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分析最近几次高三化学考试,我们发现综合实验题的得分率总是不高,与学生交谈得知,多数学生均怕实验题,特别是在回答装置的连接顺序、装置的作用、实验现象的描述、指出装置不足或完善实验装置、分析错误的原因等方面的问题上存在严重缺陷,导致实验题的得分率不高.针对上述情况,本文选择一实验题进行分析,并结合试题总结一些规律性的东西,供大家参考.
【例1】 2008年9月,中国的三聚氰胺污染牛奶事件,在社会上造成了很坏的影响.牛奶和奶粉中添加三聚氰胺,主要是因为它能冒充蛋白质.已知三聚氰胺中含有碳、氢、氮三种元素,其相对分子质量为126,为测
定三聚氰胺的组成,用下列各仪器装置,在过量的氧气流中将2.52g三聚氰胺样品氧化成
CO2、H2O和N2.回答下列问题:
(1)产生的氧气按从左向右流向,所选装置各导管的连接顺序是:g接 、
(2)装置C的作用是;装置F中CuO的作用是;
装置D中发生反应的化学方程式是.
(3)实验前后称得A、B两装置的质量分别增加2.64g和1.08g,则三聚氰胺分子中碳、氢、氮的原子个数比为.
(4)目前较多采用以尿素为原料,在0.1MPa下,390℃左右时,以硅胶作催化剂合成三聚氰胺.反应过程中,除生成CO2外,还生成一种使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,试写出制备三聚氰胺的化学方程式(有机物可用分子式表示).
(5)按(1)的连接方法,此实验装置存在的缺点是,原因是 .
【分析与解答】本题是一道定量测定试题,该类题在有机化学中出现较多,用于确定一定质量的物质中所含元素的种类,并由此计算出元素原子的最简个数比,进而确定物质的化学式.解答这类试题的关键有:①实验目的.通过测产生CO2的质量确定C原子质量,通过测生成水的质量确定H原子质量,通过总质量减去C、H质量确定N原子质量,进一步计算出C、H、N的原子个数比.②各装置及试剂的用途.A装置是吸收三聚氰胺氧化产生的CO2,并通过该装置的增重确定C原子的质量;B装置是吸收三聚氰胺氧化生成的水,并通过该装置的增重确定H原子质量;C装置是干燥O2,防止影响H原子质量的确定;D装置是制取过量O2的装置;E装置是样品三聚氰胺与O2反应的装置;F装置是本题中的一个障碍点,其作用是保证C元素完全转变为CO2、N元素完全转变为N2,很多学生不能正确理解该装置而导致错误.③气体的吸收顺序.这类题对气体的吸收原则是,每次只允许吸收一种气体,且不影响其他气体的吸收.一般情况下,先吸收水,后吸收其他气体.如在其他步骤中产生水时应选干燥剂干燥该部分水,以免影响测定有机物生成的水.④其他影响气体测定的因素.例如原来装置中的空气是否影响生成气体的测定、生成的气体是否完全被吸收、尾气是否要处理、尾部空气进入装置是否影响生成气体的测量等.本题中尾气看起来不必进行处理——无污染性气体排放,但由于吸收CO2的装置与空气直接接触,故空气中的水蒸气、CO2等气体也可被A装置吸收,使装置增重比实际值大,从而导致测出的C的质量大于实际质量,使C元素的含量不准确,故分析本题可知,此实验装置的缺陷是A后面缺少一个防止空气中水蒸气、CO2进入装置A的装置.通过上述分析并结合题意,我们不难得出(1)的正确连接顺序;(2)中的装置C的作用是吸收O2中的水蒸气,装置F中CuO的作用是确保C元素氧化成CO2、N元素氧化成N2.(3)是一个计算题.由题中数据知m(CO2)=2.64g,m(H2O)=1.08g,则m(C)=2.46g44g/mol×12g/mol=0.06mol×12g/mol=0.72g,m(H)=1.08g18g/mol×2×1g/mol=0.12g,m(N)=2.52-0.72-0.12=1.68g,由n=mM得碳、氢、氮的原子个数比为:n(C)∶n(H)∶n(N)=2.46g44g/mol∶1.08g18g/mol×2∶1.68g14g/mol=0.06∶0.12∶0.12=1∶2∶2,即三聚氰胺的实验式为CH2N2,结合三聚氰胺的相对分子质量,可确定他的分子式为C3H6N6.
