由2013年北京理综卷第28(3)题引发的探究和思考
2022-06-08
摘要：对2013年高考北京理综卷第28题（3）小题进行了实验探究和理论分析，得出了SO2与酸化AgNO3溶液反应生成的白色沉淀主要为Ag2SO3的结论，提出在编制以实验事实为基础的实验探究类试题时，不仅要凸显化学学科的学科能力与学科价值，更需关注学生的认知水平并尊重其逻辑推理能力。同时指出了SO3 2-对检验Cl-过程中潜在的干扰作用。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：高考化学；SO2与漂粉精反应实验；试题分析
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0093?C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
（3）向水中持续通入SO2，未观察到白雾。推测现象i的白雾由HC1小液滴形成，进行如下实验：
a.用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾，无变化；
b.用酸化的AgNO3溶液检验白雾，产生白色沉淀。
①实验a目的是 。
②由实验a、b不能判断白雾中含有HC1，理由是 。
该题是一道基于实验事实创设问题情境的实验探究题，涉及以氯和硫元素为代表的典型非金属元素性质和相关原理知识，重点考查了考生“对化学现象提出科学合理的解释”的能力。由a的实验现象说明白雾中不存在Cl2，进而排除其对b实验的干扰。b实验中用酸化的AgNO3溶液检验白雾，能产生白色沉淀，考生会首先想到白雾中存在HC1，但②给出的结论明确“由实验a、b不能判断白雾中含有HC1”，引导考生重新思考“白雾中还可能有什么成分会导致白色沉淀的出现？”从而提出“SO2与酸化的AgNO3溶液反应产生白色沉淀”的解释。命题者的意图显然并非是想考查有关“SO2与酸化的AgNO3溶液反应”的知识（这一知识也不在课程标准和考试大纲的范围内），而重在考查考生在解决简单化学问题的过程中，运用科学的方法，对化学现象提出合理解释的能力，要求考生经历从观察、比较、分析到推理、判断、论证等思维过程，体现思维的缜密性、灵活性、批判性和创新性[1]。这从试题给出的参考答案“SO2可与酸化的AgNO3溶液反应产生白色沉淀”，而不要求具体回答出沉淀成分即可看出。但从元素性质的角度看，SO2与酸化的AgNO3溶液能否反应产生白色沉淀以及该沉淀究竟是什么？仍需进一步明确。
笔者在与部分高中化学教师就上述问题进行交流时发现，几乎所有受访教师都认为SO2与酸化的AgNO3溶液反应时，SO2会被氧化，若生成沉淀应该是Ag2SO4沉淀；还有一部分教师对“SO2与酸化的AgNO3溶液是否能生成白色沉淀”产生质疑，认为Ag2SO4会溶于酸；没有一名受访教师认为生成的沉淀可能是Ag2SO3。网络上对该题较典型的一种解释也是“SO2可以被HNO3（酸化的AgNO3溶液）氧化为H2SO4，故SO2与酸化的AgNO3溶液反应生成白色沉淀Ag2SO4”[2]，市面上很多流传甚广的教辅也认为得到的是Ag2SO4沉淀[3，4]。
那么，SO2与酸化的AgNO3溶液能否反应生成白色沉淀？若生成沉淀是否就是老师们普遍认为的Ag2SO4呢？笔者对此进行了实验探究和分析。
2 实验探究
实验1 A、B、C三支试管中分别装有2% AgNO3溶液2mL，B试管中滴加1滴浓硝酸酸化，C试管中滴加10滴浓硝酸酸化，分别向三支试管中通入SO2气体，三支试管中都立即生成大量白色沉淀，沉淀很快从溶液中分离，上部溶液澄清。其中A试管底部沉淀略显灰色；C试管中沉淀量较A、B试管中的沉淀量略少。
实验2 取2mL SO2饱和水溶液，向其中滴入1滴2% AgNO3溶液，立即产生大量白色沉淀。
实验3 取2mL SO2饱和水溶液，先向其中滴入1mL浓硝酸，充分振荡，此时试管上部有红棕色气体产生；一段时间后再加入1滴2% AgNO3溶液，振荡后无沉淀产生。
实验4 取1：5和1：10的硫酸溶液各1mL，分别逐滴加入2% AgNO3溶液至约2mL，均无沉淀生成。
实验5 将实验1所得三份沉淀，分别加水洗涤并滤去上层清液，再各滴加6滴浓硝酸，试管上部有明显红棕色气体，沉淀溶解得到澄清溶液。再将实验2所得三份沉淀，同上述操作，现象相同。
