基于环保理念下的化学实验探究试题例析

刘 宇

(四川省泸州市泸县二中 646106)

4月8日至11日，中共中央政治局常委、全国人大常委会委员长栗战书率领全国人大常委会执法检查组在四川检查水污染防治法实施情况.检查组专程前往泸州市张坝桂圆林察看长江岸线修复保护情况.栗战书强调，四川是长江上游重要的生态屏障和水源涵养地，要落实好习近平总书记“共抓大保护，不搞大开发”的指示要求，走以生态优先、绿色发展为导向的高质量发展新路子.

新课程标准明确指出：学生应“具有节约资源、保护环境的可持续发展意识，从自身做起，形成简约适度、绿色低碳的生活方式”.在化学学习和生活中，学生都能近距离的接触到化学，接触到污染，尽早的树立学生的环保意识，强化学生运用所学知识解决环保问题至关重要.

一、关注环境保护的定量实验探究试题

化学学科教学要培养学生“能通过定性分析和定量计算推出合理的结论”.高中化学实验要求学生通过滴定法、化学方程式法等方法定量的计算化学数据，学生计算出空气或者水体样品中某种粒子的含量数据，如：COD(化学需氧量)、BOD(生化需氧量)等，通过该数据与环境(人体健康)能承载的最大数据指标进行对比，形成空气或者水体的质量报告.

例1近期，我国个别企业违法排污导致地下水严重污染又成为媒体焦点.对水的质量监控有很多指标，其中水中溶解氧(DO)的多少是衡量水体自净能力的一个指标.某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧.实验步骤及测定原理如下：

1.取样、氧的固定

用溶解氧瓶采集水样.记录大气压及水体温度.将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合，反应生成MnO(OH)2，实现氧的固定.

2.酸化、滴定

回答下列问题：

(1)取水样时应尽量避免扰动水体表面，这样操作的主要目的是____.

(2)“氧的固定”中发生反应的化学方程式为____.

(3)取100.00 mL水样经固氧、酸化后，用amol·L-1Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示剂，终点现象为____；若消耗Na2S2O3溶液的体积为bmL，则水样中溶解氧的含量为____mg·L-1.滴定结束后如果俯视滴定管读取数据，导致测定结果偏____.(填“高”或“低”)

(4)Na2S2O3溶液不稳定，需使用前配制和标定.预估实验需要使用75mL的Na2S2O3溶液，则配制该溶液所必需的仪器有天平、烧杯、玻璃棒和____.

(3)蓝色刚好褪去 80ab低

(4)100 mL容量瓶、胶头滴管

试题分析(1)扰动水体表面会引起水样中溶解氧的逸出，还会使水底还原性杂质进入水样.

(4)配制75mL的Na2S2O3溶液，根据“大而近”的原则，应选用100mL容量瓶.由固体配制物质的量浓度溶液的实验步骤为：计算→称量→溶解→冷却→转移→洗涤→初步振荡→定容→摇匀→装瓶贴标签，根据实验步骤所必需的仪器有天平、烧杯、玻璃棒、100mL容量瓶、胶头滴管.

例2硫酸工业尾气中二氧化硫的含量超过0.05%(体积分数)时必需经处理后才能排放.某校化学兴趣小组欲测定某硫酸工厂排放尾气中二氧化硫的含量，分别采用以下方案：

甲方案如下图所示，图中气体流量计B用于准确测量通过的尾气体积.将尾气通入一定体积已知浓度的碘水中测定SO2的含量.当洗气瓶C中溶液蓝色消失时，立即关闭活塞A.

(1)洗气瓶C中导管末端连接一个多孔球泡D，其目的是____.

(2)洗气瓶C中的溶液还可以用其他试剂代替，如酸性高锰酸钾溶液，你认为选择酸性高锰酸钾溶液的理由有____.

(3)洗气瓶C中溶液蓝色消失后，若没有及时关闭活塞A，则测得的SO2含量____(填“偏高”、“偏低”或“无影响”).若某实验小组同学测得的SO2含量总是偏低，可能的原因是____.(假设实验装置、测量仪器、药品和实验操作程序均合理)

乙方案实验步骤如下面流程图所示：

(4)写出步骤②中反应的化学方程式____.

(5)步骤③中判断沉淀已经洗涤干净的方法是____.

(6)实验中若通过的尾气体积为33.6L(已换算成标准状况)，最终所得固体质量为0.233g，试通过计算确定该尾气中二氧化硫的含量是否达到排放标准(写出计算过程).

答案:(1)增大气体与溶液的接触面积，有利于SO2与碘水充分反应

(2)酸性高锰酸钾溶液能够充分吸收SO2并与之反应，反应终了时现象易于观察(或其他合理答案)

(3)偏低 通入尾气速率过快，SO2吸收不充分

(5)取最后一次的洗涤液少许，用pH试纸测量pH或加入Na2SO4溶液，看是否有浑浊出现(或其他合理答案)

(6)由硫守恒可知n(SO2)=n(BaSO4)=0.001 mol，得到SO2的体积分数为0.067%大于0.05%，未达标

试题分析(1)多孔球泡D能增大气体与溶液的接触面积，有利于SO2与碘水充分反应.

