高考化学实验题的考查热点及解题套路

■湖北省武汉市第二十三中学 梁文轩

纵观近几年高考化学综合实验题，往往以元素及其化合物的知识为载体，既考查化学基本知识、基本技能和基本方法，又考查定量定性分析、实验设计、实验计算等综合能力。由于该类题型涉及的实验操作多，内容广，综合性强，具有一定的难度，需要考生具备较为系统的实验知识、良好的分析和解决问题的能力，所以“问题解决型”综合实验题已成为高考命题的热点。

一、“问题解决型”综合实验题的特征及解题套路

1.“问题解决型”综合实验题特征。

（1）情景陌生：教材中没有出现过，老师没有讲过，实验没有做过，生活中没有接触过。

（2）题目信息呈现多样性：有图（实验装置图或工业装置图、流程图等）、表格（数据、文字）、方程式或其他化学用语。

（3）“问题”是在实际生产、实验或生活中呈现出来的，而不是虚拟或凭空想像的。

（4）考查的“问题解决能力”包括接受、吸收与整合信息，分析与解决问题，实验与探究等多种能力。

2.“问题解决型”综合实验题的考查重点。

“问题解决型”综合实验题命题背景以物质制备（无机物或有机物制备）、实验探究、工艺流程为主。试题考查重点集中在以下几个方面。

（1）注重对基本实验知识的综合，重视对基本实验操作能力的考查。

（2）注重对教材典型实验的拓展和延伸，重视对考生创新思维能力的考查。

（3）注重实验方案的设计和对原理的探究，重视对考生综合分析能力的考查。

（4）注重对实验定性分析和定量分析的有机结合，重视对考生分析和处理数据能力的考查。

3.“问题解决型”综合实验题的解题套路。

不论“问题解决型”综合实验题的命题背景如何，情景多么陌生，信息如何多样，解答此类题型的基本套路是不变的，基本应遵循以下三步。

（1）一次审题，明确实验目的，找到实验原理和反应原理。

实验目的是整个实验的方向。命题者所有的问题设计都是围绕实验目的展开的，因此整个做题过程要时刻抓住实验目的，就像写作文要围绕主题一样，否则就很容易“偏题”。

实验原理和反应原理是整个实验的灵魂。以物质制备、工艺流程为背景的试题一般都会直接或者间接给出实验原理或反应原理。而以实验探究为背景的试题，其实验原理往往是不确定的，需要通过对整个实验的分析才能获得，因而实验探究型试题则不必在一开始就深究实验原理。

（2）二次读题，充分获取答题信息。

二次读题时要勾画关键词，避免“答非所问”。“问题解决型”综合实验题在整张试卷中难度较大，区分度较高，大部分考生并不具备完整地透彻分析整个实验的能力，这时可以采用“以问题为切入点寻找答案”的读题方式。这种读题模式驱动性更强，答题有效性也就更显著。同时要充分提取并整合题干的信息。在解答问题的过程中，要注意对信息进行充分提取和应用。有许多综合实验题采取图文结合、图表结合的方式，信息庞杂，思考容量大。在解答过程中，需仔细分析图中所示的各项装置、图表的各项数据，再结合实验目的及原理，确定它们在该实验中的作用。

（3）规范训练，学会描述实验。

综合实验题中大量存在“语言描述”类实验问题，这类问题的难度往往较高，从阅卷来看很多考生对这类问题都不能切中要点或空而不答。实际上这些问题无非就是问“是什么”“为什么”或“怎么做”，并且考查的角度也相对集中，因此答案有一定规律可循。若将这些常考问题的答题“套路”加以总结，考试时就会提高得分率。对于题干中所给的信息，也要特别注意，后面的简答题很有可能就会针对题目所给的信息进行提问，应该围绕题给信息作答。

二、总结答题套路，轻松突破“语言描述”类实验简答题

1.“操作或措施”类答题套路。

（1）从溶液中得到晶体的一般操作：

①溶解度受温度影响较小的：蒸发结晶→过滤→洗涤（包括水洗、冰水洗、热水洗、乙醇洗等）→干燥。

②溶解度受温度影响较大、带结晶水或不稳定的：蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤（包括水洗、冰水洗、热水洗、乙醇洗等）→干燥。