实验6 用饱和Na2SO4溶液和10% AgNO3溶液制得Ag2SO4沉淀，向沉淀中加入浓硝酸并振荡，沉淀逐渐溶解得到澄清溶液（无红棕色气体产生）。
实验7 取实验1所得三份沉淀，分别加入饱和Na2SO3溶液并振荡，沉淀逐渐溶解得到澄清溶液。
实验8 取2mL 10% AgNO3溶液于试管中，滴加饱和Na2SO4溶液直到沉淀不再继续增加，静置后，再向其中逐滴加入饱和Na2SO3溶液，上层清液中立即出现大量白色浑浊，继续滴加饱和Na2SO3溶液并振荡，沉淀逐渐溶解。
实验9 向2mL 0.1mol/L的Na2SO3溶液中滴加2mL 2% AgNO3溶液，立即产生大量白色沉淀，将所得沉淀分两份，分别向其中滴加1：5和1：3的硝酸约2mL，充分振荡，前者沉淀不溶，后者沉淀溶解。
3 解释与分析
实验1现象说明：SO2与不同程度酸化的AgNO3溶液确实能发生反应而生成白色沉淀。那么生成的白色沉淀的成分究竟是什么？
查阅兰氏手册[5]：室温时，Ksp（Ag2SO4）=1.4×10-5；Ksp（Ag2SO3）=1.5×10-14。Ag2SO3的溶度积远远小于Ag2SO4的，说明Ag2SO3更易于生成。相关文献也显示[6]：将二氧化硫通入硝酸银溶液中，可制得白色的亚硫酸银沉淀，即发生反应：SO2+H2O+2AgNO3=Ag2SO3↓+ 2HNO3。
4 结论
SO2与AgNO3溶液的反应较复杂，加入硝酸酸化时，得到的沉淀仍主要为Ag2SO3。
5 两点思考 5.1 对编制实验探究类试题的思考
近年来，各地高考试题中出现了越来越多的基于实验事实的实验探究题，这对于引导中学化学教学注重实验和科学探究思想起到了积极的推动作用。该题就是围绕SO2与漂粉精的反应事实展开问题设计的，尤其是（3）对于考查考生“对化学现象提出科学合理的解释”的能力上做出了有益的尝试和创新。但从学生的角度分析，在解决该问题时即使想到了可能是SO2与酸化的AgNO3溶液反应生成沉淀，也必然会思考其反应原理，推测沉淀是什么？基于学生的认知水平，很容易认为是Ag2SO4。笔者对数十位2014届高三学生的测试和访谈后得到的反馈是：一些学生（尤其是优秀学生）的回答是“SO2与酸化的AgNO3溶液反应会生成白色的Ag2SO4沉淀”，这样的回答应该是基本达到命题者的命题意图（即根据题给的结论“由实验a、b不能判断白雾中含有HC1”推断另有物质和AgNO3溶液反应生成沉淀），但认为白色沉淀是Ag2SO4，显然与实验事实不符。因此，在编制以实验事实为基础的实验探究类试题时，不仅要凸显化学学科的学科能力与学科价值，同时更需关注学生的认知水平并尊重其逻辑推理，以对化学教学产生积极的导向作用[13]。
5.2 SO3
2-对检验Cl-过程中潜在的干扰作用
由于Ksp（Ag2SO3）较小和Ag2SO3在一定浓度稀硝酸中能存在的实验事实，当某溶液中存在较大浓度SO3
2-或者是加入酸化的硝酸浓度较低时（如实验9中0.1 mol/L的Na2SO3溶液中加入AgNO3溶液生成沉淀后，再加入1：5的稀硝酸时），将会对Cl-的检验起到一定的干扰作用。当然，Ag2SO3究竟能溶于多大浓度硝酸？以及硝酸浓度对溶解Ag2SO3速率的具体影响有多大，还有待于进一步的研究。
参考文献：
[1]刘雅莉. 2013年北京市高考化学试题特色[J].化学教学，2014，（3）：76.
[2] http：//wenku.baidu.com/view/090b9a66336c1eb91a375d99. html.
[3]梁红. 2013全国高考真题超详解[M].西安：陕西科学技术出版社，2013：33.
[4]天利全国考试命题中心.2013年全国各省市高考试题汇编全解[M].拉萨：西藏人民出版社，2013.
[5][8] Dean J A.兰氏化学手册（第一版）[M].北京：科学出版社，1991：5～9；10～5.
[6][10]张青莲主编.无机化学丛书（第六卷）[M].北京：科学出版社，1995：576～577.
[7]北京师范大学等无机化学教研室等编.无机化学（下）[M].北京：高等教育出版社，2003：501.
[9]马辉等.亚硫酸钠从含银废液中还原银的研究[J].贵金属，2009，（2）：6～11.
[11]卢昌柱. SO42-是否会对Cl-的检验产生干扰作用[J].中学化学教学参考，2013，（9）：72.
