付海蘭 孫曉春

摘要：從分析學(xué)生化學(xué)高考全國甲卷27題的答題情況出發(fā)，呈現(xiàn)試題并分析試題考查學(xué)生的化學(xué)學(xué)科能力，確定教師在化學(xué)實驗教學(xué)時的方向。連接大學(xué)實驗學(xué)習(xí)中冷凝回流、重結(jié)晶等知識點的同時嘗試通過重現(xiàn)實驗找到最佳實驗條件，為一線教師提供高中化學(xué)實驗教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：化學(xué)高考：實驗題；重結(jié)晶：冷凝回流

文章編號：1008-0546（2023）10-0078-06

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/1 .issn.1008-0546.2023.10.016

2022年高考結(jié)束后，化學(xué)高考全國甲卷27題的答案成了各微信平臺上討論的熱點。為了學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展，組織高二年級X班65人對2022年化學(xué)高考全國甲卷27題進行答題，將學(xué)生的答題情況按照認識角度、思路與方法進行歸納整理如表1所示，判斷學(xué)生對于物質(zhì)分離提純實驗的知識、技能和素養(yǎng)的發(fā)展水平，確定教師化學(xué)實驗教學(xué)的側(cè)重點。對學(xué)生的答題情況進行分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生思維靈活，但答題角度單一、零散，缺乏系統(tǒng)性思維。其中，學(xué)生的失分點在于：一是文字表達的邏輯性、規(guī)范性和精簡性差；二是學(xué)生無法運用已有的知識和能力統(tǒng)籌分析陌生實驗的原理和裝置，不能模擬陌生實驗的進行并解決其中可能出現(xiàn)的問題。比如第（2）問第一空關(guān)于為什么不用沸石？第（3）問第一空不能長時間加熱回流的原因，是學(xué)生0分率最高的兩個空。究其原因，是教學(xué)中沒有認真落實課標和教材要求的實驗，同時缺少有機實驗以及和大學(xué)實驗的連接，導(dǎo)致學(xué)生書面答題成績不理想。教師應(yīng)創(chuàng)造條件讓學(xué)生動手實驗獲得直接經(jīng)驗，在實驗中感受實驗是一個系統(tǒng)，關(guān)注實驗的過程性、發(fā)展學(xué)生實驗操作和實驗表述等基本實驗素養(yǎng)。[1]

一、原題呈現(xiàn)

（2022年化學(xué)高考全國甲卷27題）硫化鈉可廣泛用于染料、醫(yī)藥行業(yè)。工業(yè)生產(chǎn)的硫化鈉粗品中常含有一定量的煤灰及重金屬硫化物等雜質(zhì)。硫化鈉易溶于熱乙醇，重金屬硫化物難溶于乙醇。實驗室中常用95%乙醇重結(jié)晶純化硫化鈉粗品?；卮鹣铝袉栴}：

（1）工業(yè)上常用芒硝（Na2SO4·IOH2O）和煤粉在高溫下生產(chǎn)硫化鈉，同時生成CO，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____。

（2）溶解回流裝置如圖1所示，回流前無須加入沸石，其原因是_____?；亓鲿r，燒瓶內(nèi)氣霧上升高度不宜超過冷凝管高度的1/3。若氣霧上升過高，可采取的措施是______。

（3）回流時間不宜過長，原因是____ 。回流結(jié)束后，需進行的操作有①停止加熱②關(guān)閉冷凝水③移去水浴，正確的順序為

（填標號）。

A． ①②③ B．③①② C．②①③ D．①③②

（4）該實驗熱過濾操作時，用錐形瓶而不能用燒杯接收濾液，其原因是_____。過濾除去的雜質(zhì)為_____。若濾紙上析出大量晶體，則可能的原因是

。

（5）濾液冷卻、結(jié)晶、過濾，晶體用少量____洗滌，干燥，得到Na2S．xH2O。

二、試題分析

長時間以來，中學(xué)化學(xué)教師將中學(xué)無機實驗中特別是氣體制備的實驗作為中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的核心部分，而缺少有機化學(xué)實驗的基本操作和動手能力的培養(yǎng)。隨著新課標化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提出，將化學(xué)實驗考查的落腳點從“生產(chǎn)某種產(chǎn)品的化學(xué)原理是什么”和“主要反應(yīng)物獲得產(chǎn)物的系統(tǒng)”轉(zhuǎn)向“如何利用化學(xué)原理，解決真實條件下速率和產(chǎn)率的問題”和“實驗裝置系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用”。即高考化學(xué)實驗試題向著“無機、有機實驗一家親”改革，注重考查實驗的整體性、過程性、實操性。以大學(xué)基礎(chǔ)實驗、科研成果等真實情境為背景，讓學(xué)生基于對物質(zhì)性質(zhì)的了解，選擇原理、裝置、操作來進行物質(zhì)的分離提純實驗，考查學(xué)生對實驗知識和方法的認知理解、重構(gòu)和再運用。