（2）蒸发结晶的操作：将溶液转移到蒸发皿中加热，并用玻璃棒不断搅拌，待有大量晶体出现时停止加热，利用余热蒸干剩余水分。

（3）测溶液pH 的操作：取一小块干燥pH 试纸放在表面皿或玻璃片上，用玻璃棒蘸取待测溶液少许点在（或用胶头滴管吸取待测液滴在）试纸中央，变色后与标准比色卡对比，读出pH。

（4）证明沉淀完全的操作：静置，取沉淀后的上层清液少许于试管中，滴入某试剂（沉淀剂），若没有沉淀生成，则说明沉淀完全。

（5）洗涤沉淀的操作：沿玻璃棒向漏斗（过滤器）中的沉淀上加蒸馏水至浸没沉淀，静置使其全部滤出，重复操作2～3次。

（6）检验沉淀是否洗涤干净的操作：取最后一次洗涤液，加入某试剂（根据沉淀可能吸附的杂质离子性质，选择合适的检验试剂），若没有某特征现象出现，证明沉淀已洗涤干净。

（7）增大原料浸出率的措施：增大酸的浓度、搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气液或固液接触面积。

（8）中和滴定的操作：左手控制滴定管活塞，右手摇动锥形瓶，眼睛注视锥形瓶内溶液颜色的变化。

（9）滴定终点溶液颜色变化的判断：当滴入最后一滴溶液时，锥形瓶中溶液由某种颜色变为某种颜色，且半分钟内颜色不再改变。

（10）在以工艺流程为背景的实验题中，关于化学平衡的简答题，会要求选择合适的反应条件（温度、压强）：此时要注意综合考虑反应限度和反应速率。并不是反应物转化率越高越好，比如低温时，反应时间要很久，又如高压，反应成本会比较高，不适合实际生产，选用的条件应该是转化率较高的情况，同时考虑反应速率和生产成本。

2.“仪器或试剂作用”类答题套路。

（1）有机物制备装置中长导管（或冷凝管）的作用：冷凝回流、导气。

（2）有机物分离提纯过程中加无水氯化钙的作用：干燥（除去水分）。

（3）固+液加热型制气装置中恒压分液漏斗上的支管的作用：使反应器（一般为圆底烧瓶）内气压与恒压分液漏斗内气压相等（即平衡气压），使分液漏斗中的液体能顺利滴下。

（4）反应容器中和大气相通的玻璃管的作用：指示容器中压强大小，避免反应容器中压强过大，发生爆炸危险。

（5）温度计的使用方法：

①蒸馏时：温度计水银球与蒸馏烧瓶的支管口相平，测定馏分的温度。

②制乙烯时：温度计水银球插入反应物液面以下（不能接触瓶底），测定反应液的温度。

③水浴加热时：温度计水银球插入水浴中，控制水浴的温度。

（6）检查仪器是否漏水的方法：

①容量瓶：打开瓶塞，加入适量蒸馏水，盖好瓶塞，一直手托住瓶底，用另外一只手的食指摁住瓶塞，将容量瓶倒置，不漏水；再将容量瓶正立，将瓶塞旋转180°，再次将容量瓶倒立，也不漏水。

