全國高中化學(xué)奧林匹克決賽（理論）分析化學(xué)試題分析

張瑞超 陳國永 卓穎 和巖

對(duì)2005～2014這10年的全國高中化學(xué)競(jìng)賽決賽（理論）分析化學(xué)試題，從考點(diǎn)分布、考試的重點(diǎn)內(nèi)容等方面進(jìn)行分析和研究。通過對(duì)經(jīng)典賽題的研究與反思，歸納出決賽試題的特點(diǎn)，從而得出一些關(guān)于化學(xué)競(jìng)賽培訓(xùn)方略等方面的啟示。

化學(xué)競(jìng)賽分析化學(xué)試題分析啟示化學(xué)競(jìng)賽是重要的學(xué)生課外活動(dòng)，是化學(xué)教學(xué)培養(yǎng)應(yīng)用型拔尖化學(xué)人才的一項(xiàng)重要方法。同時(shí)，也起到了普及化學(xué)知識(shí)、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生分析化學(xué)問題和靈活運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力的作用。分析化學(xué)在日常生產(chǎn)生活中的作用是舉足輕重的，例如，工業(yè)原料的選擇、工藝流程的監(jiān)控及成品品質(zhì)的檢測(cè)；土壤成分、化肥含量和農(nóng)藥殘留的研究；礦石的勘探與綜合利用；刑事案件的偵破和人體生理和病理指標(biāo)的檢測(cè)……生活中處處都有分析化學(xué)的身影。從近十年全國高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽（決賽）試題中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)分析化學(xué)知識(shí)保持有5～14分的考查。因此分析研究近年有關(guān)分析化學(xué)的競(jìng)賽試題，無論是對(duì)做好競(jìng)賽的培訓(xùn)工作還是正確把握試題的發(fā)展方向都有積極的意義。

一、大綱分析

根據(jù)中國化學(xué)會(huì)2008年4月修訂的《全國高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽大綱》，分析化學(xué)在全國決賽理論部分考查的內(nèi)容為：能夠在化學(xué)計(jì)算和化學(xué)實(shí)驗(yàn)中正確使用有效數(shù)字；利用容量分析（酸堿滴定、配位滴定、氧化還原和沉淀滴定）的方法測(cè)定未知溶液的濃度，并考察指示劑的選擇、酸堿滴定的誤差分析和終點(diǎn)pH計(jì)算、常見物質(zhì)的滴定條件；利用分光光度法和比色分析測(cè)定待測(cè)溶液濃度。

二、試題特點(diǎn)

1.考點(diǎn)分布

從考點(diǎn)分布來看，容量分析是重點(diǎn)，其中酸堿滴定和氧化還原滴定各5次、配位滴定3次、沉淀滴定和分光光度法各1次。其中單獨(dú)考查酸堿滴定分析3次，氧化還原滴定、配位滴定和分光光度法各一次。所以，酸堿中和滴定、配位滴定和氧化還原滴定是考查的重點(diǎn)。

2.題目分值相對(duì)穩(wěn)定，難度略有增加

每年的分析化學(xué)試題在題型、題量方面較為穩(wěn)定，且基礎(chǔ)性較強(qiáng)，對(duì)四大滴定和分光光度法的考查都是比較基礎(chǔ)的內(nèi)容，難度穩(wěn)中有升，其中關(guān)于酸堿滴定中pH計(jì)算和有效數(shù)字的正確使用難度較大。從試題內(nèi)容來看，是在傳統(tǒng)的優(yōu)秀題目的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維的考查。

