大处是方向 小处是细节

颜建河

化学是以实验为主的学科，实验是高考必考内容之一。考纲明确要求掌握化学实验基本操作，常见气体的实验室制法，常见物质的检验、分离和提纯，一定物质的量浓度溶液的配制等，并能根据实验试题设计和评价实验方案，控制实验条件，分析处理实验数据，得出合理结论等。基于此，高考化学学科试题对实验能力的要求之一，就是要具有对观察、记录到的实验现象、实验结果和测得的数据进行分析、处理，并得出正确结论的能力。这就要求我们的学生在实验复习中，要把握“方向”，注重“细节”，特别是对实验操作中细枝未节给予高度的关注，把握好实验成败中的“细节”与“关键点”。同时，还必须明确化学实验方案的创新设计与评价，这是高考命题的发展方向，也是复习的重点。涉及实验设计与评价方面的试题特点主要体现在：试题思维容量大、综合性强，陌生度高、信息新，能力要求高、情境新、设问角度变化多端等，能较好地反映学生对化学基础知识和基本技能的掌握情况，能激发学生的创新意识并提高其思维能力。立足基础、立足课本（实验），多动手、多思考、多总结，提升能力创新发展，高考才能立于不败之地。

一、实验方案设计的一般原则及要求

实验方案的设计原则是方法简单、现象明显、操作易行，对于定量实验还要考虑系统误差要求。确定了实验所选用的方法和原理后，就要考虑选择用什么实验装置来完成实验，即进行实验装置的设计。一套完整的实验装置往往是由多个基本实验装置相互连接而成的。例如，有关气体的制取和性质实验一般分为气体的发生装置（或气体反应装置）、气体的洗涤装置、气体的收集装置、尾气的吸收装置等部分，要熟悉各基本装置的功能，并注意各基本装置连接顺序的合理性。其实验方案基本要求表述如下：

二、实验方案设计的基本思路

回顾近年的高考化学学科实验题，从中不难发现，其命题变化从一味追求综合、盲目追求新颖，到立足基础，鼓励创新、强化规范，提升素质，真正体现试题向着反璞归真的方向发展。为此，在日常的复习（学习）中，要将更多的精力回归于基础、回归于学科、回归于实验室。对化学实验中的一些“关键”知识、步骤等进行盘点，谨防学生在高考复习中忽视这些“关键”知识，以免在解决实验问题时落入题设“陷井”之中，造成不必要的失分。同时，要更加关注学科体系的完整性和对学科知识理解的深刻性和创新性。

根据实验目的和原理及所选用的药品和仪器，设计合理的实验方案，并且从几种方案中分析选择出最佳方案。其流程表述如下：

三、实验方案设计中的关键点

关键点之一：拆与合。

综合实验题的解答思路可按实验内容进行分解（即将综合实验分解为若干个单一实验）→迁移（即运用己学过的有关实验知识进行类比迁移）→选择仪器、药品（即根据实验目的内容的要求选择所需的实验仪器和药品）→加工信息（即对于试题提供的信息加以利用）→重组（即根据要求进行实验的组合和仪器的连接）。当然，要完成上述内容的分与合，还必须熟悉基本实验的拆与合，掌握如下的关键点。

