应放出气体，则下层是“水层”，反之则上层是水层。
④若向装上层液体的小试管中投一小粒金属钠，则又是一种可行的方案。
结论：利用水和与水不相溶的有机溶剂物理、化学性质上差异的多样性可得出不同的开放性答案。
【例2】用实验确定某酸HA是弱电解质。两同学的方案是：
甲：①称取一定质量的ＨＡ配制0.1mol•L-1的溶液100mL
②用pH试纸测出该溶液的pH，即可证明HA是弱电解质。
乙：①用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸分别配制pH=1的两种溶液各100mL。
②分别取这两种溶液各10mL，加水稀释为100mL。
③各取相同体积的两种稀溶液装入两个试管，同时加入纯度相同的锌粒，观察现象，即可证明HA是弱电解质。
（1）在两个方案中的第一步中，都要用到的定量仪器是________。
（2）甲方案中，说明HA弱电解质的理由是测得溶液的pH________1（选填＞、＜、＝）；乙方案中，说明HA是弱电解质的现象是________。（多选扣分）
（a）装盐酸溶液的试管中放出Ｈ２的速率快；
（b）装HA溶液的试管中放出Ｈ２的速率快；
（c）两个试管中产生气体的速率一样快。
（3）请你评价：乙方案中难以实现之处和不妥之处。
（4）请你再提出一个合理而比较容易进行的方案（药品可任取）。作简明扼要表述。

【评分标准】配制NaA溶液，测其pH＞7即证明HA是弱电解质
【解析】此题属于实验评价和设计题，答案认可甲方案是合理易行的。若对乙的方案进行合理的修正再肯定，并从强、弱酸在水溶液中的是电离程度的区别及盐类水解的角度考虑，至少还可得出以下开放性答案：
分别配制0.1mol•L-1的HA和HCl溶液100mL。
①取相同体积的以上两种酸分装在两个同规格的烧杯中，用同型号电极（极间距和面积相同）各并联一相同功率的灯泡，接通电源，通过HA的灯泡较盐酸暗，证明HA是弱电解质（该答案从理化学科综合得出。）
②取两只试管分别装入相同质量的NaHCO3或NaHSO3粉末，分别加入以上两种同体积的酸液，若HA冒气泡较HCl慢或不冒气泡，证明HA是弱酸。
③用两只试管（同型号），取相同体积的以上两种酸，分别加相同质量的还原铁粉，HA冒气泡不如盐酸快或不冒气泡，证明HA是弱酸。
④称取一定质量的AlCl3和AlA3，分别配制100mL0.1mol•L-1溶液，用pH试纸测试两种盐溶液的pH，AlA3溶液的pH大于AlCl3溶液，证明HA是弱酸。（从否定到肯定解决问题，进入柳暗花明。）

图1　实验装置图
【例3】用图1示的装置制取氢气，在塑料隔板上放锌粒，漏斗和带支管的试管中装有稀硫酸，若打开弹簧夹，则酸液由漏斗流下，试管中液面上升与锌粒接触，发生反应，产生的氢气由支管导出；若关闭弹簧夹，则试管口液面下降，漏斗中液面上升，酸液与锌粒脱离接触，反应停止。需要时打开弹簧夹。又可以使氢气发生。这是一种仅适用于常温下随制随停的气体发生装置。回答下列问题：
（1）为什么关闭弹簧夹时试管中的液面会下降?
（2）这种制气装置在加入反应物前，应怎样检查装置的气密性?
【评分标准】（2）塞紧橡皮塞，关紧弹簧夹后，从漏斗中注入一定量的水，使漏斗内的水面高于试管内水面，停止加水后，漏斗中与试管中的液面差保持不再变化，说明装置不漏气。
【解析】这是一种简易启普发生器，评分标准答案是启普发生器气密性的检验方法。正因为其简易，其检查气密性的方法与启普发生器还可有其不同之处，其思维方法是发散的，答案也应是开放的。评分答案是加水后从外压封闭液面形成液差。反过来也可从内压封闭液面形成液差，或从漏斗嘴处形成液封排出空气而证明装置的气密性完好。从正向至逆向，再从逆向到正向，视野豁然开朗，至少还有以下一些检查方法应是该小题的答案。
①向漏斗中加水至接近隔板处形成液封，打开弹簧夹，接上洗耳球，捏瘪洗耳球不放，液面上升到一定高度不下降，说明装置不漏气。
②打开弹簧夹连接一玻璃管放入水面下，向漏斗中加水至下端形成液封，用手紧握试管下端未装水部位，导管口有气泡连续冒出，松开手后，导管中水柱回升一段，证明气密性完好。
③打开弹簧夹连接一玻璃管放入水面下，向漏斗中加水至下端形成液封，用酒精灯加热至导管口有气泡连续冒出，移去酒精灯后导管中水柱回升一段，证明气密性完好。
通过上述开放性试题的分析，针对高三化学实验知识和技能、学生的实际情况，在实验复习中，除了认真阅读教材中的演示实验和分组实验，采用归纳、对比、总结规律，由点到面，形成知识网络外，还可得出如下启示。
二、实验复习启示
1．一物多制
从同一物质制法的多样性，培养学生设计开放性实验的能力。
有些常见物质的制备，教材循序渐进介绍时，囿于学生知识的阶段性，介绍的反应原理有一定的局限性，随着知识的深化，可对反应原理适当迁移和拓展，增强学生在物质制备中设计开放性实验的能力。
氨气的制备：传统的方法是：铵盐＋强碱氨气，属固＋固→气型。高三学生已具备化学平衡的知识，知道氨水中存在：NH3+H2ONH3•H2ONH4++OH-平衡，恰当提出问题：若能使这个连锁平衡左移，能否以浓氨水为原料制备氨气呢?学生经思考后可得出：若能使c(OH-)增大，或加热，或反应（与氨水中的水）放出大量的热，均可使平衡左移，最好两个条件同时达到，学生经思考后可得出：直接加热浓氨水、或将浓氨水滴入固体NaOH、KOH、Ba(OH)2、、Na2O、CaO等中均可，由液→气、液＋固→气型制备氨气从而使视野开阔。同理ＨＣｌ的制备可由传统的固+液→气型诱导学生得出：固+固→气型（可溶性金属氯化物＋酸式硫酸盐→HCl）；液+液→气型（浓硫酸滴入浓盐酸中）；液→气型（直接加热浓盐酸）。O2的制备由固+固→气型到液+固→气型（Na2O2＋H2O→O2，H2O2→O2）制备，使学生受到物质开放性制法的训练。
2．一器多用
从同一装置用途的多样性，培养使用开放性装置的能力。

