在化学实验复习中提高创新思维能力
作者：北大附中特级教
化学本身就是实验学科。在实验中诞生，在实验中发展。复习化学实验绝不是简单的把课后学生实验重复一遍。看一看近年来的高考实验题，试题越来越侧重考查对理论知识的理解和吸收。不再是接接连连，而是看你是否掌握了实验原理，是否理解元素、化合物的性质，是否学会了观察事物，这种考查内容的变化，显然是在提醒我们不要再死记死背，不要只在“黑板上”、“在纸上”做实验，而是要在认真实验的基础上，注意观察，认真总结，注意灵活地运用知识。不是生搬硬套，而是尽可能地综合利用所学知识，无论是学科内的，还是学科间的。
例如：有软胶管、滴定管、硬质试管、U型管、分液漏斗、普通漏斗、单孔胶塞、棉花、硝酸、大理石、铜丝等仪器和药品，请设计一个实验，要清楚地看到NO由无色变为红棕色（或浅棕色）的过程。
要完成这个实验，首先要清楚物质性质，清楚该实验的关键所在，然后才可能设计出好的实验方案。
NO是很容易被空气中的氧气氧化，生成红棕色NO2的气体2NO+O2=2NO2。所以要想清楚地看到NO由无色变为红棕色的过程，关键是在产生NO气体前排净反应器中的空气，至于如何产生NO气体显然是个次要问题（3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O）。我们学过排气集气法和排水集气法，如何灵活应用这两种方法，来达到实验目的呢？
如果有一种稳定的气体，既能排净空气又不与NO气体反应，扩散速度又相对较慢是再好不过的了。CO2气体是最好的选择。思路有了，如何实施？
取试管，放入大理石，加入稀硝酸（过量），反应产生的CO2要保证排净试管内的空气，塞好棉花。然后，再加入铜丝与过量的硝酸反应生成NO，试管内是无色的，慢慢地向试管底部挤压棉花，使空气进入试管，NO气体透过棉花与空气接触，出现浅棕色。现象明显。
用排水法收集NO气体，然后与空气接触，变色。这看来与教材中实验相似，实际上是完全不同的。课后实验中的NO，有由NO2和水反应转化而来之嫌，这次是直接产生无色的NO气体，而后变色。如何实现这种设想？从给定的仪器看，用U型管比较适宜。把分液漏斗与单孔塞相连，把铜丝螺旋紧紧附胶塞底部与U型管连接，用漏斗注入稀硝酸，直到与铜丝接触，然后，让NO产生的压强排开稀硝酸以达到实验目的。
这个设计看来可以达到实验目的，实际上是有缺欠的。细心的同学会发现：上述实验并没有将空气排净，分液漏斗阀门以下，以及没入胶塞中的玻璃管都没有充满液体，根据连通器原理，如果用普通漏斗来注入液体，液体是不会达到分液漏斗阀门处（阀门高于U型管口的上沿）。若把注液用漏斗用单孔塞与U型管相连再注液，就能使稀硝酸到达另一侧分液漏斗阀门A的下沿，立即关闭阀门A，铜丝与稀硝酸反应产生的NO气体排挤液体，进入漏斗，待NO气体有3~5mL时，打开阀门，漏斗内的液体回流，把NO再压至分液漏斗的球形容器内，由无色变为棕色。
能否设计实验测定NO气体的产率？
如何测得理论产量？如何测得实际产量？这等于把一个定性实验改造成了定量实验，能否在原有实验的基础上加以改进？这就需要综合利用所学知识， 将两端开口的玻璃管的一端与附有固定质量的铜丝螺旋并连有分液漏斗的胶塞相连，用软胶管与滴定管连接，开启分液漏斗的阀门，从滴定管一端注入稀硝酸，直至液面到达分液漏斗的阀门，立即关闭阀门。即可。
如何控制注入液体的体积？（液面应到达滴定管最大量程处）铜丝质量应取多少？（NO气体的最大体积不能超过滴定管的量程，由此，对应求出铜的物质的量）如何读数？（软胶管两端的液面相平时再读数）一环扣一环，引人入胜，一个小小的实验，竟联系这么多的知识，有物理的，有化学的，有动手的，有用眼的，既要考虑气体排液，又要考虑用液体排气（注入稀硝酸时，只有开启分液漏斗阀门才可能排净管内气体），只有每一个环节都考虑清楚才能保证实验成功。化学实验成了思维体操，是理解掌握知识的试金石，只要你有强烈的求知欲望和创造激情，总可以设计出与众不同的方法来，体验创新的乐趣。
化学实验总复习，综合利用所学知识解决实际问题的大好时机，你已经积累了一定的生活经验，有一定知识基础，具有解决实际问题的能力，只要正视自己的创造才能，刻意培养自己的创新思维，相信你的创造力一定会象“星星之火，可以燎原”一样，益发不可收。
练习
1 测量一定质量的铝锌合金与强酸反应产生的氢气的体积，可以求得合金中铝锌的
质量分数。现有下列实验用品：中学化学实验常用的仪器、800mL烧杯、100mL量筒、短颈玻璃漏斗、铜网铝锌合金样品、浓盐酸（密度1.19g·cm-3）水 。按图示装置进行实验，回答下列问题。（设合金样品全部反应产生的气体不超过100mL）
(2)（铁架台和铁夹可以略去）
①将称量后的合金样品用铜网包裹好，放在800mL烧杯底部，把短颈漏斗倒扣在样品上面
（2）合金样品用铜网包住的目的是：
2 现有一定量含有Na2O杂质的Na2O2试样。请从下图中选取适当的实验装置，设计一个最简单的试验，测定Na2O2试样的纯度（可共选用的反应物只有CaCO3固体，6mol·L-1盐酸和蒸馏水）
请填写下列空白
(1) 写出实验中Na2O2和Na2O分别发生反应的化学方程式___________________________
（2）应选用的装置是（只要求写出图中装置的标号）__________________________