(2)酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，能充分吸收SO2并与之反应，且酸性高锰酸钾溶液显紫红色，反应终了时现象易于观察.

(3)洗气瓶C中溶液蓝色消失后，若没有及时关闭活塞A，则导致通过的气体偏多，导致测得的SO2含量偏低.测得的SO2含量总是偏低，可能的原因是通入尾气速率过快，SO2吸收不充分引起的.

(5)步骤③中判断沉淀已经洗涤干净的方法可以是沉淀法，也可以通过测量溶液的pH，即取最后一次的洗涤液少许，用pH试纸测量pH或加入Na2SO4溶液，看是否有浑浊出现(或其他合理答案).

考向分析体系中某种粒子含量的测定，首先均是进行取样，预处理后或进行滴定、或通过某个化学反应，定量计算体系中该粒子的定量关系，主要考查学生的化学实验基本操作、化学计算能力，帮助学生建立解决问题的基本方法，同时兼顾数据指标的对比，强化学生的环保意识.

二、落实环境保护的微型实验改进试题

化学学习要逐步引导学生“能依‘绿色化学’思想和科学伦理对化学过程进行分析，做出决策”，“能结合物质的性质，涉及探究方案”，改进或优化化学实验装置.教师在实验课堂或实验试题处理过程中加强对学生的引导，帮助学生树立“绿色化学”观念.

例3“封管实验”具有简易、方便、节约、绿色等优点，下列关于四个“封管实验”(夹持装置未画出、I2固体易升华)的说法正确的是( ).

A．加热时，①中封管内固体消失

B．加热时，②中溶液变红，冷却后又变为无色

C．加热时，③中溶液变红，冷却后红色褪去，体现SO2的漂白性

D．加热又冷却的过程中，①④属于物理变化，②③属于化学变化

答案:C

试题分析①氯化铵不稳定，加热分解生成氨和氯化氢，温度稍低时又生成氯化铵，则封管内固体不消失，A项错误；②加热时氨逸出，溶液的颜色为无色，冷却后氨气溶解溶液变为红色，B项错误；③加热后二氧化硫逸出，溶液呈红色，冷却后二氧化硫又将品红溶液漂白，C项正确；氯化铵的分解生成氨和氯化氢，有新物质生成，为化学变化，D项错误.

能力提升“封管实验”主要针对实验过程中可能会产生破坏环境的有毒有害物质生成的反应，将反应在密闭体系中完成，这样就阻止了这些物质与环境的接触，这样的小微改进实验在化学实验教学中被广泛的使用.例如制备并检验SO2的氧化性实验，也可以在右图Y型试管中密封进行.

三、培养环境保护意识的实验设计试题

学生应具备“依据物质的性质及其变化认识污染物的成因，主要的危害及防治措施”，熟练掌握常见污染物对环境的影响，能通过合适的方法进行防治，通过高中学生实验试题中尾气处理的设计、原理分析等，“强化公众共同参与环境治理的责任”.

例4下图是实验室制备四氯化硅的装置示意图.已知：四氯化硅遇水极易反应.

请回答下列问题：

(1)写出装置A中发生反应的化学方程式____.

(2)干燥管F中碱石灰的作用是____.该组实验装置中存在的缺陷是____.

(2)防止空气中的水蒸气进入H装置与四氯化硅反应 缺少吸收多余氯气的装置，导致污染环境

(2)防止空气中的水蒸气进入H装置与四氯化硅反应；氯气有毒，不能直接排放空气中，缺少吸收多余氯气的装置，导致污染环境.

例5汽车尾气含氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(CxHy)、碳等，直接排放容易造成“雾霾”.因此，不少汽车都安装尾气净化装置(净化处理过程如图).下列有关叙述，错误的是( ).

A．尾气造成“雾霾”与汽油未充分燃烧有关

B．尾气处理过程，氮氧化物(NOx)被还原

C．Pt-Rh催化剂可提高尾气净化反应的平衡转化率

D．使用氢氧燃料电池作汽车动力能有效控制雾霾

答案:C

试题分析汽油未充分燃烧可增加氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(CxHy)、碳等的排放，可造成“雾霾”，A项正确；尾气处理过程中，氮氧化物(NOx)中氮元素化合价降低，得电子，被还原，B项正确；催化剂只改变化学反应速率，不会改变平衡转化率，C项错误；使用氢氧燃料电池作汽车动力能减少含氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(CxHy)、碳等的排放，能有效控制雾霾，D项正确.

考向探析尾气处理装置(试剂)、原理的分析逐渐成为新的考试热点，很多化学实验过程都涉及有毒有害气体的排放，在化学实验试题中涉及尾气处理的装置、尾气处理的原理等内容，引导学生在化学实验过程中关注环境换题，提升环保意识，“在实践中增强社会责任感”.