【模拟高考命题！】以铬酰氯为素材的原创实验题！
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以铬酰氯为素材的原创实验题命制
伍强
稿件编号：2023-02-0182
原创实验题命制的关键是素材的选择，2015年江合佩 [1] 提出了原创实验题素材选择的三个原则：第一，应避免脱离中学实验；第二，以教材和高考题作为出发点；第三，保证素材的科学性、准确性。但依据以上原则命制出的题目 [2] 与以超酸为素材的2021年湖北卷第18题相比，亲和度有余，原创度不足。为了命制出亲和度与原创度均较高的试题，开发了铬酰氯这一素材，并将素材的选取过程记录下来,供同行们参考。
1 素材的选取过程
2022年湖北卷第16题选择的素材为“磷酸的提纯”，以该题作为出发点，查阅了数十篇文献，翻阅了十余部大学教材后，发现亲和度较高的素材都已经被命制成了习题。为了解决这一问题，笔者结合自身的科研经历，决定选择“亚硫酰氯的提纯”作为素材。在中学学科网上检索，发现以“亚硫酰氯的制备”为素材的实验题较多，尚未发现有人以“亚硫酰氯的提纯”作为命题的素材。
为了确定更多的实验细节，以“亚硫酰氯的蒸馏”为关键词在视频网站哔哩哔哩（网址：https://www.bilibili.com）上进行检索，检索页面展示的视频中没有发现亚硫酰氯的蒸馏实验，但发现了如图1所示，以“制取我最喜欢的铬酰氯”命名的视频（网址：https://www.bilibili.com/video/BV1iS4y1F7FU?t=81.3），该视频转载自YouTube，由加拿大科普视频创作者Nigel Braun制作。铬酰氯的制备实验中涉及到的大多数仪器和试剂为高中化学常见仪器和试剂，查阅中国知网、百度题库、中学学科网，未发现有任何人以铬酰氯为素材进行任何形式的命题，与亚硫酰氯相比，铬酰氯更适合作为命题素材。
2 题目、答案及解析
以铬酰氯为素材，参考2022年湖北卷第16题的格式进行命题，题目、答案及解析如下：
【题目】如图2所示，Nigel Braun设计出了一套制备铬酰氯的实验装置，并录制成视频发布在网络上（网址：https://www.bilibili.com/video/BV1iS4y1F7FU?t=81.3）。由该视频可知，铬酰氯（化学式为CrO 2 Cl 2 ）为深红棕色液体，沸点117 ℃，极易挥发、易水解，可由重铬酸钾、浓硫酸与氯化钠反应制得，反应机理为：浓硫酸先分别与重铬酸钾和氯化钠反应生成CrO 3 与氯化氢气体两种中间产物，然后CrO 3 迅速与氯化氢气体反应生成铬酰氯。
回答下列问题:
（1）A的名称是 。B的进水口为 (填“a”或“b”)。
（2）投料前应将氯化钠粉末与重铬酸钾粉末用搅拌机充分混合，目的是 。
变式a 投料时，加入过量氯化钠粉末可以显著增大铬酰氯的产率，原因是 。
变式b 浓硫酸在反应前应装入冰箱中冷却至0℃左右，是为了防止 。
（3）写出CrO 3 与氯化氢气体反应生成铬酰氯的化学反应方程式 。
（4）反应结束后，用电热套加热装置A，并收集117 ℃左右的馏分，发现C中充满红棕色气体，没有收集到液体，请改进这一蒸馏装置并给出理由 。
（5）图2缺少尾气处理装置，图3所示的尾气处理装置中最合理的是哪一种 (填标号)；原因是 。
变式 某同学查阅资料（网址：https://www.acfun.cn/v/ac35695548）发现氢氧化钠与草酸钠的混合溶液可吸收该实验产生的尾气，并将铬酰氯还原为Cr(OH) 4 - ，请写出该条件下铬酰氯被还原的离子方程式 ；该同学认为铬酰氯与氢氧化钠溶液反应会生成铬酸钠和氯化钠，进一步查阅资料 [3] 发现铬酸钠在碱性条件下难以氧化草酸钠，面对两份自相矛盾的资料，该同学感到非常困惑，请写出理由，帮助该同学答疑解惑： 。
【答案】（1）双口瓶（其他合理答案亦可），b。
（2）使反应的中间产物CrO 3 与氯化氢气体充分接触，提高铬酰氯的产率。
变式a 产生过量的氯化氢气体，使更多的CrO 3 参与反应。
变式b 反应温度过高，反应速率过快。
（3）CrO 3 +2HCl=CrO 2 Cl 2 +H 2 O。
（4）用冰水浴冷却装置C，冰水浴温度较低，可使铬酰氯蒸气液化并减少液态铬酰氯的挥发（其他合理答案亦可）。