1. 制气装置及仪器的选择。

根据反应物状态、水溶性及反应条件确定制气装置的类型选择相关仪器。

2. 反应装置及仪器的选择。

（1）气+液→（用洗气瓶）；（2）气+固→（用干燥管或U形管）；（3）气+固■（用硬质玻璃管）；（4）固+液■（用烧瓶）；（5）固+固■（用试管）。

3. 除杂、干燥所用主要仪器的选择。

除杂、干燥所用的仪器主要有洗气瓶、干燥管、U形管。

4. 用于蒸气、冷凝的仪器。

（1）冷凝管（使热蒸气冷凝）、锥形瓶（接受器）。

（2）U形管（热蒸通过放置在冰水中的U形管进行冷却）。

（3）长玻璃管（在装置向上的长玻璃管常用作对有机物蒸气进行冷凝回流，再充分反应。

5. 用于集气的仪器。

可用作收集气体的主要仪器有集气瓶、烧瓶、试管等。

6. 尾气处理装置及仪器的选择。

（1）对于有污染且易燃烧的尾气，可在尾气出口处放置一燃着的酒精灯。

（2）对于有污染且显酸性的尾气用NaOH溶液吸收，其装置要求如下：

①对于水溶性不大的气体，可将尾气导管直接插入盛有吸收剂的烧杯中的液面内进行吸收。

②对于极易溶于水的气体，可在尾气出气管口处连接一倒置漏斗，并与吸收剂的液面接触。

关键点之二：顺序问题。

根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方法步骤，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序。

1. 思考问题的顺序。

对于综合性实验题的一般思考的顺序为：反应原理→反应物的选择→净化、干燥、吸收剂的选择→仪器装置的选择→组合为完整的实验。然后依现象，会解释；遇问题，会分析，结论准确、表达清楚。

说明：①围绕主要问题思考。例如，选择适当的实验路线、方法；所用药品、仪器简单易得；实验过程快速、安全；实验现象明显。②涉及物质的制备、净化、吸收和存放等问题。例如，制取在空气中易水解的物质（如Al2S3 、AlCl3 、Mg3N2等）及易受潮的物质时，往往在装置未端再接一个干燥装置，以防止空气中水蒸气进入。③涉及实验的种类及如何合理地组装置仪器，并将实验与课本实验比较、联系。例如，涉及到气体的制取和处理，对这类实验的操作程序及装置的连接顺序大体可概括为：发生→除杂→干燥→主体实验→尾气处理。

2. 仪器连接顺序。

对于仪器的连接顺序一般为：气体发生装置→除杂装置→干燥装置→主体实验→尾气处理。同时，在考虑连接顺序时，一般应遵循的主要原则：先下后上，先左后右（仪器连接的顺序）；先除后干（在使用液体除杂时），先干后除（对于需要加热进行除杂时）；先长后短（洗气瓶用于洗气时），先短后长（量气装置中排水量气时）；先大后小（干燥管用于干燥气体时）。

说明：①所用仪器是否恰当，所给仪器是全用还是选用。②仪器是否齐全。例如，制备有毒气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气的吸收装置。③安装顺序是否合理。例如，是否遵循“自下而上，从左到右”的原则；气体净化装置中不应先干燥、后经过水溶液洗气。④仪器连接顺序是否正确。例如，洗气时“进气管长，出气管短”；干燥管除杂质时“大进小出”等。

3. 操作顺序。

在操作顺序中的一些先后：

（1）连接仪器。按气体发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理顺序连接好实验仪器。

（2）检查气密性。在整套仪器连接完毕后，就先检查装置的气密性，然后装入药品。检查气密性的方法要依装置而定。

（3）装药品，进行实验。

说明：①往玻璃管上套橡胶管时，应先蘸水后往里套。②用试管加热物质时，应先预热、后集中加热有药品的部位。③点燃H2 、CO 、CH4等易燃气体时，应先验纯、后点燃。④H2还原CuO实验：开始时应先通H2，再加热；结束时，先停止加热，继续通H2至完全冷却。⑤排水取气时，当集滿气体时应先将导管从水槽中取出，再停止加热。⑥做铁丝在O2中燃烧实验时，应先在集气瓶中加一薄层细砂（或少量水）再进行相关实验。

关键点之三：细节问题。

细节是决定成败的关键，在高考化学实验问题的解决中尤为重要，学生必须给予高度的重视。这样才能确保实验的成功。

（1）检查气体的纯度，点燃或加热通有可燃性气体（H2、CO、CH4 、C2H4 、C2H2等）的装置前，必须检查气体的纯度。例如，用H2 、CO等气体还原金属氧化物时，需要加热金属氧化物，在操作中，不能先加热，后通气，应当先通入气体，将装置内的空气排干净后，检查气体是否纯净（验纯），待气体纯净后，再点燃酒精灯加热金属氧化物。