命題人從實驗原理、實驗裝置和操作步驟與安全措施來設(shè)計問題，以在實驗室中利用常見藥品制取目標產(chǎn)物的原理為素材，以研究有機化合物的一般方法分離提純中的“重結(jié)晶”作為實驗的關(guān)鍵方法創(chuàng)設(shè)了一個學(xué)生既熟悉又陌生的情境。用常見有機化合物的分離提純方法精化無機化合物，強調(diào)了學(xué)生運用化學(xué)知識預(yù)測和系統(tǒng)思考能力。多了“為什么”“怎么做”的問題，例如試題中出現(xiàn)4處“……的原因是……”的填空，分別從實驗準備、實驗操作、裝置選擇、現(xiàn)象分析等不同角度讓學(xué)生對真實情況下實驗室制備硫化鈉的過程中處處小而關(guān)鍵問題進行思考。“怎么做”填空有3處分別是“……可采取的措施……”屬于開放性問題，可多角度答題；“……需進行的操作的正確順序……”考查基本的實驗操作；“用……洗滌”考查根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)分析選擇試劑。具體考查的化學(xué)學(xué)科能力如表2所示，著重考查學(xué)生整合信息、解決問題和實驗?zāi)芰Α?/p>

總之，物質(zhì)的分離提純考查思路如圖2所示，考查學(xué)生根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)，結(jié)合實驗裝置和環(huán)境的分析，從物理和化學(xué)的角度剖析操作原理或給出具體操作步驟、原因的綜合實驗素養(yǎng)。本題考查實驗中應(yīng)急處理、實驗安全意識、實驗規(guī)范操作，強調(diào)實驗基本素養(yǎng)和高中大學(xué)銜接，沒有真正做過該實驗，很難找到答題的方向。

三、大學(xué)實驗相關(guān)知識分析

重結(jié)晶的一般過程是將不純的固體有機物在溶劑的沸點或接近于沸點的溫度下溶解在溶劑中，制成接近飽和的濃溶液，若固體有機化合物的熔點較溶劑沸點低，則應(yīng)制成在熔點溫度以下的飽和溶液。過濾此熱溶液以除去其中不溶性雜質(zhì)；將過濾液冷卻，使結(jié)晶從飽和溶液中析出。最后，經(jīng)過過濾、洗滌等操作得出所要晶體。

以王清廉，李瀛，高坤等人修訂，蘭州大學(xué)編的有機化學(xué)實驗（第三版），[2]本書約有近一半的實驗涉及到冷凝回流和重結(jié)晶，而重結(jié)晶是從復(fù)雜的混合物中分離提純出所需物質(zhì)的重要手段?；A(chǔ)有機化學(xué)實驗中關(guān)于重結(jié)晶的操作、裝置、條件、要點如表3所示。

綜合以上分析，重結(jié)晶是大學(xué)物質(zhì)分離提純實驗中的重要手段，掌握重結(jié)晶的實驗技能是學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)發(fā)展實驗素養(yǎng)的基石。教師可以在高中化學(xué)實驗教學(xué)中通過單個的物質(zhì)制備、分離提純實驗方法為核心展開教學(xué)或者借助試題情境組織學(xué)生進行實驗，以學(xué)習(xí)實驗基本知識和技能為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實驗綜合素養(yǎng)。為此以試題情境為主，進行了重現(xiàn)實驗。

四、重現(xiàn)實驗

硫化鈉，又稱臭堿、臭蘇打、硫化堿，是一種無機化合物，化學(xué)式為Na2S，外觀為無色結(jié)晶粉末，易溶于水，不溶于乙醚，微溶于乙醇。[3]露置在空氣中時，硫化鈉會放出有臭雞蛋氣味、有毒的硫化氫氣體。硫化鈉在水溶液中容易水解生成氫氧化鈉、硫氫化鈉和硫化氫。通常加入氫氧化鈉可以有效抑制硫化鈉的水解。工業(yè)酒精的沸點：78.32℃，閃點16℃，燃點390～430℃。1 L 95%的乙醇的中水分的含量是50 mL。