[12]黄新阶，姚志红.硫酸根离子和氯离子检验问题的实证研究[J].中小学实验与装备，2013，（2）：3.
[13]任红艳，吴琼.由一道高考化学试题想到的[J].化学教学，2012，（12）：61～62.
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关键词：高考化学；SO2与漂粉精反应实验；试题分析
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0093?C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
（3）向水中持续通入SO2，未观察到白雾。推测现象i的白雾由HC1小液滴形成，进行如下实验：
a.用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾，无变化；
b.用酸化的AgNO3溶液检验白雾，产生白色沉淀。
①实验a目的是 。
②由实验a、b不能判断白雾中含有HC1，理由是 。
该题是一道基于实验事实创设问题情境的实验探究题，涉及以氯和硫元素为代表的典型非金属元素性质和相关原理知识，重点考查了考生“对化学现象提出科学合理的解释”的能力。由a的实验现象说明白雾中不存在Cl2，进而排除其对b实验的干扰。b实验中用酸化的AgNO3溶液检验白雾，能产生白色沉淀，考生会首先想到白雾中存在HC1，但②给出的结论明确“由实验a、b不能判断白雾中含有HC1”，引导考生重新思考“白雾中还可能有什么成分会导致白色沉淀的出现？”从而提出“SO2与酸化的AgNO3溶液反应产生白色沉淀”的解释。命题者的意图显然并非是想考查有关“SO2与酸化的AgNO3溶液反应”的知识（这一知识也不在课程标准和考试大纲的范围内），而重在考查考生在解决简单化学问题的过程中，运用科学的方法，对化学现象提出合理解释的能力，要求考生经历从观察、比较、分析到推理、判断、论证等思维过程，体现思维的缜密性、灵活性、批判性和创新性[1]。这从试题给出的参考答案“SO2可与酸化的AgNO3溶液反应产生白色沉淀”，而不要求具体回答出沉淀成分即可看出。但从元素性质的角度看，SO2与酸化的AgNO3溶液能否反应产生白色沉淀以及该沉淀究竟是什么？仍需进一步明确。
笔者在与部分高中化学教师就上述问题进行交流时发现，几乎所有受访教师都认为SO2与酸化的AgNO3溶液反应时，SO2会被氧化，若生成沉淀应该是Ag2SO4沉淀；还有一部分教师对“SO2与酸化的AgNO3溶液是否能生成白色沉淀”产生质疑，认为Ag2SO4会溶于酸；没有一名受访教师认为生成的沉淀可能是Ag2SO3。网络上对该题较典型的一种解释也是“SO2可以被HNO3（酸化的AgNO3溶液）氧化为H2SO4，故SO2与酸化的AgNO3溶液反应生成白色沉淀Ag2SO4”[2]，市面上很多流传甚广的教辅也认为得到的是Ag2SO4沉淀[3，4]。
那么，SO2与酸化的AgNO3溶液能否反应生成白色沉淀？若生成沉淀是否就是老师们普遍认为的Ag2SO4呢？笔者对此进行了实验探究和分析。
2 实验探究
实验1 A、B、C三支试管中分别装有2% AgNO3溶液2mL，B试管中滴加1滴浓硝酸酸化，C试管中滴加10滴浓硝酸酸化，分别向三支试管中通入SO2气体，三支试管中都立即生成大量白色沉淀，沉淀很快从溶液中分离，上部溶液澄清。其中A试管底部沉淀略显灰色；C试管中沉淀量较A、B试管中的沉淀量略少。
实验2 取2mL SO2饱和水溶液，向其中滴入1滴2% AgNO3溶液，立即产生大量白色沉淀。
实验3 取2mL SO2饱和水溶液，先向其中滴入1mL浓硝酸，充分振荡，此时试管上部有红棕色气体产生；一段时间后再加入1滴2% AgNO3溶液，振荡后无沉淀产生。
实验4 取1：5和1：10的硫酸溶液各1mL，分别逐滴加入2% AgNO3溶液至约2mL，均无沉淀生成。
实验5 将实验1所得三份沉淀，分别加水洗涤并滤去上层清液，再各滴加6滴浓硝酸，试管上部有明显红棕色气体，沉淀溶解得到澄清溶液。再将实验2所得三份沉淀，同上述操作，现象相同。
实验6 用饱和Na2SO4溶液和10% AgNO3溶液制得Ag2SO4沉淀，向沉淀中加入浓硝酸并振荡，沉淀逐渐溶解得到澄清溶液（无红棕色气体产生）。