②分液漏斗：打开瓶塞，关闭活塞，加入适量蒸馏水，不漏水；再把活塞旋转180°也不漏水。

③酸式滴定管：关闭活塞，加入适量蒸馏水，不漏水；再把活塞旋转180°也不漏水。

④碱式滴定管：加入适量蒸馏水，不漏水，轻轻挤压玻璃珠，放出少量蒸馏水，再观察也不漏水。

3.“目的、作用或原因”类答题套路。

（1）沉淀水洗的目的：除去某（可溶于水）杂质。

（2）沉淀用乙醇洗涤的目的：①减小固体的溶解度；②除去固体表面吸附的杂质；③乙醇挥发带走水分，使固体快速干燥。

（3）加过量A 试剂的原因：使B 物质反应完全（或提高B物质的转化率）等。

（4）冷凝回流的作用及目的：防止某蒸气逸出脱离反应体系，提高某物质的转化率。

（5）控制溶液pH 的目的：①防止某离子水解；②防止某离子沉淀；③确保某离子沉淀完全：④防止某物质溶解等。

（6）“趁热过滤”的目的：过滤除去溶解度小的杂质，减少被提纯物质的损失。

“趁热过滤”后，先向滤液中加入少量水，加热至沸腾，然后再“冷却结晶”出目标产物的原因：稀释溶液，防止降温过程中杂质析出，提高产品的纯度。

（7）加热（或增大压强）的目的：加快反应速率，促进平衡向某个方向（一般是有利于生成物生成的方向）移动。

（8）温度不高于某温度（或控制较低温度）的原因：温度过高某物质分解（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3等）或某物质挥发（如浓硝酸、浓盐酸）或某物质氧化（如Na2SO3等）或促进某物质水解（如AlCl3等）。有机实验控制温度可能要防止副反应的发生等。

（9）减压蒸馏（减压蒸发）的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止某物质受热分解（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3等）。

（10）蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解（如加热蒸发AlCl3溶液时需在干燥HCl气流中进行，加热MgCl2·6H2O 得到 MgCl2时需在干燥HCl气流中进行等）。

（11）配制某溶液前先煮沸水的原因：除去溶解在水中的氧气，防止某物质被氧化（如配制FeCl2溶液）。

4.“反应现象”类答题套路。

加入某试剂后的颜色变化，生成沉淀变化，沉淀是否溶解及溶解后溶液的颜色变化（即“海、陆、空”三个方面，只要有的，都要答出）。

5.化学实验中常见的“第一步”答题套路。

（1）托盘天平的使用——调平衡。

（2）点燃或加热可燃性气体——检验气体纯度。

（3）气体制取、气体性质验证等与气体有关的实验——检查装置气密性。

（4）滴定管、容量瓶、分液漏斗等有活塞或旋塞的玻璃仪器——检查是否漏水。

（5）用红色石蕊试纸、蓝色石蕊试纸、淀粉-KI试纸检验某些气体——润湿。但用pH 试纸测溶液的pH 时不能润湿。

（6）用化学方法检验、鉴别固体物质——取样，溶解。

对常见的答题“套路”心中有数，在考场上就能快速应答。但是答题切忌出现所谓的“万能回答”，如某一步骤的作用是除去杂质，就应该写清楚是“为了除去某杂质”，否则就会无谓失分。

三、典型“问题解决型”综合实验题的思维模型

1.以“物质制备”为背景的综合实验题思维模型。

2.以“实验探究”为背景的综合实验题思维模型。

3.以“工艺流程”为背景的综合实验题思维模型。

四、例析高考“问题解决型”综合实验题

1.以“物质制备”为背景，考查实验基础知识及综合性知识。

以“物质制备”为背景的综合实验题往往立足于实验基础，凸显对实验技能的考查。这类试题往往前半部分注重考查考生对基础知识（如基本操作、实验安全、产品保护、尾气处理等）的掌握情况，后半部分注重考查考生分析问题、解决问题的能力，如实验评价和实验设计能力。这类试题题型成熟，是经久不衰的常考题。

例1四氯化钛（TiCl4）是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。实验室以TiO2和CCl4为原料制取液态TiCl4的装置如图1所示（部分夹持装置省略）。

图1

已知：

①制取TiC14的反应原理为TiO2（s）+

②有关物质的性质如表1。

表1

请回答下列问题：

（1）仪器N 的名称是_____，仪器A 中盛装的试剂是____。

（2）检查装置气密性的方法是____。反应前通入N2的目的是____。

（3）装置B中热水的作用是____。

（4）欲分离D 中的液态混合物，所采用操作的名称是_____。

（5）TiCl4还可由TiO2、焦炭和氯气在加热条件下反应制得，同时有气体生成，请设计实验方案探究气体中是否同时含有CO 和CO2两种气体：_____。

解析：这实际上是一道信息题，题目展示的是制备TiCl4的整套装置，需要理解每一部分装置的作用。TiCl4易水解、易氧化的性质决定了在制备过程中要做到防水解、防氧化，保证反应在无氧无水环境下进行。反应前通入N2的目的就是排除装置中的空气，仪器A 球形干燥管中盛装固体试剂碱石灰、E中浓硫酸就是确保无水进入D 中。装置B中热水便于加速挥发逸出CCl4以气态形式和TiO2反应制取TiCl4。