图2　集气装置图
【例1】复习气体的实验室制法时，常遇到如图2的集气装置，充分挖掘它的各种用途，从不同角度提出如下问题：
（1）若气体由A进B出，可收集哪些气体?其收集原理如何?
（2）若气体由B进A出，可收集哪些气体?其收集原理如何?
（3）若将该瓶倒置收集气体，其结果与（1）和（2）的关系如何?
（4）若将烧瓶内装满液体与量器配合欲作量气装置，气体流向如何?
（5）若作量气装置时，气体易与液体反应或易溶于液体时，应如何处理方可使用?
（6）该装置用作洗气时气体流向如何?
（7）该装置用作排水取气时气体流向如何?
（8）若装置中导管A与B等长时，连接在气路中起什么作用?
【例2】球形干燥管在干燥气体时的连接方向众所周知，应大进小出，还可设计如下问题：
（1）可否作为气固反应器使用?若能，气体流向应如何?
（2）当其作为成套的尾气处理装置时，气体流向应如何?
（3）当其作为尾部装置而阻止空气中的水蒸气或二氧化碳进入装置内部时，应如何连接?
（4）当与烧杯、橡皮塞、止水夹组合成简易制气装置时应如何连接?
（5）当用它替代烧杯作易溶气体的喷泉装置时，应如何组装?
如上对同一仪器的开放性用途的发掘，既遵循了
3．一用多器
从同一用途装置的多样性，训练开放性思维的收敛性，在装置设计中寻求开放性，在装置的作用上收敛，关键是讲清原理，不同的装置可起到殊途同归的作用。
简易启普发生器是初中化学接触的东西，是起点较低的实验装置，它应用了气垫原理，关闭止气夹时，生成的气体产生的压强使固液脱离而反应停止。复习中可设计：

图3　实验装置图
【例3】选用下列仪器：铁架台、烧杯、U形管、干燥管、球形漏斗、注射器、带导气管的单孔塞（配有止气夹，无塑料隔板）。请设计出简易制气装置，类型不同，越多越好。
经分析讨，综合起来可得出如图3的一些装置。
在实验室制备溶于水且污染空气的气体的尾气处理时，常用图4Ｅ所示的装置吸收，它的道理非常简单：当内压小于外压时，液面上升，露出吸收口，内外相通后压强相等，液面重新落下，消除了倒吸现象。
【例4】根据以上原理，自选仪器，设计类似的尾气处理装置。
经讨论，学生可设计出如图4的一些装置。

图4　实验装置图
4．多方法鉴别
在同组物质鉴别的多样性上，根据物质物理性质或化学性质的差异，给学生营造解决开放性问题的条件，可使其得到进一步的激励。
【例5】实验室有两瓶失去标签的液体试剂，只知道它们是稀硫酸和浓硫酸。
（1）不用试剂，如何用简便方法鉴别之?
（2）自选试剂，如何用简便方法鉴别之?
根据稀、浓硫酸的物理性质、化学性质的差异，并且后面的同学受到前面同学的启发，发言踊跃热烈，新意迭出，一旦被肯定，受到莫大鼓舞。答案略。
诸如有机物因官能团不同引起性质的差异等均可设计出类似的开放性问题。
以上几点启示均是从化学实验中最基础的知识、原理入手去营造和设计开放性实验的氛围和条件，有别于题海捞针、事倍功半。在实验复习中可起到以一当十的作用，使学生的创新思维得到良好的启迪和开发，以增强其解决开放性实验问题的能力。
4