楊吉麗

隨著新一輪課程改革的啟動(dòng)和高考改革的不斷深入，化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)提出了要理解、認(rèn)識(shí)從依據(jù)研究目的設(shè)計(jì)方案對(duì)科學(xué)探究的重要性，在高考命題從知識(shí)立意轉(zhuǎn)向能力立意的形勢(shì)下，化學(xué)實(shí)驗(yàn)題多采用“常規(guī)+創(chuàng)新”的形式。內(nèi)容主要包括儀器和裝置的正確使用、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作流程、誤差產(chǎn)生原因、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和報(bào)告等。由于學(xué)生缺乏豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，平時(shí)沒有針對(duì)性地復(fù)習(xí)，遇到稍微復(fù)雜的綜合實(shí)驗(yàn)題，他們?cè)趹?yīng)答時(shí)會(huì)出現(xiàn)思維障礙。

通過對(duì)近些年高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)題和學(xué)生得分情況的分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)題都能得分，但是得滿分很難。那么如何解答化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)題呢？筆者覺得對(duì)實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)的考查內(nèi)容主要包括明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模绾伪ＷC原料經(jīng)濟(jì)合理？怎樣提高原料的利用率？如何簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過程和裝置？如何做到實(shí)驗(yàn)綠色環(huán)保？實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生原因分析，怎樣減小誤差？實(shí)驗(yàn)過程是否安全？其中明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?即想干什么)非常重要，實(shí)踐表明，基于實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩硗黄茖?shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)的策略，能夠幫助學(xué)生有效提升解決問題的能力，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生自主探究和學(xué)習(xí)的能力。

一、 基于物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)的方案評(píng)價(jià)

2018年高考新課標(biāo)Ⅰ中的第26題，考查了醋酸亞鉻的制備方案，其制備裝置如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)的考查背景源于教材中氫氧化亞鐵的制備，學(xué)生即使是面對(duì)醋酸亞鉻這一陌生物質(zhì)，也容易找準(zhǔn)方向。

圖1

首先，解決本題可以借助情境再現(xiàn)，通過題目分析，能夠快速將課內(nèi)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容遷移至解題過程。

第一，從題目信息“在氣體分析中用作氧氣吸收劑”“一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價(jià)鉻還原為二價(jià)鉻”，可以推斷醋酸亞鉻具有較強(qiáng)的還原性，物質(zhì)容易被氧化。

第二，題目信息已知其制備方法主要分為兩步：①通過還原反應(yīng)得到二價(jià)鉻；②將二價(jià)鉻離子與醋酸根離子混合，制備得到產(chǎn)物醋酸亞鉻。題目信息提供的制備方法與課內(nèi)氫氧化亞鐵制備改進(jìn)實(shí)驗(yàn)(如圖2)的原理相似。

圖2

第三，實(shí)驗(yàn)裝置不同于傳統(tǒng)物質(zhì)制備的裝置，但是與氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)裝置(如圖2)十分相似，原理相同。

學(xué)生審題至此，基本可以將陌生的題目情境與熟悉的已學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來，降低了解題的心理難度，也找到了解題的突破口——模仿氫氧化亞鐵的制備原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、操作要點(diǎn)等進(jìn)行答題。因此在高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)過程中，要注意選擇經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⑶榫乘夭?，才能讓學(xué)生在遇到陌生的實(shí)驗(yàn)情境時(shí)，能快速匹配信息，找到解題突破口。