（2）加热操作先后顺序的选择。若气体发生需加热，应先用酒精灯加热发生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热，目的是：一则防止爆炸（如氢气还原氧化铜）；二则保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中其它物质反应。例如，用浓硫酸和甲酸共热产生CO，再用CO还原Fe2O3，实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯，生成的CO赶走空气后，再点加热Fe2O3的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是：在还原性气体中冷却Fe，可防止灼热的Fe再被空气中的O2氧化，并防止石灰水倒吸。

（3）冷凝回流的问题。有的易挥发的液体反应物，为了避免反应物损耗和充分利用原料，要在发生装置中设计冷凝回流装置或在发生装置中安装长玻璃管等。

（4）冷却问题。有的实验为防止气体冷凝不充分而受损失，需用冷凝管用冷水或冰水冷凝气体（物质蒸气），使物质蒸气冷凝为液态便于收集。

（5）防止倒吸问题。实验过程用到加热法制取并用排水法收集气体或吸收溶解度较大的气体（如NH3、HCl）时，要注意熄灯顺序或加装安全瓶。

（6）防中毒问题：制取有毒气体（如Cl2、CO、SO2、H2S、NO2、NO）时，应在通风橱中进行，且进行尾气处理。

（7）具有特殊作用的实验改进装置。如为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置；为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗未端套住一支小试管等。

（8）拆卸时的安全性和科学性。实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑停止加热或停止通气。如对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后再停止通氢气，这是为了避免空气倒吸入加热区使氧化铜氧化，或形成易爆气体；拆卸用排水法收集需要加热制取气体的装置时，需先把导管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸；拆下的仪器要清洗、干燥、归位。

四、实验方案创新设计问题

1. 尾气处理装置的设计。

在设计尾气处理装置时，要充分考虑装置是否符合以下几点：能充分吸收气体、不能倒吸、尾气处理装置应与大气相通。

例如：下列吸收氨气的装置（未标出的液体为水）A、C、E、F、G均能防止倒吸，B、D均不能。

2. 防污染安全装置的设计。

例如：下列尾气处理装置中，A可吸收有毒的尾气（如Cl2、SO2等），B和C装置可吸收易溶的尾气（如HCl、NH3等），D可用于除去CO等可燃性气体，E可用于收集所有气体。

3. 量气装置的设计。

例如：下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的装置，而装置E则不能测量气体体积。

五、运用

【例1】（2016·浙江卷）无水MgBr2可用作催化剂。实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水MgBr2，装置如图4，主要步骤如下：

步骤1：三颈瓶中装入10g镁屑和150mL无水乙醚；装置B中加入15mL液溴。

步骤2：缓慢通入干燥的氮气，直至溴完全导入三颈瓶中。

步骤3：反应完毕后恢复至室温，过滤，滤液转移至另一干燥的烧瓶中，冷却至0°C，析出晶体，

再过滤得三乙醚合溴化镁粗品。

步骤4：室温下用苯溶解粗品，冷却至0°C，析出晶体，过滤，洗涤得三乙醚合溴化镁，加热至160°C

分解得无水MgBr2产品。

已知：①Mg和Br2反应剧烈放热；MgBr2具有强吸水性。

②MgBr2+3C2H5OC2H5？葑MgBr2·3C2H5OC2H5

请回答：

（1）仪器A的名称是_________。实验中不能用干燥空气代替干燥N2，原因是___________。

（2）如将装置B改为装置C（图5），可能会导致的后果是___________。

（3）步骤3中，第一次过滤除去的物质是___________。

（4）有关步骤4的说法，正确的是________。

A. 可用95%的乙醇代替苯溶解粗品

B. 洗涤晶体可选用0°C的苯

C. 加热至160°C的主要目的是除去苯

D. 该步骤的目的是除去乙醚和可能残留的溴

（5）为测定产品的纯度，可用EDTA（简写为Y4-）标准溶液滴定，反应的离子方程式：Mg2+ + Y4-=Mg + Y2-。

①滴定前润洗滴定管的操作方法是 。

②测定时，先称取0.2500g无水MgBr2产品，溶解后，用0.0500 mol·L-1的EDTA标准溶液滴定至终点，消耗EDTA标准溶液26.50mL，则测得无水MgBr2产品的纯度是 （以质量分数表示）。

