在化学实验中,准确配制一定物质的量浓度的溶液是基础能力。以100mL 1.00mol/L NaOH溶液为例,完整流程需严格遵循以下步骤:首先通过公式计算所需NaOH质量(约4.0g),用托盘天平称量后置于烧杯中溶解。需特别注意溶解后的溶液需冷却至室温再转移——若趁热转移,液体膨胀会导致最终浓度偏高。
转移时需用玻璃棒引流至100mL容量瓶,烧杯和玻璃棒需用蒸馏水洗涤2-3次,洗涤液一并转移以避免溶质损失。定容时,当液面接近刻度线1-2cm处,改用胶头滴管逐滴添加,直至凹液面最低点与刻度线齐平。最后摇匀并贴标签(注明名称和浓度)。
实验中涉及的关键仪器包括托盘天平(非“天秤”)、药匙、烧杯、玻璃棒、100mL容量瓶和胶头滴管。需注意容量瓶仅标注特定温度(通常20℃)和量程,不可用于长期储存溶液。若需配制480mL溶液,应选择500mL容量瓶,这是命题中常见的陷阱点。
胶体的制备与性质是高考常考内容。以Fe(OH)₃胶体为例,正确操作需分四步:首先将蒸馏水煮沸(排除溶解氧干扰),然后逐滴加入饱和FeCl₃溶液(非过量),继续加热至溶液呈透明红褐色(非浑浊),立即停止加热——若过度加热,胶粒会聚沉形成沉淀。
反应的离子方程式为Fe³⁺+3H₂O≜Fe(OH)₃(胶体)+3H⁺,需特别标注“胶体”而非沉淀,且使用可逆号(因水解为可逆过程)。实验中若观察到溶液变浑浊,可能是加热时间过长或FeCl₃溶液浓度过高导致。
焰色反应是检验金属元素的重要物理方法,操作流程可概括为“洗-烧-蘸-烧-洗-烧”。具体来说,先用稀盐酸洗涤铂丝(或铁丝),在酒精灯外焰灼烧至与原火焰颜色一致;蘸取待测溶液后再次灼烧,观察火焰颜色;实验结束后重复清洗灼烧步骤,避免污染。
常见焰色:钠元素为黄色,钾元素需透过蓝色钴玻璃观察(排除钠的干扰)呈紫色。需注意,焰色反应可针对单质或化合物,其本质是电子跃迁产生的光现象,与化学性质无关。命题中常结合实验操作(如未用钴玻璃导致的误判)和现象描述设置考点。
Fe(OH)₂的制备难点在于其易被氧化。实验中,白色沉淀会迅速变为灰绿色,最终转化为红褐色Fe(OH)₃。为观察到明显的白色沉淀,需采取三项关键措施:一是使用新制的Fe²⁺溶液(避免被空气氧化),二是NaOH溶液需提前煮沸(除去溶解氧),三是将胶头滴管插入液面以下滴加(减少与空气接触)。
反应方程式分两步:Fe²⁺+2OH⁻=Fe(OH)₂↓(白色);4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃(红褐色)。实际操作中,还可在液面覆盖一层苯或植物油,形成隔绝氧气的保护层。
硅酸的制备体现了“强酸制弱酸”的反应规律。在3-5mL饱和Na₂SiO₃溶液中滴加1-2滴酚酞(溶液显红色,因SiO₃²⁻水解呈碱性),再逐滴加入稀盐酸,边加边振荡,至红色接近消失时停止。此时可观察到透明的硅酸凝胶生成,反应方程式为Na₂SiO₃+2HCl=H₂SiO₃↓+2NaCl。
离子检验是实验题的高频考点。Cl⁻检验需先加稀硝酸酸化(排除CO₃²⁻干扰),再加AgNO₃溶液,若生成不溶于酸的白色沉淀则证明存在Cl⁻;SO₄²⁻检验需先加盐酸(排除Ag⁺、CO₃²⁻、SO₃²⁻干扰),无沉淀后再加BaCl₂溶液,生成白色沉淀则证明存在SO₄²⁻。
氨气的实验室制备采用固体混合加热法,反应原理为2NH₄Cl+Ca(OH)₂≜CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O。收集时用向下排空气法(NH₃密度小于空气),试管口塞棉花可减少空气对流,提高纯度。验满方法有两种:湿润的红色石蕊试纸变蓝(NH₃溶于水显碱性),或蘸浓盐酸的玻璃棒靠近产生白烟(NH₃与HCl反应生成NH₄Cl固体小颗粒)。
喷泉实验利用了NH₃极易溶于水的特性(1:700)。当胶头滴管挤入少量水,烧瓶内压强骤降,外界大气压将烧杯中的水压入烧瓶形成喷泉。若烧瓶未干燥或漏气,会导致喷泉效果不佳。拓展应用中,HCl、HBr等易溶于水的气体也可形成喷泉;CO₂、Cl₂等可与NaOH溶液反应的气体,同样能通过类似原理形成喷泉。
铜与浓硫酸的反应需加热条件,方程式为Cu+2H₂SO₄(浓)≜CuSO₄+SO₂↑+2H₂O。实验中可观察到:试管中品红溶液褪色(SO₂的漂白性),紫色石蕊试液变红(SO₂溶于水显酸性);反应后溶液倒入水中,黑色物质(CuO)溶解形成蓝色CuSO₄溶液。
为减少SO₂污染,实验中可使用可抽动的铜丝,反应完成后及时抽出。命题常结合SO₂的性质(漂白性、还原性)、产物检验(CuSO₄的颜色变化)及尾气处理(NaOH溶液吸收)设置问题。
铝热反应是典型的放热反应,常用于焊接钢轨或冶炼高熔点金属。操作时,将干燥的氧化铁与铝粉混合(比例约3:1),置于纸漏斗中,上方加少量KClO₃(提供氧气助燃),插入打磨过的镁条(引燃剂)。点燃镁条后,反应剧烈进行,发出耀眼白光,生成红热的铁珠。
需注意:镁条需去除氧化膜确保点燃;纸漏斗需湿润防烧穿;蒸发皿中铺细沙以防炸裂和飞溅。反应方程式为Fe₂O₃+2Al≜2Fe+Al₂O₃,命题重点在于操作步骤和安全事项。
总结来看,高考化学实验题的核心在于“操作细节”与“原理理解”。考生需在掌握基础步骤的同时,深入分析实验现象的本质(如Fe(OH)₂的氧化过程)、仪器选择的依据(如容量瓶的量程规格)及误差来源(如溶液未冷却即转移)。通过系统梳理本文涉及的十类实验,结合真题训练,定能有效提升实验题得分率。