淺議高考化學實驗能力考查的趨勢

張金水

摘要：研究2017年全國各地高考化學試題內容，以蒸餾實驗操作為例，分析高考實驗試題化學實驗能力考查的趨勢是以高校基礎實驗、教科研成果等真實情境為背景，對其實驗原理、裝置、操作等知識和方法的認知理解、重構和再運用。基于中學化學實驗與大學教學內容進一步對接且聯系更緊密，建議中學教師及時更新專業知識，提升專業素養，指導和幫助學生形成和發展化學核心素養。

關鍵詞：化學實驗能力；高考研究；蒸餾

文章編號：1005-6629（2018）1-0082-06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

最近有幸參加了浙江師范大學組織的高中化學理論與實驗教學專業化培訓，其中有位大學教授提及發現一些本科生進校后，存在知識固化、不懂變通，缺乏創造性思維，死板，不會具體情況作具體分析。舉一實驗配制500mL2mol·L^-1NaOH溶液為例，氫氧化鈉易吸水、易與二氧化碳反應，溶液無法做到精確配制，因而選擇使用燒杯、玻璃棒、量筒、滴管先粗配再標定即可，簡單可行且易于操作。此時高中生卻普遍會選擇電子天平、500mL容量瓶等儀器，生搬硬套中學教材中溶液配制的模板，使簡單問題復雜化。

2017年高考理綜全國卷Ⅱ第28題（3）正巧考查了相關內容：“Na₂S₂O₃溶液不穩定，使用前需標定。配制該溶液時需要的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、試劑瓶和____”……

解析：Na₂S₂O₃溶液不穩定，使用前需標定，因此該溶液不需要精確配制，粗配時選擇量筒取水即可，不需要使用容量瓶。

答案：量筒。

評價：不少中學教師認為，該考題設問毫無意義，出發點匪夷所思，學生無法準確作答，該高考題答案值得商榷。這是由于部分中學教師習慣了生搬教材套路和硬套答題模板，忽略了對真實情境的思考，才認為配制溶液時選擇一定容積的容量瓶作為量器是通用和理所當然的。甚至認為該題容量瓶就應該作為答案首選，對高考評卷答案提出質疑。

教授的舉例以及中肯的講評，深深地觸動了作為中學化學教師一員的筆者。正因為仍有不在少數的一線化學教師以一套中學教材、一套教學設計通吃的心理，以陳舊的化學專業知識和落后的教學觀念為指導教授學生，不注重專業和格局視野的提升，漸漸固步自封，無意之中也在僵化學生的思想，潛移默化之間禁錮了他們的創造思維。中學教師隨著教齡的增長，雖然教學經驗越來越豐富，但是專業知識的更新卻越來越慢，視野越來越窄。一線中學教師承擔著指導中學生高考應試責任的同時，也應該有意識地去及時更新自己、與時俱進，探索和研究如何打破自身局限性以及應對應試教育心理，從而引導和幫助學生形成和發展化學核心素養。

近年來，高考化學命題趨勢更加注重將大學、科研、實際生產知識能力重心下移至中學，引導中學教學與之緊密相連，如常用儀器和實驗操作上與中學對接又更重實際，涉及玻璃儀器如三頸燒瓶、滴液漏斗、分水器等，實驗操作如冷卻結晶、重結晶、熱過濾、減壓過濾、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾等頻繁出現，用于考查中學生化學實驗能力掌握情況。本文以蒸餾實驗操作為例，淺議高考化學實驗能力考查的趨勢，為廣大中學教師提供參考。

1蒸餾原理

當液態物質受熱時，由于分子運動使其從液體表面逃逸出來，形成蒸氣壓，隨著溫度的升高，蒸氣壓增大，待蒸氣壓和大氣壓或所給壓力相等時，液體沸騰。蒸餾就是將液態物質加熱到沸騰變為蒸氣，又將蒸氣冷凝為液體這兩個過程的聯合操作。蒸餾的儀器裝置主要包括熱源、蒸餾器、冷凝管、接收器等。

對比高校教材和中學教材的蒸餾內容，在原理、儀器裝置及操作方法上相通，高校教材在細節上又有較多展開和補充。

1.1中學教材中的蒸餾內容

現行人教版、魯科版、蘇教版中學化學教材內容編排基本相似。以蘇教版中學教材為例，包含了常壓蒸餾的原理、儀器裝置，常壓分餾和減壓分餾的原理。

《化學2》中通過實驗室蒸餾石油的方法模擬石油煉制，并提供了蒸餾裝置圖（圖1）。玻璃儀器包含熱源酒精燈、蒸餾燒瓶、溫度計、直形冷凝管、接引管、錐形瓶。

《有機化學基礎》中“石油化學工業”一節介紹石油常壓分餾可得到石油氣、汽油、煤油、輕柴油等餾分，常壓分餾中未被蒸發的剩余物叫重油，這部分烴的分離采用減壓分餾的方法，即在壓強較低時重油中的烴會在較低溫度下氣化，這就避免了升高溫度帶來使烴分解和損害設備等情況的發生。

