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規律·方法之如何攻破實驗題

實驗題在理綜化學中獨佔一道大題,可謂位高權重。但都說自古真情留不住,唯有套路得人心,要問用套路做哪種題最容易?答案當屬實驗題。你只要是個社會好青年,熟背社會主義核心價值觀,就不會出現太大的問題!

什麼是實驗題?就是你要做實驗去製備某些物質(製備實驗)或驗證某些物質的性質(性質實驗)!首先你要遵循自然規律,做的實驗要符合常識;其次你還要遵守實驗規則,別動不動整倒吸了,整炸了,成了第二個諾貝爾;最重要的是你要知道你想制出來啥,你不能製備出一坨綠色的物質,看著好玩研究研究吧,把你的產物給扔一邊了,正常人都不會這麼干!所以剛才說只要背過核心價值觀了都沒大有問題,就是這個理。閑話少說我們主要來看看製備實驗的劃分:

按題型來分,分為無機實驗和有機實驗。針對有機物與無機物的特點不同,實驗裝置也有很大的差別。同學們要熟記常見的實驗裝置,無機用哪些有機用哪些。

按產物性質來分,分為製備已學過的物質和製備未學過的物質,我們稱後者為信息題,其難度要低於前者。

敲黑板劃重點!!!

讀題先讀題干,從題幹得知要製備的物質,方法流程,思考製備原理,重點是了解你沒學過的物質。舉個例子,如果題干說某物質不溶於冷水而溶於熱水,你就要考慮題目會不會用重結晶的方法來提純,可能性非常大;如果題干說某物質高溫易分解,你就要考慮題目中十有八九會有一個控制溫度的填空;如果提干說某物質僅溶於非極性有機溶劑,你就要考慮是否給你一堆有機或無機溶劑,讓你判斷用哪個溶劑來收集該物質……從題中最重要的是要讀出物質性質以及可能的出題點,其次才是整個製備的過程。可以說,有很多題,不用管如何製備的,只要抓緊目標產物的性質,按步驟做題,稀里糊塗也全做對了,到最後也不明白是怎麼製備的,這是一些學生親口說的,可見審題之重在於性質而不在於製備流程。當然,這個性質是指所有物質的性質,不能光看產物,反應物的性質也要注意。理清製備過程是便於你疏導裝置順序,明白每一步要做什麼,就很容易組建一套裝置,即便讓你自主設計一個實驗(探究性問題),你也可以很方便地按照你的實驗原理來設計。

對於一個完整的性質實驗來說,過程應該是提出問題,提出假設,設計實驗驗證假設,得出結論。而對於一個完整的製備實驗來說,過程應該是鎖定目標產物,設計方便易得的原料及符合科學規律的實驗原理,考慮實驗藥品的性質,營造最合適的實驗環境(包括反應場所、使用儀器、氣體環境等),準備產物的收集。同學們在做題之前,也要按照這樣的思路去思考每一個實驗,同時得到一些隱含的信息。

完整的製備實驗裝置包括:(進料裝置)、反應裝置、產物除雜裝置、產物乾燥裝置、產物收集裝置、尾氣處理裝置、(保護裝置)。每一個裝置都有其獨特的用途,按照前後順序依次連接,不可顛倒。如在實驗室製備氯氣的試驗中,可以看到如下裝置:

分工明確,進料裝置:分液漏斗(思考分液漏斗的作用及使用方法,要不要插入液面以下?),反應裝置:被加熱的圓底燒瓶,產物除雜裝置:飽和食鹽水,產物乾燥裝置:濃硫酸,產物收集裝置:集氣瓶,尾氣處理裝置:氫氧化鈉溶液(這個裝置畫的不好,想想為什麼?)。

每個裝置都是為了你能製備成功!沒有唱反調的!明白嗎?思考某裝置用途的時候一定往好處想,不怕想不出來!很多同學說這種題沒思路,你先明白每一個裝置都是為了什麼!

進料裝置:這個不用說的一個用途就是進料,但,不只是進料!還有可能會給你花式進料!想想為什麼!比如把氣體加熱再通過一個溶液再進入反應裝置,如下圖:

(這圖我看了想打人,沒辦法,忍忍吧)

你就要思考是不是為了蒸出溶液中的某些易揮發或沸點低的物質(如圖中的Br2)來參與反應!再比如一個反應需要兩種氣體進行反應,通入氣體的時候先通入一個油瓶里,如下圖,是在幹啥?