3.試題素材源于生產(chǎn)生活，考查學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力

例1.（第24屆第3題）尿磷是尿中的全部無機(jī)磷酸鹽，尿中尿磷的正常值成人為22～48mmol/24h，兒童為16～48mmol/24h。某些疾病可能引起尿磷的升高，而另一些疾病會(huì)使尿磷降低。在測(cè)定磷酸鹽的分光光度法中，大多是利用在酸性介質(zhì)中磷酸鹽與鉬酸鹽形成磷鉬雜多酸的反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物是黃色的，又稱磷鉬黃。為提高靈敏度，一般采用鉬藍(lán)法：在溫和條件下將磷鉬黃還原為磷鉬藍(lán)，然后進(jìn)行測(cè)定，一種測(cè)定尿磷（原子量30.97）的方法如下：尿液用鉬（Ⅳ）處理，生成磷鉬復(fù)合物，然后用4-氨基-3-羥基-1-萘磺酸還原，形成磷鉬藍(lán)，其最大吸收波長為690nm。某患者24小時(shí)排尿總量1270ml，今移取該尿液1.00ml用鉬試劑和4-氨基-3-羥基-1-萘磺酸處理并稀釋到50.0ml，同法處理磷酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，以試劑空白溶液做參比，在690nm波長處測(cè)定吸光值，結(jié)果如下：

測(cè)試溶液 1.00pm p2.00pm p3.00pm p4.00pm p尿樣

吸光值0.2050.4100.6150.820 0.625

（1）該組測(cè)定數(shù)據(jù)符合一元線性回歸方程y=bx+a，計(jì)算該患者每天排出的磷有多少克。

（2）計(jì)算該尿液中的磷酸鹽的濃度（mmol/L）

簡(jiǎn)析：本題來源于醫(yī)院常規(guī)生理分析實(shí)驗(yàn)，考查的是吸光光度法的應(yīng)用。解題的難點(diǎn)從表面上看，是學(xué)生對(duì)于朗伯-比爾定律不熟悉，實(shí)際是考查學(xué)生對(duì)于試題中信息提取的能力。朗伯比爾定律告訴我們，溶液的吸光度與溶液的濃度和吸收層的厚度成正比，但題目中也提到，該組數(shù)據(jù)符合一元線性回歸方程，從另一個(gè)側(cè)面提示了溶液濃度與吸光度的關(guān)系。通過數(shù)據(jù)擬和出y=bx+a中的b和a，就可計(jì)算尿液中尿酸的濃度。

生活中處處都有分析化學(xué)的身影，藥物分析、環(huán)境污染物分析、礦物組成和含量分析、人體生理指標(biāo)的分析……所以近年的化學(xué)競(jìng)賽試題以生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題為素材，融入分析化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，積極選擇與分析化學(xué)相關(guān)的熱點(diǎn)問題，內(nèi)容選擇使學(xué)生在了解前沿化學(xué)知識(shí)的同時(shí)，又貼近了學(xué)生的生活實(shí)際。從食品安全，環(huán)境保護(hù)。藥物檢測(cè)，資源和能源等領(lǐng)域的考查充分體現(xiàn)了化學(xué)的應(yīng)用價(jià)值和化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，使學(xué)生認(rèn)同化學(xué)從而喜愛化學(xué)。

4.綜合學(xué)科知識(shí)，突出學(xué)科能力

例2.（第27屆第4題）工業(yè)漂白粉由次氯酸鈣，氫氧化鈣，氯化鈣和水組成，有效成分為次氯酸鈣。準(zhǔn)確稱取7.630g研細(xì)試樣，用蒸餾水溶解，定容于1000ml容量瓶。

移取25.00ml該試樣溶液至250ml錐形瓶中，加入過量的KI水溶液，以足量的1︰1乙酸水溶液酸化，以0.1076mol·L-1的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗18.54mL。

移取25.00ml該試樣溶液至250ml錐形瓶中，緩慢加入足量的3%H2O2水溶液，攪拌至不再產(chǎn)生氣泡，以0.1008mol·L-1的AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗20.36mL。

移取25.00ml該試樣溶液至100.0ml容量瓶中，以蒸餾水稀釋至刻度。移取25.00ml該稀釋液至250ml錐形瓶中，以足量的3%H2O2水溶液處理至不再產(chǎn)生氣泡。于氨性緩沖液中以0.01988mol·L-1的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗24.43mL。

