孙秀民
黑龙江省庆安县第一中学 152400
人们常说“高考实验源于教材，又高于教材”，很多高考实验题都源自于教材中的基础实验，特别是有机化学综合实验题，此类试题通常以某种有机化合物制备实验方案的设计为依托，综合考查有机化合物的性质、试剂的选择、反应条件的控制、物质除杂与分离的操作方法、实验仪器的名称及使用、产品纯度与产率的计算及其误差分析等，并以此为背景综合考查学生的信息素养和化学学科素养，因此这类试题是我们在高考复习中必须突破的重点和难点。所以一定要利用好课本中的实验素材，要把实验中隐藏的知识挖掘出来，善于依据实验原理对教材实验进行深度加工、拓展和改造，并针对实验提出问题，引导学生深入思考和讨论，以提升学生的核心素养和解题能力。下面以2020年全国理综卷Ⅱ的有机化学综合实验题为例，简要说明挖掘教材实验的过程和提升学生核心素养的方法。
例.(2020年全国卷Ⅱ)苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理简示如下：
+ KMnO4 →+ MnO2 + HCl →+ KCl
名称 相对分
子质量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/(g·mL?1) 溶解性
甲苯 92 ?95 110.6 0.867 不溶于水，易溶于乙醇
苯甲酸 122 122.4（100℃左右开始升华） 248 —— 微溶于冷水，易溶于乙醇、热水
实验步骤：
（1）在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g（约0.03 mol）高锰酸钾，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠。
（2）停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤，用少量冷水洗涤，放在沸水浴上干燥。称量，粗产品为1.0 g。
（3）纯度测定：称取0. 122 g粗产品，配成乙醇溶液，于100 mL容量瓶中定容。每次移取25. 00 mL溶液，用0.01000 mol·L?1的KOH标准溶液滴定，三次滴定平均消耗21. 50 mL的KOH标准溶液。
回答下列问题：
（1）根据上述实验药品的用量，三颈烧瓶的最适宜规格为______（填标号）。
A．100 mL B．250 mL C．500 mL D．1000 mL
（2）在反应装置中应选用______冷凝管（填“直形”或“球形”），当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成，其判断理由是______________________________________________________。
（3）加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是_______________________________________________；该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理，请用反应的离子方程式表达其原理：
___________________________________________________________________。
（4）“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是_____________。
（5）干燥苯甲酸晶体时，若温度过高，可能出现的结果是______________________。
（6）本实验制备的苯甲酸的纯度为____；据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于____（填标号）。
A．70% B．60% C．50% D．40%
（7）若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过在水中________的方法提纯。
此题来源于高中化学人教版现行教材选修5《有机化学基础》第18页“实验1-2”苯甲酸的重结晶实验和第38页“实验2-2”甲苯使KMnO4酸性溶液褪色的实验，这道高考题就是将教材中的这两个实验作为一个整体素材而命制的试题。“实验2-2”是一个对比实验，通过向苯和甲苯各2 mL中分别滴入3滴KMnO4酸性溶液，发现甲苯可使KMnO4酸性溶液褪色，从而得出甲苯上的甲基可被KMnO4氧化的结论，但教材中没有给出具体的化学反应，教师在教学时应对此实验进行挖掘、拓展和开发，从反应原理、实验步骤、产品的分离提纯直至产品纯度和产率的计算进行融合，使之变为完整的以甲苯为原料制备苯甲酸的实验。
一. 实验原理
甲苯经高锰酸钾氧化制取苯甲酸的反应原理有两种，一种是用高锰酸钾氧化甲苯，其反应理为化学反应(1)；另一种是用硫酸酸化的高锰酸钾氧化甲苯，其反应原理为化学反应(2)。上述高考试题采用的是化学反应(1)。
二. 实验方法和步骤
下面以上述高考试题为例说明用甲苯和高锰酸反应制备苯甲酸的实验过程。
首先连接装置，然后检验装置的气密性，之后加入药品。将一定量的甲苯、水和过量的高锰酸钾固体加入到三颈烧瓶中，启动搅拌器，加热回流至回流液不再出现油珠，此时甲苯被氧化成苯甲酸钾，高锰酸钾被还原为二氧化锰，同时生成氢氧化钾和水。加入亚硫酸氢钠将过量的高锰酸钾还原为二氧化锰，趁热过滤，用少量热水洗涤二氧化锰。将洗涤液并入滤液中，在冰水浴中冷却后加入浓盐酸酸将苯甲酸钾再转化为苯甲酸，过滤出苯甲酸，洗涤、干燥、称量粗产品，计算纯度和产率。
实验流程如下：
三. 问题与讨论
（1）影响产品产量的主要因素是什么？
反应温度的控制；反应物之间的充分混合是影响产品产量的主要因素。
（2）如何判断甲苯已被氧化完全？
甲苯是不溶于水的油状液体，当反应液中无油珠出现时，说明甲苯已被氧化完全。
（3）为什么要加入亚硫酸氢钠？不加会怎样？可以用什么代替亚硫酸氢钠？
加入的亚硫酸氢钠是作为还原剂，将过量的高锰酸钾还原为二氧化锰以便过滤而除去，否则后续步骤中滴入盐酸时，高锰酸钾氧化盐酸会生成有毒的氯气，另外产生的二氧化锰会混杂在产品苯甲酸中难以除去而导致产品纯度降低。可以用亚硫酸钠、草酸、甲醇等还原剂代替亚硫酸氢钠。
（4）精制苯甲酸除了用重结晶法外，还可采用什么方法？
由题目中表格信息可知，苯甲酸在100℃左右开始升华，因此还可以用升华法精制苯甲酸。
（5）产品的纯度和产率如何计算？
有些试题在产品制备分离、提纯完成后还要计算产品的纯度或产率及其偏大、偏小的误差分析。注意纯度与产率的区别，产品纯度是纯净产品的质量除以粗产品的质量所得到的百分数；而产品产率则是要由制备产品的主反应方程式和所给原料的质量计算出理论产量，再用题目中给出的产品的实际产量除以理论产量所得的百分数。