很多同學可能想不到這一點,通過觀察氣泡來控制兩氣體的通入速度!為什麼要控制速度?舉個很簡單的例子:Cl2和SO2氣體混合通入S的二硫化碳中(跟上圖無關),要控制氣體比為1.5:1才可以製得高產率的SOCl2,如果氯氣通入過快過多,會把SOCl2氧化成SO2Cl2,因此必須要控制氣體的通入速度,通過觀察氣泡來控制。

反應裝置:提供反應所需的場所。這裡要注意的是如何書寫製備方程式,看準物料思考原理之後根據氧化還原等思維書寫。

除雜裝置:除掉雜質保留所需成分。這是最容易出題的地方,你要充分考慮會出現什麼雜質,包括考慮原料的雜質,副反應產生的雜質,體系殘留的雜質等等,然後一一應對。根據所學知識選擇適宜的除雜試劑,標準是不能溶解所需產物也不能與所需產物起反應,也就是對所需產物呈惰性。最好是還能生成所需產物,如用石灰石製備CO2的時候,除雜用的是飽和NaHCO3溶液,與雜質HCl反應就可生成所需要的CO2。

這裡要說明一點的是,除雜過程有時是要考慮順序的,比如海水製鹽過程中,一定要把純鹼放在後面加入,因為可以被之後加入的鹽酸反應掉,同時不會出現溶液中還剩有未反應的Ca離子這種情況。但一般情況下,只要保證把乾燥過程放到最後,前面的除雜過程順序無所謂。

乾燥裝置:除掉產物中攜帶的水。這有可能是反應產生的,也可能是從溶液中帶出來的水蒸氣,無論如何,考點就一個:用什麼方法除水。不同的物質對應著不同的乾燥方法,濃硫酸、無水氯化鈣、鹼石灰、五氧化二磷供你選擇。這些在一般的輔導資料中都會有,這裡不贅述,但要說明一點,有機物除水慎用濃硫酸和五氧化二磷。五氧化二磷是很強的脫水劑,會使有機物發生脫水反應,而濃硫酸會使有機物碳化

收集裝置:將產物收集以便保存使用。如果是氣體,根據氣體物理性質不同可以選擇排水法和向上(下)排空氣法,有時,也會用溶劑吸收儲存。如果是液體和固體,簡單收集好就可以,因為製得的均為粗產品,還未經過精製提純。如果題目有提純的步驟,無非就是蒸發濃縮冷卻結晶重結晶(得固體),或者萃取分液(得液體或固體)。還有個常規方法叫蒸餾精餾,奇葩一點的方法還有加入活性炭除雜除色素。這些步驟記好,唯一目的就是得到更純粹的產物,我們的眼睛裡容不下雜質!洗滌乾燥一般會用某鹽溶液和酒精溶液混合配製洗滌液,若問為什麼,回答就五個字:降低溶解度

尾氣處理裝置:除掉反應產生的尾氣,可以是反應產生的副產物,可以是體系自帶的物質,可以是貫穿整個裝置的流動氣體環境。不日木炭還原氧化銅實驗,會源源不斷產生一氧化碳!如果不及時處理,做完實驗你就成了殺人犯!正確的做法是將CO作為燃料通到酒精噴燈上進行燃燒。該裝置的目的大於等於一個,最簡單的就是說保護環境不排放化學廢氣。還有就可以寫用尾氣製備化工產品廢物利用;用尾氣做能源倡導了綠色化學等等,只要誇他好就可以!

這裡扔出一個套路,如果在整套裝置最前面或最後面不多不少正好多出來一個洗氣瓶,十有八九是保證反應要在無水(或CO2或無……反正肯定是要除掉一些東西)的環境中進行,比如前面有一個濃硫酸,目的就是保證乾燥的實驗環境;如果前面放的是氫氧化鈉,目的就是保證氣流中無CO2等等。

俗話說知己知彼百戰不殆,如果你很清楚老師要考你什麼,你就有準備去應對。同學們在平時做題時如果細細觀察,會知道出題點大致為下面這些地方:

抓好這六點,看清楚問題是屬於哪個出題點,針對性地去解決。

考查名稱的問題沒有技術難度,只要平時多加積累,考試不會出現不會做的情況。洗氣瓶,長頸漏斗這些術語必須熟記,沒記住的同學去翻書,附錄中絕對有。

連接順序題目,分兩種,簡單點的是儀器的組裝順序,難點的就是哪個口和哪個口的連接順序。前者一般不會出問題,你只要按照上面所述的流程:(進料裝置)、反應裝置、產物除雜裝置、產物乾燥裝置、產物收集裝置、尾氣處理裝置、(保護裝置)走一遍,就基本不會填錯。關於連接點的問題呢,一定要注意幾點:洗氣瓶都是長管進短管出;氣體收集按照密度選擇長短管,向排空氣就長管進,向排空氣就短管進;乾燥裝置一定都是尖嘴出,這個再弄反了你就真奇葩了;如果是玻璃管內加熱的那種裝置,堵上棉花的一端是出口,因為防止氣體把固體衝散衝出;有時候乾燥等除雜裝置需要重複連很多次,目的是檢驗該物質是否除盡,如:

