再议“插空法”突破经典气体检验探究类实验题

湖南

(作者单位：湖南省常德市第一中学)

实验题是高考必考题型，该题有三大类型，分别为物质制备分离型、性质原理探究型和物质检验类性质探究型，其中物质检验类性质探究实验常用于确定物质的组成、化学反应原理，是认识化学世界的重要媒介。

1 高考背景

2019年11月份教育部考试中心发布《中国高考评价体系》和《中国高考评价体系说明》成为“后考纲”时代高考复习教学的重要参考文件。

从命题角度可以发现，改善试题陈旧、学生死记硬背和考“套路”等情况势在必行，而以真实情境为命题依据命制的实验题可最先被突破。笔者就近年来探究类实验题的考查进行总结，考查情况见表1。

表1 近五年高考探究类实验题的考查情况

由表可知，探究类实验由于难度较大，因此在各地的高考试题中并非作为必考题，但未来此类实验将是重要的命题方向，故在高三化学复习过程中，应构建相应的解题模型来解决此类问题。下面将介绍“插空法”解题模型，以期能够提高学生的解题效率。

2 “插空法”在气体类实验探究题中的应用

“插空法”的定义为“在解决要求某几个元素不相邻的问题时，可先将其他元素排好，再将指定的、不相邻的元素插入已排好元素的间隙或两端，从而将问题解决的策略。”这种解题方法思路清晰、简单易懂，需先将既定的模型“摆放”好，再根据需要在既定模型的前后、中间位置插入必要的模型。

对于检验气体产物的实验综合题，首先应明确所需检验气体的检验方法，再根据互不干扰的原则“摆放”好检验不同气体的装置，继而根据是否存在干扰将气体发生装置、净化装置、尾气处理装置等插入气体检验装置之间，具体如图1所示。

图1 “插空法”简易模型

气体物质检验类探究题有单一气体检验方法、混合气体检验顺序、常见气体的尾气处理等模型。掌握了这些模型，再使用插空法即可轻松解决气体检验类实验题。

2.1 各模块深度解读

2.1.1 模板区

“模板区1”主要指气体发生装置，一般为物质分解或供气装置。例如草酸或草酸盐的加热分解装置，样品往往被放置在硬质玻璃管中加热。该类装置可以通过阅读题干进行定位。

“模板区2”指的是各个物质的检验装置，按照严谨的顺序进行排序。为了确定气体检验的顺序，应通过气体之间的检验是否存在干扰来确定，例如水蒸气的检验一般在其他气体检验前进行，因此该区可能存在多种气体的检验。完成“模板区2”的基本思路如图2所示：

图2

2.1.2 插空区

插空区主要放在“模板区1”和“模板区2”以及“模板区2”中不同气体检验装置之间。“模板区”除了物质检验装置外，可能需要插空的是除杂装置，例如，若实验中产生了SO2和CO2等气体，其中SO2对CO2的检验有干扰，因此，检验时先将SO2除去，再检验CO2。

2.1.3 尾端区

尾端装置通常为尾气处理装置或防止外界空气中的物质进入而产生干扰的装置，因而该区要求落实常见物质的除杂方法。

2.2 必备基础知识

高考命题选取的素材往往具有“新”“真”等特点，但实质仍为对解决问题能力的考查。掌握气体检验类实验题需具备扎实的基础知识，主要包含常见气体的检验、吸收及混合气体检验方法等。

2.2.1 常见气体的检验及尾气处理

高中阶段常见的气体及其检验方法见表2。

表2 常见气体的检验方法

2.2.2 混合气体的检验

检验混合气体时，应先用除杂试剂排除干扰，再检验目标物质。如表3所示，笔者总结了实验题中常见的混合气体的检验方法。

表3 混合气体的检验方法

续表

3 典例剖析

【例1】(2015·全国卷Ⅰ·26节选)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1=5.4×10-2，K2=5.4×10-5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。回答下列问题：

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________。装置H反应管中盛有的物质是________。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是____________________。

【答案】(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验

(2)①F、D、G、H、D、I CuO

②H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊

【反思】通过“插空法”模型能够高效突破物质检验顺序的习题，插空的关键两点为“顺序”和“干扰”。

【例2】(2018·全国卷Ⅱ·28节选)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。回答下列问题：

(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物，按图4所示装置进行实验。

图4

①通入氮气的目的是___________。

②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，装置E中固体变为红色，由此判断热分解产物中一定含有________、________。

③为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是____________________。

④样品完全分解后，装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3，检验Fe2O3存在的方法是____________________。

【答案】(2)①排尽装置中的空气，使反应生成的气体全部进入后续装置 ②CO2CO ③先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气 ④取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3

【模型建构】

图5

【反思】对于装置较为完整的物质检验类探究题，按照由“模块区”→“插空区”→“尾端区”的分析顺序，能够迅速的分析出各个装置的作用。分析过程有2个要点。

其一：初步分析判断模板区1中发生的化学反应。

1.金属硫酸盐分解的一般规律：

含结晶水的硫酸盐→无水硫酸盐→金属氧化物+SO3→金属氧化物+SO2+O2。

2.硝酸盐热分解的三种情况：

3.草酸及草酸盐的分解：产物常含有CO、CO2等混合气体。

上述为物质分解的一般规律，最终将根据题干信息及装置共同分析为准。

其二：结合气体制备实验的相关知识进行解答。例如该题考查反应前通入N2的目的，往往是为了赶走空气，防止空气中O2氧化FeO；常见气体(除水蒸气外)与固体反应前，都将先进行干燥等。

4 结束语

“插空法”可高效突破“装置连接顺序设问”和“各装置作用分析”的气体性质探究实验题。

“插空法”不仅适用于气体检验的探究题，固体检验类同样适用。对于固体的检验，通常是先将固体物质溶解，转化为金属离子，而检验金属离子是检验固体物质的主要考查方向。解题思路为首先将“模板区2”“固体中各个离子的检验”进行落实，若题干只分析一种物质，则直接采用“插空区”方法排除干扰。若题干需检验多种物质，则需要应用“模板区”中的方法确定检验不同金属离子的顺序。若“模板区2”的作用为探究某种物质能否发生一种反应，例如探究NH3能否还原氧化铜，“模板区2”中除检验产物的装置外，还需有NH3与CuO的反应装置。笔者在《“插空法”巧解气体参与制备类实验综合题》一文中介绍了“插空法”如何突破“气体制备类”实验综合题。

“插空法”在实验题的分析过程中具有“先整后散、先散后整”特点，通过确定主干部分，再通过“插空”分析“枝干”，帮助学生建立良好的逻辑思维能力，同时也有助于帮助学生建构完整的实验知识体系，提升学生分析问题和解决问题的能力。