理在教材中，题在教材外——高考实验命题素材来源分析

北京 李宏华

理在教材中，题在教材外
——高考实验命题素材来源分析

北京 李宏华

近几年高考试题内容多源于教材中的演示实验、学生实验及课后实验习题，但考题并不是简单的重复，而是通过对教材实验的原理、实验仪器、实验操作等进行深度挖掘，以改进实验装置和方法，变换问题的角度，结合题目提供的新信息进行命题，其改进和创新一般从以下四个角度进行：（1）教材实验仪器的创新使用。（2）教材中混合物分离方法的创新应用。（3）教材气体制备实验的创新改进。（4）教材实验的创新设计。

许多化学实验题目源于教材中的基本探究过程，但题目又高于教材。这类题目一般入手容易，但深入回答仍有一定的难度，每年的考题都有创新点。因此，高考实验命题的一贯原则是“理在教材中，题在教材外”。

一、教材实验仪器的创新使用

一般来说，每种化学实验仪器都有其相对固定的用途和使用方法，但仪器的创新类试题往往会打破常规，使化学仪器具有新的功能；实验仪器的创新使用一般体现为三个“一”：一个装置多种用途，一种用途的各种装置和一种仪器的多种用法。命题者选择不同组装方式，可得到不同的创新类试题，答题时只要弄清实验原理，明确某些不同装置可以起到相同的作用，创新也会变得简单。如启普发生器的创新设计：

____常规实验装置____________改进后的实验装置

【例1】（2016四川）CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。

【实验探究】该小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器略）。

请回答下列问题：

（1）仪器X的名称是_____________。

（2）实验操作的先后顺序是a→________→c（填操作的编号）

a．检查装置的气密性后加入药品

b．熄灭酒精灯，冷却

c．在“气体入口”处干燥HCl

d．点燃酒精灯，加热

e．停止通入HCl，然后通入N2

（3）在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C 中试纸的颜色变化是________。

（4）装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是_________________。

（5）反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质，根据资料信息分析：

①若杂质是CuCl2，则产生的原因是_______________。

②若杂质是CuO，则产生的原因是_________________。

【解析】（1）略。（2）加热CuCl2·2H2O制备CuCl，为防止生成的CuCl被空气中的氧气氧化和Cu＋水解，必须要先通入干燥的HCl气体赶走装置中的空气再加热，且要在HCl气流中加热制备，反应结束后先熄灭酒精灯，继续通入氮气直至装置冷却。（3）B中有白色变为蓝色，说明有水生成，产物中还有Cl2，所以C中石蕊试纸先逐渐变为红色，后褪色。（4）D中是Cl2和NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水。（5）①根据题给信息知若杂质是CuCl2，说明CuCl2没有反应完全，原因为加热时间不足或温度偏低；②若杂质是氧化铜，说明CuCl2水解生成Cu2（OH）2Cl2，进一步分解生成CuO，原因是通入HCl的量不足。

【答案】（1）干燥管 （2）c d b （3）先变红，后褪色（5）①加热时间不足或温度偏低 ②通入HCl的量不足

【源于教材】初中化学教材中介绍过漏斗，人教版必修1过滤装置中也使用到漏斗。但学生认识的漏斗仅是传统意义上的使用方法。苏教版必修1制备氯气的实验装置中介绍了多余Cl2的吸收方法及装置。

【高于教材】极易溶于水的气体（如HCl、HBr、HI、NH3等）凡与水溶液接触都要设置防倒吸的装置，除本题中用倒扣的漏斗防止倒吸外，还可以用下列装置代替。

二、教材中混合物分离方法的创新使用

教材中物质分离提纯的物理方法有：过滤、蒸发、结晶、蒸馏、萃取、分液、溶解、升华等。化学方法有：洗气法、加热分解法、生成沉淀法、生成气体法、转化法、氧化还原法等。使用这些方法时，先要搞清物质分离与提纯方法的原理，依据混合物中各组分的性质（如溶解性、熔沸点的高低、热稳定等）。确定分离提纯的方法，然后依据方法选择装置和操作，特别注意装置中典型仪器的用途和使用，如过滤中玻璃棒的作用，蒸馏时，温度计水银球的位置等。在应用化学方法分离和提纯混合物时，往往会与物理方法相结合，如用化学方法除杂中产生的沉淀，可通过物理方法“过滤”除去；因此，在对物质分离与提纯时往往是将物理方法和化学方法结合起来使用。

【例2】（2016海南）某废催化剂含58．2%的SiO2、21．0%的ZnO、4．5%的ZnS和12．8%的CuS。某同学用15．0g该废催化剂为原料，回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下：