其次，該題中考查的幾個(gè)問題：“為什么實(shí)驗(yàn)中所用蒸餾水均需經(jīng)煮沸后迅速冷卻？c中產(chǎn)生氣體的作用是什么？裝置d存在的缺點(diǎn)是什么？”由于是物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)，所以整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的操作以及儀器裝置都是保證目標(biāo)物質(zhì)的高產(chǎn)率和高純度兩個(gè)目的。題目中給出了醋酸亞鉻在氣體分析中用作氧氣吸收劑，不難得到醋酸亞鉻具有易被氧化的性質(zhì)，因此在實(shí)驗(yàn)過程中，為了保證制備醋酸亞鉻的產(chǎn)率和純度提高，一定要避免醋酸亞鉻與氧氣的接觸。隔絕氧氣，是氫氧化亞鐵制備過程中的關(guān)鍵，也是本題醋酸亞鉻制備過程中的關(guān)鍵。因此實(shí)驗(yàn)中所用的蒸餾水需要經(jīng)煮沸后冷卻使用就是為了將溶解于水中的氧氣除去；裝置c中產(chǎn)生的氣體也可以起到將裝置內(nèi)的空氣排出體系；d裝置是目標(biāo)物質(zhì)的產(chǎn)生裝置，而d裝置是敞口的錐形瓶，易與外界空氣接觸，從而導(dǎo)致醋酸亞鉻被氧化降低其產(chǎn)率和純度。從提高產(chǎn)物產(chǎn)率和純度的實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，幾個(gè)與之相關(guān)的設(shè)問就得以順利解決。

2015年高考江蘇卷中的第22題，考查了以苯甲醛為原料制備間溴苯甲醛，其反應(yīng)裝置如圖3所示。在反應(yīng)結(jié)束后采取減壓蒸餾有機(jī)相，收集相應(yīng)的餾分，題目中問到了該步驟中采取減壓蒸餾的原因。由于減壓蒸餾這一操作在中學(xué)階段很少接觸，學(xué)生很難找準(zhǔn)該題所考查的要點(diǎn)。但是對(duì)減壓蒸餾的原理學(xué)生是已經(jīng)掌握了的，采取減壓蒸餾最直接的好處就是可以降低物質(zhì)的沸點(diǎn)。結(jié)合該實(shí)驗(yàn)屬于物質(zhì)制備的類型，所以從目標(biāo)物的產(chǎn)率和純度出發(fā)，由于間溴苯甲醛中存在醛基，結(jié)合有機(jī)官能團(tuán)的性質(zhì)，可以推測(cè)目標(biāo)產(chǎn)物在溫度高時(shí)可能導(dǎo)致醛基被氧化，從而降低目標(biāo)物的產(chǎn)率和純度。因此減壓蒸餾可以降低蒸餾過程的溫度，從而防止間溴苯甲醛被氧化。

圖3

二、 基于定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)的方案評(píng)價(jià)

2017年高考新課標(biāo)Ⅰ中的第26題，以凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)中氮含量的裝置如圖4所示。該題中設(shè)置了一個(gè)關(guān)于裝置d中保留少量水的目的是什么？由于該實(shí)驗(yàn)的情境比較陌生，實(shí)驗(yàn)裝置相比課本中的實(shí)驗(yàn)裝置新穎，在高考中很多學(xué)生很難短時(shí)間找到回答的方向。如果我們能夠基于實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，就能很容易找到該問題的突破方向。

圖4

該實(shí)驗(yàn)屬于典型的定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧?zhǔn)確測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以方案評(píng)價(jià)的方向也應(yīng)該從減少實(shí)驗(yàn)誤差的角度出發(fā)。d中保留少量水的操作是在將銨鹽和氫氧化鈉從d裝置注入e裝置后，實(shí)驗(yàn)中銨鹽和氫氧化鈉在e中混合后產(chǎn)生氨氣，利用裝置g吸收產(chǎn)生的氨氣從而測(cè)定氮的含量?；趯?shí)驗(yàn)?zāi)康牟浑y分析，影響實(shí)驗(yàn)誤差的一個(gè)重要因素就是e中產(chǎn)生的氨氣能完全被g裝置中的溶液吸收，而氨氣是以氣體的形式從e中逸出，所以d裝置中保留的少量水就是防止氨氣逸出，從而減小含氮量測(cè)定的誤差。