(4)是根据信息写出合成三聚氰胺的方程式.信息非常充分,反应物是尿素,其分子式为:CH4ON2,结构简式为:CO(NH2)2,反应条件是:在0.1MPa下,390℃左右,以硅胶作催化剂,生成物除三聚氰胺外,还有CO2和生成一种使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体——氨气,由此可以得出该反应方程式为:6CO(NH2)20.1MPa•390℃硅胶C3H6N6+6NH3↑+3CO2↑.
参考答案:(1)f、e、h、i、j、k、c(或d)、d(或c)、a (2)吸收O2中的水蒸气(或干燥O2) 确保C元素氧化成CO2、N元素氧化成N2 2H2O2MnO22H2O+O2↑ (3)1∶2∶2 (4)6CO(NH2)20.1MPa•390℃硅胶C3H6N6+6NH3↑+3CO2↑ (5)尾部缺少一个干燥装置.空气中的水蒸气和CO2进入A装置,影响CO2的测定值.
【误点分析及回避策略】误点一:装置的连接顺序,主要错因是不清楚各装置的作用,特别是装置A和装置F的作用,导致对整套装置理解错误,使装置的连接顺序不正确,另一个原因是解题前没有把整道试题阅读完,第(5)中有一段话可以帮助整理装置连接顺序的思路“按(1)的连接方法,此实验装置存在的缺点是”,这里实际上提醒我们,A装置应该放在最后,即用于吸收生成的CO2.误点二:第(2)问中很多学生把装置C的作用说成“干燥气体”或“干燥剂”或“吸水”或“吸收水蒸气”等,这些答案没有指明对象,不知是干燥O2还是干燥CO2,这些答法看似正确,其实空洞无物,不能得分,必须答出干燥什么气体,这也是学生平时答题时容易疏忽的.回答此类问题的一般格式是“干燥××气体”或“吸收××气体中的水蒸气”.CuO的作用在本题中不易得出,出现错误在所难免,该问也算是一个能力考查点,多数学生理解为:在三聚氰胺中碳显+4价,与过量O2反应不可能产生CO2,同时一般情况下,—NH2氧化直接得到N2,故无从判断CuO作用,殊不知,有机物的氧化是一个非常复杂的过程,虽然与过量氧气反应,但仍然可能产生多种可能的产物,其中包括CO、NH3等,并通过反应(CO+CuO△Cu+CO2、3CuO+2NH3△3Cu+N2+3H2O)转化为题中所指的气体,这是一个关键,只要理解了这些,CuO的作用就不言而喻了.值得注意的是,
有机物的反应过程是复杂的,产物也是多种多样的,但有一点,氢元素的最终产物应该是水,N元素的最终产物是N2;
当然还有一些学生回答“使产生的氢气转化为水”,这是不符合有机反应的基本规律的,在实验中CuO的作用可答成“把还原性物质氧化”,这样的答案一般都视作正确答案.误点三:根据信息写出化学方程式,一般认为该步是简单题,但出错率却非常高,问题出在:①记不清尿素的分子式或结构简式,导致无从下笔;②不能写出三聚氰胺的分子式,虽然上一问已经把三聚氰胺的原子个数比计算出来,但没有注意到“相对分子质量为126”;③没有配平化学方程式;④对“有机物可用分子式表示”视而不见,写出错误的三聚氰胺的结构简式.总之,审题不认真、不仔细、不全面是出现错误的主要原因.
综上所述,解答综合实验题的四个重要环节是:首先明确“实验目的”,“实验目的”是试题的立意所在,是试题的出发点和关键点,也是寻找实验原理的依据;其次是准确找到“实验原理”,只有明确了实验原理,才能确定实验方法、选择实验仪器、连接实验装置、设计实验步骤,进而知道每个装置、实验步骤的作用;第三是注重分析实验过程、实验现象,通过现象得出实验结论.实验过程包括:试剂的选择、仪器的选择、装置的组装与连接、尾气处理、实验现象的观察与分析、实验结论的得出等等,在此环节中还要注意装置气密性的检验方法、酒精灯的点燃与熄灭顺序、尾气处理方法的选择等,这些都是常考的知识点;最后是把握答题细节,这是把知识转化为分数的关键一步.必须是问什么答什么,怎么问就怎么答,用好三个“尽量”,即尽量用教材中的语言回答;尽量用化学用语回答,能用化学方程式或离子方程式表示的,决不用语言描述;语言要精炼,决不多言.