回答下列问题：

（1）在下列装置中，第一次浸出必须用_____________，第二次浸出应选用_____________。（填标号）

（2）第二次浸出时，向盛有滤液1的反应器中加入稀硫酸，后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反，会造成____________。滤渣2的主要成分是_________________。

（3）浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是________________。

（4）某同学在实验完成之后，得到1．5g CuSO4·5H2O，则铜的回收率为________。

【答案】（1）D A （2）H2O2与固体颗粒接触分解SiO2（和S） （3）蒸发皿 （4）30%

【名师点评】实验题一定要分析实验目的和实验的关键问题。识别实验仪器和使用方法。掌握物质分离的方法和操作注意问题。掌握中和滴定的实验步骤：水洗→润洗→装液→读数→取液→读数→滴定→读数，通常实验重复2～3次，取平均值计算。在洗涤过程中注意滴定管要用待装溶液润洗，但锥形瓶不能润洗。注意读数要保留两位小数。

【源于教材】苏教版必修1教材中的蒸馏装置如图所示：

【高于教材】教材蒸馏装置中温度计水银球的位置要求在蒸馏烧瓶的支管口处，而本题在教材实验的基础上拓展为温度计水银球在支管口下方和上方的作用。要求学生理解在同一蒸馏烧瓶中，温度最高的是反应液、蒸气温度由下向上逐渐降低，只有理解了实验原理，才能准确回答题目中的问题。

三、教材气体制备实验的创新改进

气体制备历年都是高考的热点，主要考查内容为制取气体的反应原理、反应装置、净化方法、收集方法、尾气吸收方法。考试题型，既有单方面的选择题，又有气体制备和性质探究的综合性试题。经常考查的气体主要有O2、Cl2、CO2、SO2、NH3、NO、NO2等，因此，就有关气体制备的知识应挖掘教材中气体制备实验的内涵，分析产生现象的原因，变换角度思考（能否用其他方法或装置完成同一实验或类似的实验），培养考生多角度思考问题的习惯，注重“发散”和“求异”的思维，将教材气体制备实验进行合理的拓展、改进、创新，增强实验的综合性。

【例3】（2016全国Ⅰ）氮的氧化物（NOx）是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2，某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。回答下列问题：

（1）氨气的制备

①氨气的发生装置可以选择上图中的________，反应的化学方程式为____________。

②预收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→________（按气流方向，用小写字母表示）。

（2）氨气与二氧化氮的反应

将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2（两端用夹子K1、K2夹好）。在一定温度下按图示装置进行实验。

操作步骤实验现象解释原因打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中①Y管中②反应的化学方程式将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温Y管中有少量水珠生成的气态水凝集打开K2③④

【解析】（1）①在实验室中是利用固体碱消石灰与铵盐NH4Cl混合加热，故应选用A装置加热；②利用A装置制得的氨气，由于氨气是碱性气体，所以需要利用碱石灰进行干燥，然后再根据氨气的密度比空气小的性质，用向下排空气法收集，氨气是大气污染物，要进行尾气处理，可利用其在水中极容易溶解，用水作吸收剂进行尾气处理。（2）NO2具有强氧化性，NH3有强还原性，两者相遇，会发生反应产生氮气和水，根据电子守恒、原子守恒，可得反应的方程式，故①Y管内看到红棕色气体颜色变浅最终为无色，同时在注射器的内壁有水珠产生；③反应后由于容器内气体的物质的量减少，所以会使容器内气体压强减小。当打开K2后，烧杯内NaOH溶液在大气压强的作用下会倒吸入Y管内；④略。

【名师点评】制取气体的装置与反应物的状态有关，由固体混合物加热制取气体可以用略向下倾斜试管进行；固体混合或固体与液体混合不加热制取气体可以在锥形瓶中进行，也可以在烧瓶中进行。液体用分液漏斗或长颈漏斗中加入；若是液体与固体混合物加热制取气体，要在烧瓶中进行，同时为了受热均匀，应该垫上石棉网，判断装置连接顺序时，一般是按照：制取气体、除杂、干燥、收集、尾气处理。要根据除杂原则，采用适当的试剂除杂、干燥，根据物质的物理性质或化学性质进行气体的收集和尾气处理。对于极容易溶于水或某溶液的气体，尾气处理要注意防止倒吸现象的发生。会根据物质的性质判断反应现象。