該題中還設(shè)置了一個(gè)關(guān)于裝置e采用中空雙層玻璃瓶的作用，該裝置在教材中沒有寫明相關(guān)應(yīng)用。對(duì)該陌生裝置的評(píng)價(jià)同樣基于實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)找到方向。由于該實(shí)驗(yàn)是定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)，裝置的設(shè)置都是為了保證減少實(shí)驗(yàn)誤差，該裝置是將銨鹽轉(zhuǎn)化為氨氣的反應(yīng)裝置，根據(jù)氨氣的性質(zhì)以及高中課本銨根離子檢測(cè)的方法不難想到，為了保證氨氣能夠從溶液中盡可能全部逸出，溶液應(yīng)該處于高溫狀態(tài)，因此e裝置在實(shí)驗(yàn)過程中要保持高溫狀態(tài)，所以中空雙層玻璃的作用就是為了減少熱量散失，保持裝置溫度處于高溫，有利于氨氣的逸出。

類似的試題出現(xiàn)在2015年全國(guó)高考化學(xué)甲卷中28題，考查了混合氣中ClO2含量的裝置，如圖5所示。該題中也問到了關(guān)于玻璃液封管的作用，同樣是為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，保證混合氣體中的ClO2能全部被吸收，因此玻璃液封管也是防止ClO2逸出的作用，所以在后面的步驟中也有將玻璃液封裝置中的水倒入錐形瓶的操作，其原因就是液封管的溶液中有部分被吸收的ClO2，這樣可以減少實(shí)驗(yàn)測(cè)定誤差。

圖5

2021年高考化學(xué)廣東卷的第17題，用測(cè)定溶液電導(dǎo)率的方法來探究溫度對(duì)AgCl溶解度的影響。該題結(jié)合手持技術(shù)從定量的角度來探究物質(zhì)的溶解性，試題設(shè)計(jì)了如表1所示的三組實(shí)驗(yàn)，通過分別測(cè)定25℃、35℃、45℃時(shí)飽和AgCl溶液的電導(dǎo)率來驗(yàn)證AgCl在水中的溶解度s(45℃)>s(35℃)>s(25℃)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得電導(dǎo)率A3>A2>A1，但題目提出問題，結(jié)合此結(jié)果不能得到電導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律，理由是什么？該實(shí)驗(yàn)屬于定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)，結(jié)合該實(shí)驗(yàn)的目的，很容易想到問題的方向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能得到相應(yīng)的結(jié)論，可能是因?yàn)樵跍y(cè)定過程中出現(xiàn)了誤差，如果審題不難發(fā)現(xiàn)，題干中給了影響電導(dǎo)率的因素，該實(shí)驗(yàn)的測(cè)定的過程出現(xiàn)了兩種變量，一個(gè)是溫度的變化對(duì)電導(dǎo)率的影響，一個(gè)是溫度變化對(duì)物質(zhì)溶解性變化導(dǎo)致對(duì)電導(dǎo)率的影響，所有實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電導(dǎo)率可能僅僅是溫度的變化導(dǎo)致，而不一定是溶解性增大導(dǎo)致的。所以定量實(shí)驗(yàn)需要考慮的就是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)過程需要排除其他因素的干擾。依據(jù)該思路，試題在接下來的問題考查中設(shè)置了學(xué)生自己設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證原來的猜想。該實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)就是控制單一變量，將不同溫度下飽和溶液，在保持相同溫度的條件下，測(cè)定其電導(dǎo)率，這樣就排除了溫度這一因素對(duì)電導(dǎo)率的影響。

表1 三組實(shí)驗(yàn)

三、 基于定性探究實(shí)驗(yàn)的方案評(píng)價(jià)

2018年高考北京卷中的第28題，考查了K2FeO4的制備和性質(zhì)探究，其反應(yīng)裝置如圖6所示。試題中探究了K2FeO4的性質(zhì)，其操作是取C中紫色溶液，加入稀硫酸，得溶液a，產(chǎn)生了Cl2。為了探究是K2FeO4氧化了Cl-而產(chǎn)生Cl2，設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案：方案Ⅰ是取少量a，滴加KSCN溶液至過量，溶液呈紅色；方案Ⅱ是用KOH溶液充分洗滌C中所得固體，再用KOH溶液將K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加鹽酸，有Cl2產(chǎn)生。

