基于實驗目的突破高考化學實驗題方案評價的復習策略探究

楊吉麗

隨著新一輪課程改革的啟動和高考改革的不斷深入，化學新課程標準提出了要理解、認識從依據研究目的設計方案對科學探究的重要性，在高考命題從知識立意轉向能力立意的形勢下，化學實驗題多采用“常規+創新”的形式。內容主要包括儀器和裝置的正確使用、實驗方案設計、實驗操作流程、誤差產生原因、實驗數據分析和報告等。由于學生缺乏豐富的實踐經驗，平時沒有針對性地復習，遇到稍微復雜的綜合實驗題，他們在應答時會出現思維障礙。

通過對近些年高考化學實驗題和學生得分情況的分析發現，實驗題都能得分，但是得滿分很難。那么如何解答化學綜合實驗題呢？筆者覺得對實驗方案評價的考查內容主要包括明確實驗目的，如何保證原料經濟合理？怎樣提高原料的利用率？如何簡化實驗過程和裝置？如何做到實驗綠色環保？實驗誤差產生原因分析，怎樣減小誤差？實驗過程是否安全？其中明確實驗目的是什么(即想干什么)非常重要，實踐表明，基于實驗目的來突破實驗方案評價的策略，能夠幫助學生有效提升解決問題的能力，同時也能培養學生自主探究和學習的能力。

一、 基于物質制備實驗的方案評價

2018年高考新課標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。該實驗的考查背景源于教材中氫氧化亞鐵的制備，學生即使是面對醋酸亞鉻這一陌生物質，也容易找準方向。

圖1

首先，解決本題可以借助情境再現，通過題目分析，能夠快速將課內已經學習過的內容遷移至解題過程。

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，將三價鉻還原為二價鉻”，可以推斷醋酸亞鉻具有較強的還原性，物質容易被氧化。

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

圖2

第三，實驗裝置不同于傳統物質制備的裝置，但是與氫氧化亞鐵制備實驗的改進裝置(如圖2)十分相似，原理相同。

學生審題至此，基本可以將陌生的題目情境與熟悉的已學知識聯系起來，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、實驗目的、操作要點等進行答題。因此在高考化學實驗復習過程中，要注意選擇經典的實驗模型、情境素材，才能讓學生在遇到陌生的實驗情境時，能快速匹配信息，找到解題突破口。

其次，該題中考查的幾個問題：“為什么實驗中所用蒸餾水均需經煮沸后迅速冷卻？c中產生氣體的作用是什么？裝置d存在的缺點是什么？”由于是物質制備實驗，所以整個實驗中的操作以及儀器裝置都是保證目標物質的高產率和高純度兩個目的。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，因此在實驗過程中，為了保證制備醋酸亞鉻的產率和純度提高，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鍵，也是本題醋酸亞鉻制備過程中的關鍵。因此實驗中所用的蒸餾水需要經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中產生的氣體也可以起到將裝置內的空氣排出體系；d裝置是目標物質的產生裝置，而d裝置是敞口的錐形瓶，易與外界空氣接觸，從而導致醋酸亞鉻被氧化降低其產率和純度。從提高產物產率和純度的實驗目的出發，幾個與之相關的設問就得以順利解決。

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，其反應裝置如圖3所示。在反應結束后采取減壓蒸餾有機相，收集相應的餾分，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階段很少接觸，學生很難找準該題所考查的要點。但是對減壓蒸餾的原理學生是已經掌握了的，采取減壓蒸餾最直接的好處就是可以降低物質的沸點。結合該實驗屬于物質制備的類型，所以從目標物的產率和純度出發，由于間溴苯甲醛中存在醛基，結合有機官能團的性質，可以推測目標產物在溫度高時可能導致醛基被氧化，從而降低目標物的產率和純度。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、 基于定量測定實驗的方案評價

2017年高考新課標Ⅰ中的第26題，以凱氏定氮法測定蛋白質中氮含量的裝置如圖4所示。該題中設置了一個關于裝置d中保留少量水的目的是什么？由于該實驗的情境比較陌生，實驗裝置相比課本中的實驗裝置新穎，在高考中很多學生很難短時間找到回答的方向。如果我們能夠基于實驗目的出發，就能很容易找到該問題的突破方向。

圖4

該實驗屬于典型的定量測定實驗，實驗目的是準確測定實驗數據，所以方案評價的方向也應該從減少實驗誤差的角度出發。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，實驗中銨鹽和氫氧化鈉在e中混合后產生氨氣，利用裝置g吸收產生的氨氣從而測定氮的含量。基于實驗目的不難分析，影響實驗誤差的一個重要因素就是e中產生的氨氣能完全被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，從而減小含氮量測定的誤差。

該題中還設置了一個關于裝置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應用。對該陌生裝置的評價同樣基于實驗目的出發找到方向。由于該實驗是定量測定實驗，裝置的設置都是為了保證減少實驗誤差，該裝置是將銨鹽轉化為氨氣的反應裝置，根據氨氣的性質以及高中課本銨根離子檢測的方法不難想到，為了保證氨氣能夠從溶液中盡可能全部逸出，溶液應該處于高溫狀態，因此e裝置在實驗過程中要保持高溫狀態，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。