（3）所选用的装置的连接顺序应是（填各接口的字母，连接胶管省略）__________。
3 请据图回答，经数小时后，U型管A、B两处的液面会出现哪种情况，并就你的选项给以解释。（实验装置足以维持实验过程中小白鼠的生命活动，瓶口密封，忽略水蒸气和温度的变化对实验的影响）
_______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
A_______________________________________________
4 在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应，可以得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应，生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击或受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。请分别用图中示意的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和“引火铁”。实验中必须使用普通铁粉和6mol·L-1的盐酸，其他试剂自选（装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去）
填写好下列空白
(1)实验进行时试管A中应放入的试剂是___________烧瓶B的作用是_________________
_____________烧瓶C的作用是_____________在试管D中收集到的是______________
（2） 实验时，U型管G中应加入的试剂是_____________长颈漏斗H中应加入________
（3）两套装置中，在实验时需要加热的仪器是（填该仪器对应的字母）_____________
（4）烧瓶Ⅰ中发生反应时要加入少量硫酸铜溶液，其目的是___________________________
（5）试管E中发生反应的化学方程式是________________________________
（6）为了安全，在E管中反应发生前，在F出口处必须___________________；E管中的反应开始后，在F出口处应________________________________。
参考答案
１ 解析：排水量气是在实验室经常用到的方法，你如何在新的情境下灵活应用，既是对你知识能力的考察，也是对你创新能力的考察。
根据液体的压强知识，只有在烧杯中盛有水，装满水的量筒倒置在水面下时，量筒中的水才不会流出。为了保证收集的气体纯净必须把漏斗中的空气排净。所以：
①要向烧杯中注入水，直到水面没过漏斗颈。
②用水把量筒注满，倒扣在漏斗上，同时要保证烧杯中留有容纳100mL水的空间
③用长颈漏斗向烧杯底部注入浓盐酸，并保证铝锌合金全部溶解。
（2）保证铝锌合金在反应过程中不漂浮， 能较快地反应完。
2 解析：这是一道给定实验装置的实验设计题。要达到测定Na2O2纯度的目的，你必须要知道Na2O2的性质，并根据它的性质测出质量来。
方法1 2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑只要能够测出O2的标准状况下的体积，就能求出Na2O2的质量。可以用排水量气法来求出O2的体积。
方法2 2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2题目所给的条件提示我们可以考虑这个性质。当Na2O2与由CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O产生的CO2反应后，除去未参加反应的CO2，用排水量气法来求出O2的体积就能求出Na2O2的质量。所以：
（1）Na2O+H2O==2NaOH 2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑
(2)⑤①④
(3)G接A B接F或⑤②⑥⑦①④ G接D C接H I接J K接A B接F（H、I；J、K在连接时可以互换）
3 小白鼠在呼吸过程中要消耗O2，产生CO2，在数小时后由于气体分子的扩散会进入盛有NaOH溶液的集气瓶，进而与NaOH溶液作用而使得集气瓶内的压强减小，外界大气压是不变的，所以使得压迫A处液柱下降，B处液柱上升。
4 仔细观察所给的装置A、E部分相同，明显不同的是D、F部分，很生疏的装置是C。如果你能认真审读题干的内容，就能在新情境中创造性的应用你已有的知识，从容处理它。
题干中已给出Fe+H2O→Fe3O4+H2,制出铁的氧化物，Fe3O4+H2→Fe+H2O,用H2还原Fe3O4获得Fe。显然D装置示意是在排水集气，F装置是在示意制取H2。而烧瓶C是为了防止水的倒吸而加的保险装置。
（1）普通铁粉 水蒸气发生装置 防止水倒吸 氢气
（2）碱石灰或固体NaOH等碱性干燥剂 6mol·L-1HCl
（3）A、B、E (4)加快H2的产生速率 (5)Fe3O4+4H23Fe+4H2O
(6)检查H2纯度，点燃H2
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