氣體無水硫酸銅濃硫酸無水硫酸銅,第二個無水硫酸銅的作用是檢驗前面的濃硫酸是否已經將氣體中的水除盡,一定不要忽略這裡。

方程式問題,只要是化學考試就必須出現的問題,已經是老生常談,在實驗題中還算比較簡單,因為原料和產物都已經在題中告訴你,你需要做的只是拼拼湊湊寫出來剩餘的東西就OK,這一點相信難不倒同學們,我們之前也有很多關於寫方程式技巧的文章,同學們結合著看一看。

最困難的地方到了,某裝置/試劑的作用或某裝置中應放什麼試劑。這種題是最讓學生摸不著頭腦的,有的題甚至不知道怎麼答,完全沒有思路!之前看過一個笑話,說讓學生做閱讀理解的時候充分揣摩出題人的意圖,結果學生來了一句:「他想讓我死!」當然我們做實驗題肯定不用去揣摩出題人的意圖,因為閱讀理解完全是作者大腦活動的產物,而科學實驗完全是遵循客觀規律的。我們只要充分考慮其目的,就可以找到大致的答案。實在不行你可以反過來想,如果沒有這個儀器(或試劑),這個反應會不會失敗?失敗是因為什麼?這樣再去考慮題目,會簡單很多。

不信?拿個題來看看:

在常溫下,TiBr4(四溴化鈦)是檸檬黃色晶體,沸點為230℃,可用作有機反應的催化劑。由C、Br2和TiO2(熔點為1560~1580℃)製取TiBr4的裝置如圖所示。(CO2不參與反應)

(1)I中濃硫酸的作用是。

(2)Ⅲ中生成TiBr4及CO的化學方程式為。

(3)Ⅲ、IV的連接處有檸檬黃色晶體凝結,對其處理的方法是。

(4)反應結束後,加熱熔斷連接管Ⅳ,則該過程中M處連接的儀器是(填名稱)。

在題干中提取關鍵詞:四溴化鈦的顏色物性都告訴我們了,用什麼製備也告訴我們了,製備原理我們也就清楚了。後面又說CO2不參與反應,那它的作用我們也就明確了。

一般來講,外加的與反應無關的氣體的作用有三個:

u實驗開始前排凈影響實驗的空氣

u實驗過程中運輸反應氣體

u實驗結束後將相關氣體驅趕到相關吸收裝置中

在這裡,我們觀察圖中是需要把Br2吹進反應體系中的,所以CO2的作用就是第二條,實驗過程中運輸反應氣體。

我們繼續看圖,在整個反應體系前面,有一個洗氣瓶,想到我講過什麼嗎?這個瓶子一定是除掉某些東西的。我們看到後面反應要在數百甚至上千度的環境下進行,前面的氣體肯定是要除盡水蒸氣的,第一個問題也就解決了~

反應物:C、Br2、TiO2,生成物:TiBr4、CO,告訴我們這些信息之後讓我們寫出反應方程式,這無非就是個配平的問題!

2C+2Br2+TiO2=高溫=TiBr4+2CO,按照原子守恆,立馬就寫出來了,這不難吧~

從圖中可以看到,製備出的四溴化鈦通過一個細玻璃管流入圓底燒瓶中,那麼如果由於溫度不夠高,四溴化鈦已經凝結,玻璃管內出現檸檬黃色晶體,堵塞了通道,反應就要發生危險。處理方法也很簡單,既然加熱就可以將固體變為液體,那我們給它懟上一個酒精燈就好啦~

最後一問,也就是上述的作用或裝置題了。這兩類題目問的都是一個意思,用什麼裝置才能達到目的,或者用某裝置的目的是什麼,其關鍵都是你要找到他這麼做的目的。我們看,反應結束之後,大量產物都集結在圓底燒瓶中,這個時候需要熔斷那根玻璃管。那麼M處要鏈接什麼裝置呢?很多同學可能對這裡一頭霧水,不知道如何作答。這裡需要一點常識,熔斷玻璃管那可是普通酒精燈做不到的,需要用到噴燈才可以,溫度可達上千度。這種情況下,想保證圓底燒瓶里的物質安然無恙,那可有點難度,畢竟題目中已經說明,四溴化鈦的沸點只有230℃。你想想,我們辛辛苦苦製備的四溴化鈦,如果因為後續處理不當,全部跑掉,那會是多大的損失啊!這時我聽見有人說「你把瓶口封起來不就沒事了嘛」,這樣是很危險的!高溫狀態下在封閉空間內對液體加熱,如果液體氣化速度過快,會引起玻璃儀器炸裂,這就是炸彈!所以最安全可行的辦法就是在M處連接一個冷凝管,讓蒸上去的TiBr4蒸汽冷凝迴流下來,你看,這樣問題不就解決了嗎~

所以,對於實驗題來說,仔細考慮步驟的目的是很關鍵的,這直接決定你能不能儘可能拿到全部的分數。在做題的過程中,三分做七分讀,審好題目再作答,避免粗心出現大問題。實驗題做得多了,你就會發現,其實實驗題是很好得分的,不要懼怕,形成套路來應對,就能笑傲題海!


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