類似的試題出現在2015年全國高考化學甲卷中28題，考查了混合氣中ClO2含量的裝置，如圖5所示。該題中也問到了關于玻璃液封管的作用，同樣是為了減少實驗誤差，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，這樣可以減少實驗測定誤差。

圖5

2021年高考化學廣東卷的第17題，用測定溶液電導率的方法來探究溫度對AgCl溶解度的影響。該題結合手持技術從定量的角度來探究物質的溶解性，試題設計了如表1所示的三組實驗，通過分別測定25℃、35℃、45℃時飽和AgCl溶液的電導率來驗證AgCl在水中的溶解度s(45℃)>s(35℃)>s(25℃)。實驗測得電導率A3>A2>A1，但題目提出問題，結合此結果不能得到電導率隨溫度的變化規律，理由是什么？該實驗屬于定量測定實驗，結合該實驗的目的，很容易想到問題的方向。實驗結果不能得到相應的結論，可能是因為在測定過程中出現了誤差，如果審題不難發現，題干中給了影響電導率的因素，該實驗的測定的過程出現了兩種變量，一個是溫度的變化對電導率的影響，一個是溫度變化對物質溶解性變化導致對電導率的影響，所有實驗測得的電導率可能僅僅是溫度的變化導致，而不一定是溶解性增大導致的。所以定量實驗需要考慮的就是實驗數據的準確性，實驗過程需要排除其他因素的干擾。依據該思路，試題在接下來的問題考查中設置了學生自己設計對比實驗來驗證原來的猜想。該實驗方案的設計就是控制單一變量，將不同溫度下飽和溶液，在保持相同溫度的條件下，測定其電導率，這樣就排除了溫度這一因素對電導率的影響。

表1 三組實驗

三、 基于定性探究實驗的方案評價

2018年高考北京卷中的第28題，考查了K2FeO4的制備和性質探究，其反應裝置如圖6所示。試題中探究了K2FeO4的性質，其操作是取C中紫色溶液，加入稀硫酸，得溶液a，產生了Cl2。為了探究是K2FeO4氧化了Cl-而產生Cl2，設計了兩個方案：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，那么如何找準方向？該問還是通過實驗現象得到結論的定性探究實驗，所以洗滌的目的可能就是排除干擾因素，因為現象是產生氯氣，那么燒瓶C中的物質除了K2FeO4能將Cl-氧化，還有沒有其他的物質呢？通過分析不難發現制備K2FeO4時，燒瓶C中還有ClO-的生成，ClO-在酸性條件下與Cl-也能發生歸中反應而產生氯氣，這樣就會對實驗結論造成干擾。

圖6

四、 結語

化學實驗題的考查在高考中比重比較大，實驗題能夠很好地體現學生的化學學科素養。筆者在教學實踐過程中，發現學生對化學實驗題解題的障礙主要集中在幾個方面：①對陌生的化學實驗情境比較畏懼，對陌生實驗儀器的原理、目的、操作，對陌生的反應原理，對題干的信息提取能力都欠缺；②對化學實驗題的思維模型構建不夠完整，對一般的實驗題不能很快找準切入點；③對實驗題中考查到的原因分析、文字表述等答題不規范或答題方向不清晰。

在新高考形勢下，高考化學會更加重視對學生實踐能力和綜合素養的考查。教師應當明確實驗教學目標，以目標為導向，認真組織學生進行化學實驗總復習，引導學生改進、完善、拓展化學實驗，增強實驗的探索性、綜合性和創新性。在實驗復習時總結幾點經驗：

第一，注重教材實驗素材的開發與利用。教材中選取的實驗素材都是非常具有代表性的，我們在高三復習過程中要注重課本素材的深挖。可以以課本的素材為基礎，引導學生從基本的實驗模型總結出典型實驗的注意點。

第二，學會審題，化繁為簡。審題不只是讀題，要帶著目的去審題，要明確實驗目的是什么(即想干什么)？實驗原理是什么(即怎么干)？有的題目實驗原理和目的給的十分明顯，但是有的題目十分隱蔽。所以審題時不僅要看題干，也要看題目中所問的每一個問題，有時候答案就在所問的問題中。

另外，不管一個綜合實驗題有多復雜，都是由若干個小實驗組合而成，因此應該運用逆推法通過把實驗目的分解，然后去一一解決。

第三，靈活運用，情境再現。高考是選拔性考試，高考題中不可能出現原題或者是平時常見的化學情境，也不可能讓學生真正地到實驗室去做實驗，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情境我們可以通過平時積累的化學素材再現出來。只有將化學情境再現出來，才能夠結合題目發現題目中的細節問題。

第四，依據題意，正確做答。在明確了實驗目的、實驗原理，再現了實驗過程后，就可以轉入答題了，只要把平時學習的知識靈活運用就可以了。但是要注意避免失誤，爭取拿高分。

只有在平時學習中培養學生良好的學習習慣，發展學生的化學核心素養，當他們面對高考實驗題的時候才不會手忙腳亂，才能夠做到沉著應對，爭取能力范圍內的分數，在化學高考中取得令自己滿意的成績。