(责任编辑 廖银燕)
【例1】 2008年9月,中国的三聚氰胺污染牛奶事件,在社会上造成了很坏的影响.牛奶和奶粉中添加三聚氰胺,主要是因为它能冒充蛋白质.已知三聚氰胺中含有碳、氢、氮三种元素,其相对分子质量为126,为测
定三聚氰胺的组成,用下列各仪器装置,在过量的氧气流中将2.52g三聚氰胺样品氧化成
CO2、H2O和N2.回答下列问题:
(1)产生的氧气按从左向右流向,所选装置各导管的连接顺序是:g接 、
(2)装置C的作用是;装置F中CuO的作用是;
装置D中发生反应的化学方程式是.
(3)实验前后称得A、B两装置的质量分别增加2.64g和1.08g,则三聚氰胺分子中碳、氢、氮的原子个数比为.
(4)目前较多采用以尿素为原料,在0.1MPa下,390℃左右时,以硅胶作催化剂合成三聚氰胺.反应过程中,除生成CO2外,还生成一种使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,试写出制备三聚氰胺的化学方程式(有机物可用分子式表示).
(5)按(1)的连接方法,此实验装置存在的缺点是,原因是 .
【分析与解答】本题是一道定量测定试题,该类题在有机化学中出现较多,用于确定一定质量的物质中所含元素的种类,并由此计算出元素原子的最简个数比,进而确定物质的化学式.解答这类试题的关键有:①实验目的.通过测产生CO2的质量确定C原子质量,通过测生成水的质量确定H原子质量,通过总质量减去C、H质量确定N原子质量,进一步计算出C、H、N的原子个数比.②各装置及试剂的用途.A装置是吸收三聚氰胺氧化产生的CO2,并通过该装置的增重确定C原子的质量;B装置是吸收三聚氰胺氧化生成的水,并通过该装置的增重确定H原子质量;C装置是干燥O2,防止影响H原子质量的确定;D装置是制取过量O2的装置;E装置是样品三聚氰胺与O2反应的装置;F装置是本题中的一个障碍点,其作用是保证C元素完全转变为CO2、N元素完全转变为N2,很多学生不能正确理解该装置而导致错误.③气体的吸收顺序.这类题对气体的吸收原则是,每次只允许吸收一种气体,且不影响其他气体的吸收.一般情况下,先吸收水,后吸收其他气体.如在其他步骤中产生水时应选干燥剂干燥该部分水,以免影响测定有机物生成的水.④其他影响气体测定的因素.例如原来装置中的空气是否影响生成气体的测定、生成的气体是否完全被吸收、尾气是否要处理、尾部空气进入装置是否影响生成气体的测量等.本题中尾气看起来不必进行处理——无污染性气体排放,但由于吸收CO2的装置与空气直接接触,故空气中的水蒸气、CO2等气体也可被A装置吸收,使装置增重比实际值大,从而导致测出的C的质量大于实际质量,使C元素的含量不准确,故分析本题可知,此实验装置的缺陷是A后面缺少一个防止空气中水蒸气、CO2进入装置A的装置.通过上述分析并结合题意,我们不难得出(1)的正确连接顺序;(2)中的装置C的作用是吸收O2中的水蒸气,装置F中CuO的作用是确保C元素氧化成CO2、N元素氧化成N2.(3)是一个计算题.由题中数据知m(CO2)=2.64g,m(H2O)=1.08g,则m(C)=2.46g44g/mol×12g/mol=0.06mol×12g/mol=0.72g,m(H)=1.08g18g/mol×2×1g/mol=0.12g,m(N)=2.52-0.72-0.12=1.68g,由n=mM得碳、氢、氮的原子个数比为:n(C)∶n(H)∶n(N)=2.46g44g/mol∶1.08g18g/mol×2∶1.68g14g/mol=0.06∶0.12∶0.12=1∶2∶2,即三聚氰胺的实验式为CH2N2,结合三聚氰胺的相对分子质量,可确定他的分子式为C3H6N6.