答案：（1）圆底烧瓶 碱石灰（或其他合理答案） （2）关闭止水夹K，在装置E 中加入水浸没长导管下端，在水槽M 中加入热水，装置E 的长导管口有气泡产生，移去水槽M，一段时间后，导管中形成一段水柱，则说明装置气密性良好（或其他合理答案） 排除装置中的空气，保证反应在无氧无水环境下进行

（3）使CCl4汽化 （4）蒸馏 （5）将气体先通过澄清石灰水，干燥后再通入装有灼热CuO 的玻璃管中，若澄清石灰水变浑浊且玻璃管中有红色固体生成，则气体中同时含有CO 与CO2两种气体（或其他合理答案）

点评：制备实验有两种出题方式：一是展示各部分装置需要合理地连接成套，二是连好了整套装置说明各部分装置的作用。难点是能领悟出某些特殊个性化的装置或操作的创新之意。例如：防潮解、防氧化、防爆炸、防水解、防倒吸、防污染等。

2.以“实验探究”为背景，考查元素化合物知识及实验设计能力。

这类试题往往将科学探究的一般过程呈现出来，要求考生能分析并合理解释实验现象，运用实验的基本方法和技能，探寻化学变化的规律，这类试题已逐渐成为综合实验题的主流命题方向。

例2实验室以绿矾（FeSO4·7H2O）制备补血剂甘氨酸亚铁[（NH2CH2COO）2Fe]，有关物质性质如表2所示。

表2

实验过程：

Ⅰ.配制含0.10molFeSO4的绿矾溶液。

Ⅱ.制备FeCO3：将配制好的绿矾溶液与200mL1.1mol·L-1NH4HCO3溶液混合，反应结束后过滤并洗涤沉淀。

Ⅲ.制备（NH2CH2COO）2Fe：实验装置如图2所示（夹持和加热仪器已省略），将实验Ⅱ得到的沉淀和含0.20 mol甘氨酸的水溶液混合后加入装置C 中，然后利用装置A中的反应将装置C 中空气排净，接着滴入柠檬酸溶液并加热。反应结束后过滤，滤液经蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥得到产品。回答下列问题：

图2

（1）仪器E 的名称是_____。

（2）实验Ⅰ中：实验室配制绿矾溶液，将铁粉与稀硫酸混合时需要过量的试剂是_____。

（3）实验Ⅱ中：制备FeCO3的离子方程式为_____。

（4）确认C 中空气排尽的实验现象是____。

（5）加入柠檬酸溶液一方面可调节溶液的pH 促进FeCO3溶解，另一个作用是____。

（6）洗涤实验Ⅲ中得到的沉淀，所选用的最佳洗涤试剂是____（填序号）。

A.热水 B.乙醇溶液

C.柠檬酸溶液

（7）若产品的质量为17.34g，则产率为_____。

解析：（1）仪器E 为长颈漏斗。（2）Fe2+易被空气中的O2氧化为Fe3+而变质，所以实验室配制绿矾溶液时，需加入过量的铁粉。（3）根据电荷守恒、原子守恒完成离子方程式。（4）当装置C 中充满CO2后，CO2会进入装置D 中，使装置D 中的澄清石灰水变浑浊。（5）由题干中信息可知“柠檬酸具有强还原性”，故还可防止Fe2+被氧化。（6）由表格所给信息可知“甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇”，所以应选择乙醇溶液作为洗涤剂。（7）由题中数据0.10 molFeSO4、0.22 mol NH4HCO3、0.20mol甘氨酸，及反应原理可知（NH2CH2COO）2Fe的理论产量为0.10mol，即20.4g，所以产率为100%=85%。