1.2高校教材中的蒸餾內容

高校教材《有機化學實驗》版本較多，蒸餾內容各有側重但編排基本相似。主要包含蒸餾和分餾、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾，下又細分為基本原理、儀器裝置、操作三部分。

以清華大學出版社2001年出版的《有機化學實驗》為例，包含了理想溶液的蒸餾原理、簡單蒸餾、簡單分餾、減壓蒸餾、非理想溶液的蒸餾原理、共沸蒸餾、水蒸氣蒸餾等內容，原理解析透徹、編排全面詳細。

1.3高校教材對中學教材蒸餾內容的展開和補充

1.3.1熱源

為了保證蒸餾器受熱均勻，一般使用熱浴間接加熱，傳熱介質可以是空氣、水、有機液體、熔鹽和金屬等。加熱方法一般有：空氣浴（石棉網或電熱套）、水浴、油浴、砂浴。

某些在常壓下沸點較高及常壓蒸餾時易發生分解、氧化、聚合、變質等反應的熱敏感化合物，不能用常壓蒸餾，可通過減壓蒸餾。如圖2，即增加減壓裝置降低其沸點低溫蒸出，從而達到分離的目的。一般當壓力降低到1.3～2.0kPa時，可以比常壓下的沸點至少降低80～100%。

若某些高沸點有機化合物難溶于水、與水難反應且具有一定揮發性等性質，用常壓蒸餾雖可與副產物分離，但其本身也將遭受破壞，則可采用水蒸氣蒸餾。如圖3，即增加水蒸氣發生器使有機物隨同水蒸氣一同蒸出，從而達到其在常溫或低于100℃下純化的目的。endprint

1.3.2蒸餾器

蒸餾器一般使用蒸餾燒瓶，或是圓底燒瓶搭配蒸餾頭（如圖4）。為了消除蒸餾過程中過熱現象和保證沸騰的平穩狀態，常加人沸石或一端封口的毛細管作止爆劑。

利用蒸餾可將沸點相差較大（如相差30%）的液態混合物粗略地分開（若要完全分開，沸點差至少在110℃）。對于分離沸點比較接近（如相差1～2℃）的液態混合物只好借助于分餾。如圖5，通過在圓底燒瓶和分餾頭之間增加分餾柱，高沸點組分和低沸點組分由于柱外空氣的冷卻進行一系列的熱交換，重復汽化9凝一回流等程序，最終將沸點不同的物質分離。

當某些兩種或三種液體以一定比例混合后會形成具有固定沸點的共沸物，使組分問的相對揮發度增大，從而蒸餾分離，稱為共沸蒸餾。如圖6，共沸蒸餾裝置通常是在蒸餾瓶與回流冷凝管之間增加一個分水器。

1.3.3冷凝管

蒸餾操作中，液體的沸點高于130%的用空氣冷凝管，低于130%的用直形冷凝管，沸點很低時，可用蛇形冷凝管。

1.3.4接受器

冷凝之后，液體通過接引管流入三角燒瓶（錐形瓶）或圓底燒瓶，并應與大氣相通。

2蒸餾操作在高考題中的能力考查和中學教材的疑難分析

按照《2017年普通高等學校招生全國統一考試大綱》要求，化學實驗與探究的能力包含掌握化學實驗的基本方法和技能，并初步實踐化學實驗的一般過程。具體要求：（1）了解化學實驗是科學探究過程中的一種重要方法。（2）了解實驗室常用儀器的主要用途和使用方法。（3）掌握化學實驗的基本操作，能識別化學品標志，了解實驗室一般事故的預防和處理。（4）掌握常見氣體的實驗室制法（包括所用試劑、反應原理、儀器和收集方法）。（5）掌握常用物質檢驗、分離和提純的方法，掌握溶液的配制方法。

結合考綱對實驗的要求和上述蒸餾操作的內容，分析高考能力的考查和某些中學化學疑難問題。

2.1蒸餾操作在高考題中的能力考查

例1（2017年4月浙江省普通高校招生選考科目考試化學試題31題）ClO₂是一種優良的消毒劑……；H₂O₂沸點150%。

請回答：

（4）H₂O₂濃度對反應速率有影響。通過圖9所示裝置將少量30%H₂O₂溶液濃縮至40%，B處應增加一個設備。該設備的作用是____，餾出物是____。

解析：H₂O₂是常壓蒸餾下易分解的熱敏感化合物。為避免H₂O₂分解，通過減小該蒸餾系統內的壓力使水的沸點降低，達到濃縮溶液的目的。因此B增加的是減壓設備，餾出物是水。

答案：減壓；H₂O₂。

評價：浙江該選考試題以中學教材《有機化學基礎》減壓蒸餾原理文字內容展開而命題，考查學生對實驗原理、裝置、操作的理解能力。該題裝置圖（圖9）取材于高校教材中減壓蒸餾裝置圖（圖2），對于高中學生和部分中學教師而言，有一定陌生度。裝置中毛細管和T型夾組合起止爆以及調節空氣進量的作用，圓底燒瓶和克氏蒸餾頭替代蒸餾燒瓶，真空接引管和抽氣減壓設備（主要包含安全瓶、測壓計、減壓泵）相連接。

