一、无机材料制备实验

案例：CuCl的实验室制备与提纯

  • 实验背景：CuCl是重要的催化剂和有机合成中间体，其制备涉及氧化还原反应原理。
  • 高考实验设计：

    • 1. 反应原理：利用Cu²⁺与SO₃²⁻的氧化还原反应（Cu²⁺ + SO₃²⁻ + H₂O → CuCl↓ + SO₄²⁻ + H⁺），考查学生对电子转移和配平的能力。

    2. 除杂与提纯：通过水洗、Na₂CO₃溶液洗涤去除未反应的酸和硫酸盐，最后用无水硫酸镁干燥，体现材料纯化流程的实际应用。

    3. 仪器操作：三颈烧瓶、分液漏斗等仪器的使用，以及分液、过滤等基本实验技能。

    二、金属材料提纯与工艺分析

    案例：工业流程题中的金属冶炼与除杂

  • 典型问题：

    • 1. 原料预处理：如矿石粉碎（增大接触面积，加快反应速率）。

    2. pH调控除杂：例如，调节pH≥3.2去除Fe³⁺，pH≥4.7去除Cu²⁺，考查金属离子沉淀的pH范围应用。

    3. 循环利用设计：如尾气处理（SO₂回收制硫酸）、滤液回用（减少原料浪费），体现绿色化学理念。

    三、有机高分子材料合成实验

    案例：苯甲酸的制备与产率计算

  • 实验步骤：

    • 1. 氧化反应：甲苯与KMnO₄反应生成苯甲酸，涉及反应条件控制（温度、催化剂）。

    2. 提纯方法：利用苯甲酸微溶于冷水的性质，通过重结晶法纯化，考查物质溶解性与温度的关系。

    3. 产率计算：结合理论产量与实际产量，分析产率偏低的原因（如副反应、未完全溶解）。

    四、复合材料与新型材料实验

    案例：氧化石墨烯的制备与表征

  • 高考真题链接：

    • 1. 反应条件：冰水浴控制反应温度，防止高锰酸钾剧烈分解，体现材料合成的条件优化。

    2. 仪器选择：油浴加热代替水浴（温度需求更高），考查加热方式与材料性能的关系。

    3. 产物检验：通过红外光谱或X射线衍射（XRD）分析结构，间接考查现代材料表征技术。

    五、实验设计与创新能力考查

    案例：实验方案设计与误差分析

  • 典型题型：

    • 1. 设计实验验证产物成分：如检验CuCl中是否含Fe²⁺时，需排除干扰离子（如用KSCN和酸性高锰酸钾溶液分步检验）。

    2. 误差分析模板：如滴定实验中未润洗滴定管导致标准液浓度降低，计算结果偏高。

    3. 仪器创新使用：如分水器的应用（分离生成的水促进酯化反应正向进行），考查装置原理的理解。

    高考实验题的命题特点与备考建议

    1. 核心考点：

  • 仪器辨识（分液漏斗、冷凝管等）。
  • 操作目的（如“加入沸石防暴沸”）。
  • 方程式书写（陌生反应配平）。

    • 2. 答题策略：

  • 模板化描述：如“检验沉淀是否洗净”需取最后一次洗涤液，加试剂检验离子残留。
  • 数据关联：结合表格中物质溶解度、密度等参数选择分离方法。

    • 3. 拓展学习：

  • 关注教材实验改编（如索氏提取器用于萃取咖啡因）。
  • 强化工业流程题训练，掌握“主线反应→除杂→循环利用”的三步法。

    • 总结

    材料科学与工程在高考实验题中的应用，主要聚焦于材料制备、提纯、表征及实际工业场景模拟。考生需掌握化学反应原理、仪器操作及问题分析能力，同时熟悉常见答题模板（如产率计算、误差分析），并结合真题训练提升综合解题能力。