【分析】本题是一道“实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水MgBr2”的物质制备实验操作化学实验综合题。试题设问立足于课本，而高于课本，着力考查学生化学基础知识和基本实验技能，涉及较多的化学知识，且综合性强，有一定难度。为此，解答这类问题的关键，就是从实验装置和问题出发，明确实验的目标，注重细节，再结合题目设问及实验装置图，利用好卤素、氧化还原反应和滴定计算等相关知识来解决题目中的各个问题。

（1）仪器A为干燥管。本实验要用镁屑和液溴反应生成无水溴化镁，所以装置中不能有能与镁反应的气体（例如氧气，不能用干燥的空气代替干燥的氮气），其目的是防止镁屑与氧气反应，生成的MgO阻碍Mg和Br2的反应。

（2）将装置B改为装置C，当干燥的氮气通入，会使气压变大，将液溴快速压入三颈瓶，反应过快大量放热而存在安全隐患。而装置B是利用干燥的氮气将溴蒸气代入三颈烧瓶中，反应可以控制，防止太快。

（3）步骤3过滤出去的是不溶于水的镁屑。

（4）选项A，95%的乙醇中含有水，溴化镁有强烈的吸水性，错误；选项B，加入苯的目的是除去乙醚和溴，洗涤晶体用0°C的苯，可以减少产品的溶解，正确；选项C，加热至160°C的主要目的是分解三乙醚合溴化镁得到溴化镁，不是为了除去苯，错误；选项D，该步骤是为了除去乙醚和溴，故正确。正确选项为BD。

（5）①滴定前润洗滴定管，需要从滴定管上口加入少量待测液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复2～3次。②根据反应方程式分析知，n（MgBr2）=0.0500 mol·L-1×0.02650L=0.001325mol，则m（MgBr2）=0.001325mol×184g·mol-1=0.2438g，所以溴化镁的产品的纯度=（0.2438g/0.2500g）×100%=97.5%。

【答案】（1）干燥管；防止镁屑与氧气反应，生成的MgO阻碍Mg和Br2的反应 （2）会将液溴快速压入三颈瓶，反应过快大量放热而存在安全隐患 （3）镁屑 （4）BD （5）①从滴定管上口加入少量待测液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复2～3次 ②97.5%

【例2】（2016·天津卷）水中溶氧量（DO）是衡量水体自净能力的一个指标，通常用每升水中溶解氧分子的质量表示，单位mg·L-1，我国《地表水环境质量标准》规定，生活饮用水源的DO不能低于5 mg·L-1。某化学小组同学设计了下列装置（夹持装置略），测定某河水的DO。