【實驗原理】利用重結(jié)晶的原理對粗品硫化鈉進行精化。

【實驗流程】具體實驗流程如圖3所示。

【實驗試劑】Na2S粗品（益德誠化工的60黃片硫化鈉含有碳酸鈉、水不溶物、低鐵硫化鈉等雜質(zhì)）、95%乙醇、活性炭（模擬題目中煤灰）。

【實驗儀器】250 mL的圓底燒瓶、200 mm的球形冷凝管、錐形瓶、燒杯、（長、短頸）漏斗、250 mL的抽濾瓶（配套布氏漏斗）、表面皿、玻璃棒、鐵架臺、水浴鍋（鞏義予華DF-10IS集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，可按照設(shè)定的溫度維持恒溫）。主要實驗裝置如圖4所示。

【實驗條件】室溫：23.8℃；冷凝水水溫：21℃；水浴溫度：92～94℃；冷水浴溫度：5～10℃。

【實驗步驟】在250 mL干燥的圓底燒瓶中加入14.00 g硫化鈉粗品、100 mL 95%的乙醇和1.40 g活性炭，充分混合使之混合均勻。燒瓶上豎直安裝200 mm的球形冷凝管，再在92～94℃的水浴鍋上進行加熱20 min，調(diào)節(jié)熱源和冷凝水的流速使燒瓶內(nèi)保持沸騰而球形冷凝管內(nèi)平穩(wěn)地回流，直至圓底燒瓶中的固體不再減少并且無蒸氣逸出為止（用醋酸鉛試紙在球形冷凝管上端進行檢驗，可根據(jù)試紙顏色由白色變化為黑色的快慢來判斷硫化鈉的乙醇蒸氣揮發(fā)的快慢）。保溫沉降5 min，趁熱過濾，用錐形瓶承接濾液，將濾渣用熱的95%乙醇洗滌重復(fù)3次丟棄濾渣，并將洗液與濾液一起置于5～10℃冷水浴中30 min冷卻結(jié)晶（條件允許，可將其置于冰箱中過夜，使硫化鈉晶體慢慢析出）。待濾液結(jié)晶后進行抽濾，收集固體產(chǎn)物，并用少量冷的95%的乙醇洗滌，繼續(xù)抽濾將溶劑盡量抽干，將濾渣用濾紙吸干（有條件可以將樣品置于干燥器中干燥），并將濾液蒸發(fā)減少置于5℃冷水浴中重結(jié)晶，產(chǎn)3～5g。實驗過程如圖5～圖7所示。

【實驗圖片】

本實驗約1.5 h。加熱溶解：20 min；冷凝回流：25 min；過濾：7～10 min；重結(jié)晶：30 min；抽濾：5～7 min；干燥：20 min；總的時間：90 min。

【實驗發(fā)現(xiàn)】

[1]冷凝回流速度宜慢，否則硫化鈉的飽和乙醇蒸汽來不及冷卻，從球形冷凝管的上端逸出。在保持其他實驗條件一致的條件下，對不同冷凝水的水速對液體蒸氣浸潤冷凝管高度的影響進行實驗。實驗結(jié)果如表4所示，在水流速度為低速時，液體蒸氣浸潤超過冷凝管高度的1/3；在水流速度為中速時，液體蒸氣浸潤約為冷凝管高度的1/3；在水流速度為中速時，液體蒸氣浸潤始終低于冷凝管高度的1/3。在后續(xù)的實驗驗證中為保證實驗效果和節(jié)約用水，可將水速控制在中速。

[2]在保持其他實驗條件一致的條件下，分別用lOOmL燒杯和100mL錐形瓶進行了熱過濾實驗。實驗結(jié)果如表5和表6所示，與燒杯相比錐形瓶在一定程度上可減少乙醇的揮發(fā)。已知遇明火或者高熱下，乙醇在空氣中爆炸極限為3.5%～19.0%的體積濃度。在后續(xù)的實驗驗證中為保證過濾效率和實驗安全，須用錐形瓶承接濾液。

[3]當(dāng)W（Na2S）：W（H20）在78：（45～162）之間就可以形成Na2S．xH20。實驗結(jié)果如表7所示，由于在實驗條件下，Na2S的含量與水的含量均有波動，所以x不確定即形成的是混晶，不易于計算產(chǎn)率。