答案：（1）长颈漏斗（2）铁粉H2O （4）D 中澄清石灰水变浑浊 （5）防止二价铁被氧化 （6）B （7）85%

3.以“工艺流程”为背景，重视实验与科学技术进步的联系。

以“工艺流程”为背景的综合实验题，常考查流程中涉及的关键物质的化学式、典型实验操作、重要的化学方程式或离子方程式、产物分析、方案设计及纯度计算。这类试题在高考化学综合实验题中出现的频率较高，已成为高考化学实验试题中的“成熟”题型。

例3烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一，为了监测其含量，选用如图3所示采样和检测方法。回答下列问题：

图3

Ⅰ.采样。

采样步骤：

①检验系统气密性；②加热器将烟道气加热至140 ℃；③打开抽气泵置换系统内空气；④采集无尘、干燥的气样；⑤关闭系统，停止采样。

（1）A中装有无碱玻璃棉，其作用是_____。

（2）C中填充的干燥剂是（填序号）___。

A.碱石灰 B.无水CuSO4

C.P2O5

（3）用实验室常用仪器组装一套装置，其作用与装置D（装有碱液）相同，在虚线框中画出该装置的示意图，标明气体的流向及试剂。

（4）采样步骤②加热烟道气的目的是_____。

Ⅱ.NOx含量的测定。

将V L气样通入适量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化为NO3-，加水稀释至100.00 mL。量取20.00 mL 该溶液，加入V1mLc1mol·L-1FeSO4标准溶液（过量），充分反应后，用c2mol·L-1K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2+，终点时消耗V2mL。

（5）NO 被H2O2氧化为NO3-的离子方程式是____。

（6）滴定操作使用的玻璃仪器主要有____。

（7）滴定过程中发生下列反应：

3Fe2++NO3-+4H+══NO↑+3Fe3++2H2O

Cr2O27-+6Fe2++14H+══2Cr3++6Fe3++7H2O

则气样中NOx折合成NO2的含量为____mg·m-3。

（8）判断下列情况对NOx含量测定结果的影响（填“偏高”“偏低”或“无影响”）

若缺少采样步骤③，会使测试结果____。

若FeSO4标准溶液部分变质，会使测定结果_____。

解析：（1）装置A 的名称为过滤器，其中装有无碱玻璃棉，可知其作用为除去烟道气中的粉尘。（2）碱石灰是碱性干燥剂，可能与NOx反应，所以不能使用。无水CuSO4吸水能力太差，一般不用作干燥剂。P2O5为酸性干燥剂，不与NOx反应。（3）与装置D（装有碱液）作用相同的装置为洗气瓶。（4）由于NOx易溶于水，加热烟道气的目的是避免水蒸气冷凝后，NOx溶于水中。（5）NO 被H2O2氧化为硝酸，根据得失电子守恒、原子守恒，可写出相应的离子方程式。（6）滴定中使用酸式滴定管（本题中的试剂都只能使用酸式滴定管）和锥形瓶。（7）由题意可得关系式NO2～NO-3～3Fe2+，设20mL 溶液中对应的NO2为x mg，则

（8）若缺少采样步骤③，装置中有空气，则实际测定的是烟道气和空气混合气体中NOx的含量，导致测定结果偏低。若FeSO4标准溶液部分变质，则会多消耗FeSO4标准溶液，导致测定结果偏高。答案：（1）除尘 （2）C （3）如图4所示。（4）防止NOx溶于冷凝水 （5）2NO+3H2O2══2H++2NO3-+2H2O （6）锥形瓶、酸式滴定管（8）偏低 偏高

图4

解题关键：通过分析流程图，理解每一个装置、每一个步骤的原理和作用，再结合题目中问题的提示进行解答。装置D 实际上不是为了测定含量而进行吸收，装置D 相当于是尾气吸收装置。