Ⅰ. 测定原理：

Ⅱ. 测定步骤

a. 安装装置，检验气密性，充N2排尽空气后，停止充N2。

b. 向烧瓶中加入200mL水样

c. 向烧瓶中依次迅速加入1mLMnSO4无氧溶液（过量）2mL碱性KI无氧溶液（过量），开启搅拌器，至反应①完全。

d. 搅拌并向烧瓶中加入2mL硫酸无氧溶液至负②完全，溶液为中性或若酸性。

e. 从烧瓶中取出40.00mL溶液，以淀粉作指示剂，用0.01000 mol·L-1Na2S2O3溶液进行滴定，记录

数据。

f.……

g. 处理数据（忽略氧气从水样中的溢出量和加入试剂后水样体积的变化）。

回答下列问题：

（1）配置以上无氧溶液时，除去所用溶剂水中氧的简单操作为__________。

（2）在橡胶塞处加入水样及有关试剂应选择的仪器为__________。

①滴定管 ②注射器 ③量筒

（3）搅拌的作用是__________。

（4）配平反应②的方程式，其化学计量数依次为 。

（5）步骤f为__________。

（6）步骤e中达到滴定终点的标志为 。若某次滴定消耗Na2S2O3溶液4.50mL，水样的DO= mg/L（保留一位小数）。作为饮用水源，此次测得DO是否达标： （填是或否）

（7）步骤d中加入硫酸溶液反应后，若溶液pH过低，滴定时会产生明显的误差，写出产生此误差的原因（用离子方程式表示，至少写出2个）__________。

【分析】本题是一道全国高考化学学科实验题，所涉及的知识点源于课本实验，着肯眼于教材，对课本实验进行改造加工，综合性强，有一定难度。为此，解答这类问题的关键，就是要认真阅读试题中所给予的信息和实验装置图，综合考虑抓细节，这样才能迅速解决试题中的各个问题。

（1）气体在水中的溶解度随着温度升高而减小，将溶剂水煮沸可以除去所用溶剂水中氧，其答案为：将溶剂水煮沸后冷却。

（2）加入水样需要避免空气进入三颈瓶，所以在橡胶塞处加入水样及有关试剂选择为注射器，其选项为②。

（3）搅拌可以使溶液混合均匀，加快反应的速率，其正确答案为：使溶液混合均匀，快速完成反应。

（4）根据化合价升降守恒，反应②配平得：MnO（OH）2+2I-+4H+=Mn2++I2+3H20，其答案为：1，2，4，1，1，3。

（5）滴定操作一般需要重复进行2～3次，以便减小实验误差（取几次的平均值计算），则步骤f为重复步骤e的操作2～3次，其答案为：重复步骤e的操作2～3次。

（6）碘离子被氧化为碘单质后，用Na2S2O3溶液滴定将碘还原为碘离子，则滴定结束，溶液的蓝色消失；又知n（Na2S2O3）= 0.01000mol/L×0.0045L=4.5×10-5mol，根据反应①②③有：O2～2 MnO（OH）2↓～2I2～4S2O32-，则n（O2）=1/4 n（Na2S2O3）=1.125×10-5mol，即200mL水样中含氧气的物质的量为：1.125×10-5mol×200/40=5.6×10-5mol，氧气浓度为：5.6×10-5mol/0.2L=2.8×10-4mol·L-1，所以该河水的DO=2.8×10-4mol·L-1×32g·mol-1=9×10-3 g·L-1=9.0 mg·L-1>5 mg·L-1，达标，则正确答案为：溶液蓝色褪去（半分钟内不变色）；9.0；是。

（7）硫代硫酸钠在酸性条件下发生歧化反应，生成的二氧化硫也能够被生成的碘氧化，同时空气中的氧气也能够将碘离子氧化，所发生反应的离子方程式分别为：2H++S2O32-=S↓+SO2↑+H2O；SO2+I2+2H2O=4H++SO42-+2I-；4H++4I-+O2=2I2+2H2O，其正确答案为：2H++S2O32-=S↓+SO2↑+H2O；SO2+I2+2H2O=4H++SO42-+2I-；4H++4I-+O2=2I2+2H2O。

【答案】（1）将溶剂水煮沸后冷却 （2）② （3）使溶液混合均匀，快速完成反应 （4）1，2，4，1，1，3 （5）重复步骤e的操作2～3次 （6）溶液蓝色退去（半分钟内不变色） 9.0 是 （7）2H++S2O■=S↓+SO2↑+H2O SO2+I2+2H2O=4H++SO■+2I- 4H++4I-+O2=2I2 +2H2O（任写其中2个）