实验7 取实验1所得三份沉淀，分别加入饱和Na2SO3溶液并振荡，沉淀逐渐溶解得到澄清溶液。
实验8 取2mL 10% AgNO3溶液于试管中，滴加饱和Na2SO4溶液直到沉淀不再继续增加，静置后，再向其中逐滴加入饱和Na2SO3溶液，上层清液中立即出现大量白色浑浊，继续滴加饱和Na2SO3溶液并振荡，沉淀逐渐溶解。
实验9 向2mL 0.1mol/L的Na2SO3溶液中滴加2mL 2% AgNO3溶液，立即产生大量白色沉淀，将所得沉淀分两份，分别向其中滴加1：5和1：3的硝酸约2mL，充分振荡，前者沉淀不溶，后者沉淀溶解。
3 解释与分析
实验1现象说明：SO2与不同程度酸化的AgNO3溶液确实能发生反应而生成白色沉淀。那么生成的白色沉淀的成分究竟是什么？
查阅兰氏手册[5]：室温时，Ksp（Ag2SO4）=1.4×10-5；Ksp（Ag2SO3）=1.5×10-14。Ag2SO3的溶度积远远小于Ag2SO4的，说明Ag2SO3更易于生成。相关文献也显示[6]：将二氧化硫通入硝酸银溶液中，可制得白色的亚硫酸银沉淀，即发生反应：SO2+H2O+2AgNO3=Ag2SO3↓+ 2HNO3。
4 结论
SO2与AgNO3溶液的反应较复杂，加入硝酸酸化时，得到的沉淀仍主要为Ag2SO3。
5 两点思考 5.1 对编制实验探究类试题的思考
近年来，各地高考试题中出现了越来越多的基于实验事实的实验探究题，这对于引导中学化学教学注重实验和科学探究思想起到了积极的推动作用。该题就是围绕SO2与漂粉精的反应事实展开问题设计的，尤其是（3）对于考查考生“对化学现象提出科学合理的解释”的能力上做出了有益的尝试和创新。但从学生的角度分析，在解决该问题时即使想到了可能是SO2与酸化的AgNO3溶液反应生成沉淀，也必然会思考其反应原理，推测沉淀是什么？基于学生的认知水平，很容易认为是Ag2SO4。笔者对数十位2014届高三学生的测试和访谈后得到的反馈是：一些学生（尤其是优秀学生）的回答是“SO2与酸化的AgNO3溶液反应会生成白色的Ag2SO4沉淀”，这样的回答应该是基本达到命题者的命题意图（即根据题给的结论“由实验a、b不能判断白雾中含有HC1”推断另有物质和AgNO3溶液反应生成沉淀），但认为白色沉淀是Ag2SO4，显然与实验事实不符。因此，在编制以实验事实为基础的实验探究类试题时，不仅要凸显化学学科的学科能力与学科价值，同时更需关注学生的认知水平并尊重其逻辑推理，以对化学教学产生积极的导向作用[13]。
5.2 SO3
2-对检验Cl-过程中潜在的干扰作用
由于Ksp（Ag2SO3）较小和Ag2SO3在一定浓度稀硝酸中能存在的实验事实，当某溶液中存在较大浓度SO3
2-或者是加入酸化的硝酸浓度较低时（如实验9中0.1 mol/L的Na2SO3溶液中加入AgNO3溶液生成沉淀后，再加入1：5的稀硝酸时），将会对Cl-的检验起到一定的干扰作用。当然，Ag2SO3究竟能溶于多大浓度硝酸？以及硝酸浓度对溶解Ag2SO3速率的具体影响有多大，还有待于进一步的研究。
参考文献：
[1]刘雅莉. 2013年北京市高考化学试题特色[J].化学教学，2014，（3）：76.
[2] http：//wenku.baidu.com/view/090b9a66336c1eb91a375d99. html.
[3]梁红. 2013全国高考真题超详解[M].西安：陕西科学技术出版社，2013：33.
[4]天利全国考试命题中心.2013年全国各省市高考试题汇编全解[M].拉萨：西藏人民出版社，2013.
[5][8] Dean J A.兰氏化学手册（第一版）[M].北京：科学出版社，1991：5～9；10～5.
[6][10]张青莲主编.无机化学丛书（第六卷）[M].北京：科学出版社，1995：576～577.
[7]北京师范大学等无机化学教研室等编.无机化学（下）[M].北京：高等教育出版社，2003：501.
[9]马辉等.亚硫酸钠从含银废液中还原银的研究[J].贵金属，2009，（2）：6～11.
[11]卢昌柱. SO42-是否会对Cl-的检验产生干扰作用[J].中学化学教学参考，2013，（9）：72.
[12]黄新阶，姚志红.硫酸根离子和氯离子检验问题的实证研究[J].中小学实验与装备，2013，（2）：3.
[13]任红艳，吴琼.由一道高考化学试题想到的[J].化学教学，2012，（12）：61～62.