五、巩固练习

亚氯酸钠（NaClO2）是重要漂白剂，探究小组开展如下实验，回答下列问题：

实验Ⅰ：用如图5所示装置制取NaClO2晶体。

图5

已知：NaClO2饱和溶液在低于38 ℃时析出NaClO2·3H2O，高于38 ℃时析出NaClO2，高于60 ℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。

（1）用50%双氧水配制30%的H2O2溶液，需要的玻璃仪器除玻璃棒、胶头滴管、烧杯外，还需要____（填仪器名称）

（2）装置C的作用是_____。

（3）已知装置B 中的产物有ClO2气体，则装置B中反应的化学方程式为_____；装置D 中反应生成NaClO2的化学方程式为____，反应后的溶液中阴离子除了ClO2-、ClO3-、Cl-、ClO-、OH-外还可能含有的一种阴离子是_____；检验该离子的方法是____。

（4）请补充从装置D 反应后的溶液中获得NaClO2晶体的操作步骤。

①减压，55 ℃蒸发结晶；②_____；③_____；④_____得到成品。

（5）如果撤去D 中的冷水浴，可能导致产品中混有的杂质是_____。

实验Ⅱ：样品杂质分析与纯度测定。

（6）测定样品中NaClO2的纯度。测定时进行如下实验：

准确称量一定质量的样品，加入适量蒸馏水和过量的KI晶体，在酸性条件下发生反应ClO2-+4I-+4H+══2H2O+2I2+Cl-，将所得混合液稀释成100 mL 待测溶液。取25.00mL 待测溶液，加入淀粉溶液做指示剂，用c mol·L-1Na2S2O3标准液滴定至终点（已知：测得消耗标准溶液体积的平均值为V mL。

①确认滴定终点的现象是____。

②请计算所称取的样品中NaClO2的物质的量为____（用含c、V 的代数式表示）。

解题分析：（1）用浓溶液配稀溶液时还需要的玻璃仪器是量筒。（2）装置B 中发生气体反应，装置内压强会降低，所以装置C 的作用是安全瓶，防止D 瓶中溶液倒吸到B 瓶中。（3）由B 中产物之一ClO2气体判断出Cl化合价降低，则Na2SO3中S化合价需升高，判断出另一产物Na2SO4。利用得失电子守恒、原子守恒书写化学方程式，并确定还有H2O 生成。由D 中产物之一NaClO2判断Cl化合价降低，则H2O2为还原剂，化合价升高被氧化生成O2，利用得失电子守恒、原子守恒书写化学方程式，并确定还有H2O生成。装置B 中可能发生副反应生成SO2，在装置D 中被氧化生成SO24-。（4）从溶液中制取晶体，一般采用蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥的方法，但本题要注意控制温度。为防止析出NaClO2·3H2O，应趁热过滤，由题目信息可知，应控制温度38～60 ℃进行洗涤，在低于60 ℃时干燥。（5）由题目信息可知，如果撤去D 中的冷水浴，当温度高于60 ℃时NaClO2分 解 成NaClO3和NaCl。（6）①碘遇淀粉变蓝色，反应结束时，碘反应完全，所以滴加最后一滴Na2S2O3标准液时溶液蓝色恰好褪去且半分钟内不复原，说明到达滴定终点。②由题意可得关系式NaClO2～2I2～4S2O2-3，设样品中NaClO2的物质的量为x mol，则

NaClO2～2I2～4S2O2-3

1mol 4mol

0.25x mol c mol·L-1×V×10-3L

可得x=c·V·10-3。

参考答案：（1）量筒 （2）防止D 瓶溶液倒吸到B瓶中（或作安全瓶） （3）2NaClO3+Na2SO3+H2SO4══2ClO2↑+2Na2SO4+H2O 2ClO2+2NaOH+H2O2══2NaClO2+O2+2H2O SO24-取少量反应后的溶液，先加足量盐酸，再加氯化钡溶液，若产生白色沉淀，说明含有SO24-（4）②趁热过滤 ③用38～60 ℃热水洗涤 ④低于60 ℃干燥 （5）NaClO3和NaCl （6）①当滴入最后一滴标准液时，溶液蓝色恰好褪去且半分钟内不复原 c·V·10-3mol