例2（2017年高考新課標Ⅰ卷理綜化學試題第26題）凱氏定氮法是……，然后通過滴定測量。已知：NH₃+H₃BO₃=NH₃·H₃BO₃；NH₃·HVBO₃+HCl=NH₄Cl+H₃BO₃。

回答下列問題：

（1）a的作用是____。

（2）b中放人少量碎瓷片的目的是____。f的名稱是____。

（3）清洗儀器：g中加蒸餾水；打開k₁，關閉k₂、k₃，加熱b，蒸氣充滿管路；停止加熱，關閉k₁，g中蒸餾水倒吸進入e，原因是____；打開k₂放掉水，重復操作2～3次。

（4）……，e采用中空雙層玻璃瓶的作用是____。

……

解析：凱氏定氮裝置中導管a連通大氣作安全管，加人碎瓷片作止爆劑防爆沸，c氣水分離器起到除去冷凝以后的水蒸氣的作用，e采用中空雙層玻璃瓶起保溫作用。

答案：（1）避免b中壓強過大；

（2）防止爆沸；直形冷凝管；

（3）c中溫度下降，水蒸氣冷凝管路中形成負壓，引發倒吸現象；

（4）保溫使氨被蒸出。

評價：凱氏定氮法運用了水蒸氣蒸餾原理，因此凱氏定氮裝置和高校教材中水蒸氣蒸餾裝置圖（圖3）相似，對于學生和中學教師也有一定陌生度。其中包含水蒸氣發生器、氣水分離器、蒸餾部分（保溫）、冷凝部分、接受（吸收）器。

2.2蒸餾操作在中學教材的疑難分析

以蘇教版海水中溴碘的提取為例。《化學1》溴的提取，生成的溴單質仍然溶解在水中，鼓人熱空氣或水蒸氣，使溴從溶液中揮發出來，冷凝后得到粗溴，和水蒸氣蒸餾原理相同。碘的提取，工業生產法主要有空氣吹出法、氧化法、離子交換法、活性炭吸收法等。一般提取的粗碘若要得到高純度的碘，還需要精制。現有制備高純度碘的方法主要有熔鹽法、蒸氣蒸餾法、升華法、萃取法等。中學教材蘇教版《實驗化學》海帶中碘元素的分離及檢驗得到的產品是碘的四氯化碳溶液。

疑難源自于1994年上海卷高考題第35題（4）內容：“從含碘的有機溶液中提取碘和回收有機溶劑，還需要經過蒸餾。”引發了大學教授和中學化學教師的廣泛討論，即碘和四氯化碳的分離，蒸餾操作是否合適？

由于碘易升華，水浴加熱，常壓蒸餾不能將碘和四氯化碳分離。當水浴溫度升至50%時，燒瓶開始出現少量紫色蒸氣，當水浴溫度至四氯化碳沸點77%2左右時，燒瓶中出現很多紫色蒸氣。

通過減壓蒸餾降低四氯化碳的沸點，可將碘和四氯化碳蒸餾出來。室溫下，壓力在10～15mmHg時，約8分鐘就將碘和四氯化碳分離。

粗碘精制方法之一運用水蒸氣蒸餾原理，方法設備簡單，但是要消耗大量的能源，不適用于工業生產。

3結語

高中化學核心素養各維度的關系如圖11所示，“科學探究與創新意識”處于化學核心素養的中心位置。“科學探究與創新意識”素養，包括認識科學探究并進行科學解釋以及發現、創造、應用的科學實踐活動；能發現和提出有探究價值的問題；能從問題和假設出發，確定探究目的，設計探究方案，進行探究實驗；在探究中學會合作，面對“異常”現象敢于提出自己的見解。

科學探究過程中必須運用的實驗方法是化學最基礎、最重要的研究方法。在形成和發展高中生化學核心素養背景指導下，高考化學實驗能力考查的趨勢必然是真實情境下對實驗原理、裝置、操作等知識和方法的認知理解、重構和再運用。

因此，一是這種趨勢就中學教師而言，照本宣科、死記硬背或盲目的題海戰術等教學模式的優勢進一步被弱化。倒逼中學教師教學觀念與時俱進，需要不斷更新化學專業知識和提升專業能力，在教學中為學生創設更多的真實問題情境。建議教師注重“教、學、評”的一體化，在教學中增加學生評價目標、評價任務、評價方式等環節，為學生創造能夠充分理性思考、發表見解、有效評價的育人環境。

二是這種趨勢就學生而言，通過自主、合作、探究等多樣化的學習方式，在學習過程中獲取化學學科知識，形成化學學科觀念，體驗化學實驗探究的過程，運用化學特征的思維方式分析和解決實際問題、認同和踐行化學學習價值的追求。爭取能自主學習和獨立思考、勇于質疑和創造、善于評價和交流溝通，開闊視野，活學活用。endprint