【例3】（2015·福建卷）某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。

实验一：制取氯酸钾和氯水

利用如图所示的实验装置进行实验。

（1）制取实验结束后，取出B中试管冷却结晶，过滤，洗涤。该实验操作过程需要的玻璃仪器有 。

（2）若对调B和C装置的位置， （填“能”或“不能”）提高B中氯酸钾的产率。

实验二：氯酸钾与碘化钾反应的研究

（3）在不同条件下KC1O3可将KI氧化为I2或KIO3。该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响，其中系列a实验的记录表如下（实验在室温下进行）：

①系列a实验的实验目的是 。

②设计1号试管实验的作用是

。

③若2号试管实验现象为“黄色溶液”，取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色；假设氧化产物唯一，还原产物为KCl，则此反应的离子方程式为 。

实验三 测定饱和氯水中氯元素的总量

（4）该小组设计的实验方案为：使用如图8所示装置，加热15.0mL饱和氯水试样，测定产生气体的体积。此方案不可行的主要原因是 。

（不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因）

（5）根据下列资料，为该小组设计一个可行的实验方案（不必描述操作过程的细节）： 。

资料：i.次氯酸会破坏酸碱指示剂；

ii.次氯酸或氯气可被SO2，H2O2和FeC12等物质还原成C1-。

【分析】本题是一道以化学实验方案（实验装置）为载体，对实验方案的设计进行评价的综合性高考试题，着力考查学生分析问题、解决问题和评价问题的能力，有一定难度。为此，解答好这类问题的关键，就是要着眼于大处，注重细节，即学生必须认真读题（看装置），大胆思维，利用题给信息材料，提取有用的化学原理，依据所给的化学原理和实验操作及结果就能对实验的方案进行正确评价，得出正确结论。

（1）制取实验结束后，由取出B中试管进行的操作（冷却结晶、过滤、洗涤），可知该实验操作过程中需要的玻璃仪器有：烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管。

（2）Cl2与热的KOH溶液反应生成KClO3、KCl和H2O，与冷的KOH溶液反应生成KClO、KCl和H2O。若将装置B、C的位置对调，可以除去Cl2中的杂质气体HCl（水吸收），故能提高B中KClO3的产率。

（3）①根据表格中的数据可知：KI、KClO3的物质的量浓度不变，改变的是硫酸溶液的体积和水的多少，且二者的总体积相等，由此可见系列a实验的目的是研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响；②设计1号试管实验的作用是没有加入硫酸溶液，浓度为0，是作为对照实验。③根据2号试管实验现象为“黄色溶液”，取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色，证明生成了I2；若氧化产物唯一，还原产物为KCl，根据氧化还原反应中电子守恒、电荷守恒及元素原子守恒可知，该反应的离子方程式为：ClO3-+6I-+6H+=Cl-+3I2+3H2O。

（4）该小组设计的实验方案不可行的主要原因是：溶液中存在Cl2的重新溶解以及HClO分解生成HCl和O2等，无法测定试样含氯总量。

（5）由于HClO具有强氧化性会破坏酸碱指示剂，因此实验设计时不能用酸碱指示剂，可以利用氯水的强氧化性，向该溶液中加入足量的H2O2溶液，H2O2把氯元素完全还原为Cl-，H2O2被氧化成O2，然后加热除去过量的H2O2，冷却，再加入足量的AgNO3溶液，过滤、洗涤生成的AgCl沉淀，干燥后称量沉淀质量，结合氯原子守恒，即可确定其中含有的氯元素的总量。

【答案】（1）烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管（不填“胶头滴管”也可） （2）能 （3）①研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响 ②硫酸浓度为0的对照实验 ③ClO3-+6I-+6H+=Cl-+3I2+3H2O （4）因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等，此方案无法测定试样含氯总量（或其他合理答案） （5）量取一定量的试样，加入足量的H2O2溶液，加热除去过量的H2O2，冷却，再加入足量的硝酸银溶液，称量沉淀质量（或其他合理答案）