（1）計(jì)算該漂白粉中有效氯的百分含量（以Cl2計(jì)）

（2）計(jì)算總氯的百分含量

（3）計(jì)算總鈣的百分含量

簡(jiǎn)析：本題屬于多種滴定方法聯(lián)用測(cè)定混合物各組分含量的題型，該題型不像單一分析方法對(duì)于計(jì)算要求高，一般計(jì)算難度較小，但對(duì)于學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和綜合分析能力要求較高。向試劑中加入過量KI后用Na2S2O3滴定，是利用間接碘量法測(cè)定氧化性強(qiáng)于I2的物質(zhì)（即ClO-）的濃度，進(jìn)而根據(jù)電子得失換算成有效氯的含量；要計(jì)算總氯，則利用AgNO3作為滴定劑，采用沉淀法測(cè)定，所以必須將ClO-還原成Cl-，所以H2O2是用來還原ClO-的；利用EDTA則是測(cè)量鈣的含量，但由于EDTA易被強(qiáng)氧化劑氧化，所以必須要用雙氧水除去ClO-。從例題分析可以發(fā)現(xiàn)，此類試題解題的關(guān)鍵是分析清楚每種分析方法測(cè)定的物質(zhì)，

是混合組分還是單一組分，只要能測(cè)得組分總含量和其中某組分的含量，其余待測(cè)組分的含量即可求得。

分析化學(xué)是化學(xué)的一個(gè)交叉分支，充滿了生機(jī)。由于新的物質(zhì)不斷被合成，傳統(tǒng)的單一分析方法已經(jīng)不能夠適應(yīng)需求，新的分析方法不斷涌現(xiàn)，例如多種分析方法的聯(lián)用。而且由于受到競(jìng)賽大綱知識(shí)難度和廣度的限制，競(jìng)賽試題中對(duì)于新方法的考查也就基本局限在多種容量分析法聯(lián)用上，近十年有4次（見表1）試題中考查了多種滴定方法的聯(lián)用，其中第27屆更是出現(xiàn)了氧化還原、配位和沉淀滴定三種滴定的聯(lián)用。此類試題能夠更加全面的考查學(xué)生對(duì)所掌握的分析化學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，因此多種方法聯(lián)用題目所占比例呈增多趨勢(shì)。

三、試題中重點(diǎn)、熱點(diǎn)對(duì)競(jìng)賽培訓(xùn)的啟示

從近十年競(jìng)賽的分析化學(xué)試題可以發(fā)現(xiàn)，重點(diǎn)、熱點(diǎn)內(nèi)容是反復(fù)考查的，只是在試題的內(nèi)容和形式上有所不同，以有機(jī)化學(xué)和無機(jī)化學(xué)的知識(shí)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)利用分析化學(xué)中的容量分析方法對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定量檢測(cè)。所以，應(yīng)當(dāng)充分研究競(jìng)賽大綱，加強(qiáng)與高中知識(shí)點(diǎn)（選修4）有機(jī)結(jié)合，在幫助學(xué)生拓展高考知識(shí)的基礎(chǔ)上，滲透入競(jìng)賽的內(nèi)容，避免過高難度的專業(yè)練習(xí)。

由于分析化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，為了幫助學(xué)生能夠加深理解題目知識(shí)，并且更好的為決賽實(shí)驗(yàn)部分創(chuàng)造基礎(chǔ)，結(jié)合高中實(shí)驗(yàn)室實(shí)際條件，可以在高中（選修4）的酸堿中和滴定之外，開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究課程。相關(guān)實(shí)驗(yàn)列入表2。通過訓(xùn)練，使學(xué)生對(duì)實(shí)際樣品的分析測(cè)定全過程有充分的了解，從本質(zhì)上理解完成實(shí)際樣品的測(cè)定，要檢測(cè)哪些物質(zhì)，每個(gè)測(cè)定方法依據(jù)的是什么，從而引導(dǎo)學(xué)生弄清楚分析題目設(shè)計(jì)的原理，增強(qiáng)學(xué)生的競(jìng)賽知識(shí)儲(chǔ)備，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力。

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