【注意】

[1]因為此反應(yīng)稍經(jīng)冷卻就會析出晶體，所以在趁熱過濾中必須做到趁熱。第一，將漏斗在烘箱中先預(yù)熱，以及用少量熱的溶劑潤濕濾紙防止結(jié)晶析出而堵塞濾紙孔。第二，過濾的溶液需用電熱板邊加熱保溫，邊過濾。第三，濾紙上生成的結(jié)晶較多，需用刮刀刮回到原來的瓶中，再加適量的溶劑溶解并過濾。第四，盛濾液的容器的一般用錐形瓶，漏斗上可蓋上表面皿（凹面向下），減少溶劑揮發(fā)。第五，乙醇為易燃液體，應(yīng)嚴禁使用明火。

[2]在干燥時，要注意到硫化鈉晶體在空氣中容易潮解，生成的帶結(jié)晶水的硫化鈉的熔點為較低，一定溫度下容易結(jié)塊，采取用濾紙吸干的干燥方式為佳。

五、對中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的啟示

1．挖掘教材中傳遞的思想方法

教材是教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的主要素材，同時教材中的知識、方法和思想也是高考考查的要點。比如本次考題就考查學(xué)生能否根據(jù)實驗?zāi)康?，運用化學(xué)知識與技能，按照一定的實驗方法，對實驗的原理、試劑、儀器和裝置、步驟和方法進行規(guī)劃和統(tǒng)籌，并能提高解決過程中遇到的問題的能力。其中考查的方法和思想就源于人教版高中化學(xué)必修二、第一章硫及其化合物中的欄目“方法導(dǎo)引——化學(xué)實驗設(shè)計”和欄目“化學(xué)與職業(yè)——化學(xué)工程師”。因此，在教學(xué)中要關(guān)注教材欄目中傳遞的思想和方法。雖然學(xué)生高中階段所學(xué)的知識和能力是階段性的，但思想和方法在學(xué)生的生涯當(dāng)中是一貫的。遂教師應(yīng)該充分挖掘教材中的方法和思想，在教學(xué)中不僅應(yīng)該滲透思想方法，還應(yīng)該創(chuàng)造機會給學(xué)生實踐，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素，為學(xué)生未來升學(xué)或工作作準備。

2．有的放矢地開展實驗教學(xué)

在真實的實驗教學(xué)中，教師可以創(chuàng)造性地使用教材中的實驗素材。在利用重結(jié)晶法提純苯甲酸的實驗中，除了開展用水作為溶劑進行重結(jié)晶實驗以外，教師可以適當(dāng)拓展采用不同溶劑進行重結(jié)晶實驗。比如以乙醇作為溶劑時，增加冷凝回流裝置進行苯甲酸重結(jié)晶的實驗。再比如，乙酸乙酯的制備與性質(zhì)是學(xué)生的必做實驗，同時也是高中階段關(guān)鍵的、能夠親自動手做的有機合成實驗。為了學(xué)生未來的發(fā)展，在教學(xué)時，可以在課本示例的裝置基礎(chǔ)上進行拓展設(shè)計形成新的制備裝置（如圖8所示）進行乙酸異戊酯的制備實驗。[4]

另夕，教師應(yīng)該意識到學(xué)生以后面對的是真實的世界、切實的工作，學(xué)生始終需要從“書本上的化學(xué)知識”到“實驗室的研發(fā)制備”再落實到“工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品”。因此教師除了開展學(xué)生的必做實驗，還可以通過觀察日常生活、走訪真實的工業(yè)生產(chǎn)、學(xué)習(xí)新的科研成果，選取符合學(xué)生興趣和需要動手的實驗素材，有的放矢地開展實驗教學(xué)。比如“從茶葉中提取咖啡因”“檸檬精油的提取”等。總而言之，教師可以合理安排一些實驗任務(wù)，讓學(xué)生在實驗課內(nèi)或課外自己動起手來，讓學(xué)生在實驗過程中切實、全面地發(fā)展自身的化學(xué)素養(yǎng)，為可持續(xù)的學(xué)習(xí)生涯提供扎實的素養(yǎng)基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 單旭峰．基于高考評價體系的化學(xué)科考試內(nèi)容改革實施路徑[J]．中國考試，2019（12）：45-52．

[2] 王清廉，李瀛，高坤，等修訂，蘭州大學(xué)編，有機化學(xué)實驗（第三版）．[Ml.北京：高等教育出版社，2010：70-76．

[3] https：//baike.baidu.com/item／%E7%Al% AB% E5% 8C%96%E9%092%A0/1723489

[4] 曾潔萍，李金燕，許旋，羅一帆．建模教學(xué)在發(fā)展高階思維中的研究——以“乙酸乙酯的制備”復(fù)習(xí)為例[J]．中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2022（07）：45-46.