(4)是根据信息写出合成三聚氰胺的方程式.信息非常充分,反应物是尿素,其分子式为:CH4ON2,结构简式为:CO(NH2)2,反应条件是:在0.1MPa下,390℃左右,以硅胶作催化剂,生成物除三聚氰胺外,还有CO2和生成一种使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体——氨气,由此可以得出该反应方程式为:6CO(NH2)20.1MPa•390℃硅胶C3H6N6+6NH3↑+3CO2↑.
参考答案:(1)f、e、h、i、j、k、c(或d)、d(或c)、a (2)吸收O2中的水蒸气(或干燥O2) 确保C元素氧化成CO2、N元素氧化成N2 2H2O2MnO22H2O+O2↑ (3)1∶2∶2 (4)6CO(NH2)20.1MPa•390℃硅胶C3H6N6+6NH3↑+3CO2↑ (5)尾部缺少一个干燥装置.空气中的水蒸气和CO2进入A装置,影响CO2的测定值.
【误点分析及回避策略】误点一:装置的连接顺序,主要错因是不清楚各装置的作用,特别是装置A和装置F的作用,导致对整套装置理解错误,使装置的连接顺序不正确,另一个原因是解题前没有把整道试题阅读完,第(5)中有一段话可以帮助整理装置连接顺序的思路“按(1)的连接方法,此实验装置存在的缺点是”,这里实际上提醒我们,A装置应该放在最后,即用于吸收生成的CO2.误点二:第(2)问中很多学生把装置C的作用说成“干燥气体”或“干燥剂”或“吸水”或“吸收水蒸气”等,这些答案没有指明对象,不知是干燥O2还是干燥CO2,这些答法看似正确,其实空洞无物,不能得分,必须答出干燥什么气体,这也是学生平时答题时容易疏忽的.回答此类问题的一般格式是“干燥××气体”或“吸收××气体中的水蒸气”.CuO的作用在本题中不易得出,出现错误在所难免,该问也算是一个能力考查点,多数学生理解为:在三聚氰胺中碳显+4价,与过量O2反应不可能产生CO2,同时一般情况下,—NH2氧化直接得到N2,故无从判断CuO作用,殊不知,有机物的氧化是一个非常复杂的过程,虽然与过量氧气反应,但仍然可能产生多种可能的产物,其中包括CO、NH3等,并通过反应(CO+CuO△Cu+CO2、3CuO+2NH3△3Cu+N2+3H2O)转化为题中所指的气体,这是一个关键,只要理解了这些,CuO的作用就不言而喻了.值得注意的是,
有机物的反应过程是复杂的,产物也是多种多样的,但有一点,氢元素的最终产物应该是水,N元素的最终产物是N2;
当然还有一些学生回答“使产生的氢气转化为水”,这是不符合有机反应的基本规律的,在实验中CuO的作用可答成“把还原性物质氧化”,这样的答案一般都视作正确答案.误点三:根据信息写出化学方程式,一般认为该步是简单题,但出错率却非常高,问题出在:①记不清尿素的分子式或结构简式,导致无从下笔;②不能写出三聚氰胺的分子式,虽然上一问已经把三聚氰胺的原子个数比计算出来,但没有注意到“相对分子质量为126”;③没有配平化学方程式;④对“有机物可用分子式表示”视而不见,写出错误的三聚氰胺的结构简式.总之,审题不认真、不仔细、不全面是出现错误的主要原因.
综上所述,解答综合实验题的四个重要环节是:首先明确“实验目的”,“实验目的”是试题的立意所在,是试题的出发点和关键点,也是寻找实验原理的依据;其次是准确找到“实验原理”,只有明确了实验原理,才能确定实验方法、选择实验仪器、连接实验装置、设计实验步骤,进而知道每个装置、实验步骤的作用;第三是注重分析实验过程、实验现象,通过现象得出实验结论.实验过程包括:试剂的选择、仪器的选择、装置的组装与连接、尾气处理、实验现象的观察与分析、实验结论的得出等等,在此环节中还要注意装置气密性的检验方法、酒精灯的点燃与熄灭顺序、尾气处理方法的选择等,这些都是常考的知识点;最后是把握答题细节,这是把知识转化为分数的关键一步.必须是问什么答什么,怎么问就怎么答,用好三个“尽量”,即尽量用教材中的语言回答;尽量用化学用语回答,能用化学方程式或离子方程式表示的,决不用语言描述;语言要精炼,决不多言.
(责任编辑 廖银燕)