方案Ⅱ中先將K2FeO4用KOH洗滌，再加鹽酸，觀察氯氣的生成。題目中問到了KOH洗滌的目的，那么如何找準(zhǔn)方向？該問還是通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得到結(jié)論的定性探究實(shí)驗(yàn)，所以洗滌的目的可能就是排除干擾因素，因?yàn)楝F(xiàn)象是產(chǎn)生氯氣，那么燒瓶C中的物質(zhì)除了K2FeO4能將Cl-氧化，還有沒有其他的物質(zhì)呢？通過分析不難發(fā)現(xiàn)制備K2FeO4時(shí)，燒瓶C中還有ClO-的生成，ClO-在酸性條件下與Cl-也能發(fā)生歸中反應(yīng)而產(chǎn)生氯氣，這樣就會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論造成干擾。

圖6

四、 結(jié)語

化學(xué)實(shí)驗(yàn)題的考查在高考中比重比較大，實(shí)驗(yàn)題能夠很好地體現(xiàn)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。筆者在教學(xué)實(shí)踐過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)題解題的障礙主要集中在幾個(gè)方面：①對(duì)陌生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境比較畏懼，對(duì)陌生實(shí)驗(yàn)儀器的原理、目的、操作，對(duì)陌生的反應(yīng)原理，對(duì)題干的信息提取能力都欠缺；②對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)題的思維模型構(gòu)建不夠完整，對(duì)一般的實(shí)驗(yàn)題不能很快找準(zhǔn)切入點(diǎn)；③對(duì)實(shí)驗(yàn)題中考查到的原因分析、文字表述等答題不規(guī)范或答題方向不清晰。

在新高考形勢(shì)下，高考化學(xué)會(huì)更加重視對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和綜合素養(yǎng)的考查。教師應(yīng)當(dāng)明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，以目標(biāo)為導(dǎo)向，認(rèn)真組織學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)總復(fù)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)、完善、拓展化學(xué)實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的探索性、綜合性和創(chuàng)新性。在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時(shí)總結(jié)幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

第一，注重教材實(shí)驗(yàn)素材的開發(fā)與利用。教材中選取的實(shí)驗(yàn)素材都是非常具有代表性的，我們?cè)诟呷龔?fù)習(xí)過程中要注重課本素材的深挖?？梢砸哉n本的素材為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生從基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂偨Y(jié)出典型實(shí)驗(yàn)的注意點(diǎn)。

第二，學(xué)會(huì)審題，化繁為簡(jiǎn)。審題不只是讀題，要帶著目的去審題，要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?即想干什么)？實(shí)驗(yàn)原理是什么(即怎么干)？有的題目實(shí)驗(yàn)原理和目的給的十分明顯，但是有的題目十分隱蔽。所以審題時(shí)不僅要看題干，也要看題目中所問的每一個(gè)問題，有時(shí)候答案就在所問的問題中。

另外，不管一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)題有多復(fù)雜，都是由若干個(gè)小實(shí)驗(yàn)組合而成，因此應(yīng)該運(yùn)用逆推法通過把實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆纸猓缓笕ヒ灰唤鉀Q。

第三，靈活運(yùn)用，情境再現(xiàn)。高考是選拔性考試，高考題中不可能出現(xiàn)原題或者是平時(shí)常見的化學(xué)情境，也不可能讓學(xué)生真正地到實(shí)驗(yàn)室去做實(shí)驗(yàn)，但是高考的出題原則是源于教材而又高于教材，也就是說高考中考查的化學(xué)情境我們可以通過平時(shí)積累的化學(xué)素材再現(xiàn)出來。只有將化學(xué)情境再現(xiàn)出來，才能夠結(jié)合題目發(fā)現(xiàn)題目中的細(xì)節(jié)問題。

第四，依據(jù)題意，正確做答。在明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理，再現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過程后，就可以轉(zhuǎn)入答題了，只要把平時(shí)學(xué)習(xí)的知識(shí)靈活運(yùn)用就可以了。但是要注意避免失誤，爭(zhēng)取拿高分。

只有在平時(shí)學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，當(dāng)他們面對(duì)高考實(shí)驗(yàn)題的時(shí)候才不會(huì)手忙腳亂，才能夠做到沉著應(yīng)對(duì)，爭(zhēng)取能力范圍內(nèi)的分?jǐn)?shù)，在化學(xué)高考中取得令自己滿意的成績(jī)。