（5）B；碱石灰可吸收未反应的氯化氢气体和未冷凝的铬酰氯蒸气，并可防止空气中的水蒸气进入装置。
变式 12OH - +2CrO 2 Cl 2 + 3C 2 O 4 2- =2Cr(OH) 4 - + 4Cl - + 6CO 3 2- +2H 2 0；尾气中含大量酸性气体，气液接触面附近的溶液在酸性气体作用下可变为强酸性，在该环境下铬酰氯可被还原。
【解析】（1）由图可知A为双口瓶。B中，冷凝水应下口进上口出。
（2）反应的中间产物CrO 3 与氯化氢气体的反应为固气反应，部分气体来不及与固体接触就逸出反应体系，将氯化钠粉末与重铬酸钾粉末用搅拌机充分混合有利于中间产物的充分接触，提高氯化氢气体的利用率。
变式a 反应过程中有一部分氯化氢气体来不及与CrO 3 接触就逸出液面，导致CrO 3 反应不充分。加入过量氯化钠可产生过量的氯化氢气体，使更多的CrO 3 参与反应，增大了铬酰氯的产率。
变式b A中反应为放热反应，在反应前冷却浓硫酸可防止反应速率过快，同时也可防止A中温度过高导致铬酰氯大量挥发。
（3）已知反应物CrO 3 和HCl，还知道生成物含有CrO 2 Cl 2 ，写出反应物和生成物，配平即可得到反应：CrO 3 +2HCl=CrO 2 Cl 2 +H 2 O。
（4）常温下铬酰氯易挥发，铬酰氯蒸气仅凭冷凝管冷却，难以转化为液体，用冰水浴可将铬酰氯蒸气尽可能转化为液体，同时也可减少液态铬酰氯的挥发。
（5）尾气中含氯化氢气体和铬酰氯蒸气，铬酰氯与水反应可生成盐酸和铬酸，氢氧化钠溶液可同时吸收氯化氢气体与铬酰氯蒸气。但铬酰氯易水解，不能将产物的收集装置直接连接到装有氢氧化钠溶液的吸收装置中。碱石灰中含有氢氧化钠固体，氢氧化钠固体易吸潮，其表面会吸收少量水分，氯化氢气体和铬酰氯蒸气通过吸潮后的氢氧化钠固体时可以被吸收。
变式 已知反应物为OH - 、CrO 2 Cl 2 、C 2 O 4 2- 生成物为Cr(OH) 4 - 、Cl - 、CO 3 2- ，写出反应物和生成物，配平即可得到反应：12OH - +2CrO 2 Cl 2 +3C 2 O 4 2- =2Cr(OH) 4 - +4Cl - +6CO 3 2- +2H 2 0。铬酰氯与氢氧化钠溶液反应会生成铬酸钠和氯化钠，会消耗氢氧化钠，且尾气中含氯化氢气体，也会消耗氢氧化钠，这导致气液接触面附近变为了一个局部的强酸性环境，该环境下铬酰氯可被还原为Cr 3+ ,Cr 3+ 扩散至强碱性环境中反应生成Cr(OH) 4 - 。
3 命题意图
第（1）问考查记忆能力。
第（2）问及其变式融入了搅拌器、冰箱等陌生情境，并结合高中教材上的化学反应速率的相关知识，考查应用能力、分析能力与评价能力。
第（3）问为陌生情境下化学反应方程式的书写，主要考查应用能力与分析能力。
第（4）问为实验改进，属于开放性试题，主要考查创新能力，只要提供了合理的降温方案，都可以得分。
第（5）问为实验装置的选择，主要考查分析能力和评价能力。变式为陌生情境下离子方程式的书写与陌生情境下疑难问题的解决，主要考查应用能力、分析能力、评价能力和创新能力。在解决疑难问题的过程中，只有突破了氢氧化钠过量的定势思维，才能提出局部酸性环境这一概念，这需要答题者有较强的创新能力。
4 结语
合适的命题素材如同一座储量有限的矿藏，随着命题者大量开采，矿藏资源已经逐渐消耗殆尽。以陌生情境为素材的原创实验题的命题者，往往需要通过阅读海量的国内外文献才能获取一丝命题的灵感。本文通过哔哩哔哩这一视频网站，无意中发现一个转载自YouTube网站上的实验视频，开创了一种，通过观看国内外各种实验视频，筛选出合适的素材，改编为原创实验题的方法。这相当于开发了一种新的探矿方法，让原创实验题的命题者可以高效地获取各种命题素材。
本题部分内容被选作2023年湖北省八市高三3月联考实验大题。
参考文献
[1]江合佩.原创实验题命制模型研究[J].化学教学,2015(08):75-79.
[3]穆毅. 草酸或零价纳米铁还原去除水体六价铬及机理研究[D].华中师范大学,2018.
尽快补订2023年《化学教育》！
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