【源于教材】实验室通常用固体NH4Cl和熟石灰混合共热的方法制取氨气，人教必修1教材给出了相应的化学方程式、实验装置及收集方法。

【高于教材】乙小组同学制取氨气的实验方案设计，反应原理及实验装置都超出了教材制取NH3的要求，是教材实验的拓展和创新。

（1）制取原理的创新：制取原理和化学平衡移动原理联系起来，若将NaOH固体换为生石灰，则可以从下面四点解释产生NH3的原因：①浓氨水的挥发性；②生石灰与水反应消耗水；③生石灰与水反应放热；④生石灰与水反应生成Ca（OH）2，增大c（OH－），使的平衡逆向移动。

（2）实验装置的创新：制取氨气不一定必须使用题中A装置，用题中B装置也可以制取氨气。同理，凡固体与液体反应不需要加热制取的气体均可以用B装置作为气体制取的发生装置。如O2：H2O2——MnO2；Cl2：KMnO4——浓盐酸；CO2：CaCO3——稀盐酸；SO2：Na2SO3——较浓H2SO4；NO：Cu——稀HNO3；NO2：Cu——浓HNO3。

四、教材实验的创新设计

实验设计的创新是建立在教材中实验的基础之上，没有基本的实验方法和技能就谈不上实验设计的创新，实验的创新包括新实验的设计和旧实验的改进。复习中要注意思考来源于教材上的验证性实验和探究性实验，理解命题的意图与考查方式，重在掌握解题方法与思路，也要学会思考实验装置上再添加或减去一些仪器或操作会有什么样的结果，在原装置上还可以做哪些改进，使装置设计更合理、更科学。在性质探究实验中，尾气处理装置、防倒吸装置等都是高考考查的热点，要理解其原理，选择或设计出更简便的装置。

【例4】（2016上海）乙酸乙酯广泛用于药物、染料、香料等工业，中学化学实验常用a装置来制备。

完成下列填空：

（1）实验时，通常加入过量的乙醇，原因是__________________________。加入数滴浓硫酸即能起催化作用，但实际用量多于此量，原因是__________________________；浓硫酸用量又不能过多，原因是_____________________________。

（2）饱和Na2CO3溶液的作用是_________________。

（3）反应结束后，将试管中收集到的产品倒入分液漏斗中，________、________，然后分液。

（4）若用b装置制备乙酸乙酯，其缺点有_________、________。由b装置制得的乙酸乙酯产品经饱和碳酸钠溶液和饱和食盐水洗涤后，还可能含有的有机杂质是________，分离乙酸乙酯与该杂质的方法是________。

【解析】（1）由于是可逆反应，因此加入过量的乙醇增大反应物浓度，使平衡向生成酯的方向移动，提高酯的产率。由于浓H2SO4能吸收生成的水，使平衡向生成酯的方向移动，提高酯的产率，因此实际用量多于此量；由于浓H2SO4具有强氧化性和脱水性，会使有机物碳化，降低酯的产率，所以浓硫酸用量又不能过多。（2）由于生成的乙酸乙酯中含有乙醇和乙酸，所以饱和Na2CO3溶液的作用是中和乙酸、溶解乙醇、减少乙酸乙酯在水中的溶解。（3）乙酸乙酯不溶于水，因此反应结束后，将试管中收集到的产品倒入分液漏斗中，振荡、静置，然后分液即可。（4）根据装置b可知由于不是水浴加热，温度不易控制，因此制备乙酸乙酯的缺点是原料损失较大、易发生副反应。由于乙醇溶液发生分子间脱水生成乙醚，所以由b装置制得的乙酸乙酯产品经饱和碳酸钠溶液和饱和食盐水洗涤后，还可能含有的有机杂质是乙醚，乙醚和乙酸乙酯的沸点相差较大，则分离乙酸乙酯与乙醚的方法是蒸馏。

【答案】（1）增大反应物浓度，使平衡向生成酯的方向移动，提高酯的产率（合理即给分） 浓H2SO4能吸收生成的水，使平衡向生成酯的方向移动，提高酯的产率 浓H2SO4具有强氧化性和脱水性，会使有机物碳化，降低酯的产率

（2）中和乙酸、溶解乙醇、减少乙酸乙酯在水中的溶解

（3）振荡 静置

（4）原料损失较大、易发生副反应 乙醚 蒸馏

【源于教材】人教版、鲁科版和苏教版教材《必修2》中乙酸乙酯的实验。

【高于教材】需要克服教材实验的缺点，提出改进的措施，这样才能保证所得产品的纯度。因此我们学习时，一定要把教材中所出现的实验装置（包括习题中出现的实验装置）进行思考、反思，把相关的知识进行整合、找出创新点，提高实验技能。

（作者单位：北京市顺义区第八中学）