四川

本文是瀘州市2018年普教科研資助金項(xiàng)目重點(diǎn)課題《基于網(wǎng)閱大數(shù)據(jù)的微專題教學(xué)提升高三學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)研究》(批準(zhǔn)文號(hào)：瀘教科[2018]110號(hào))階段性研究成果之一。

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，它源于生活、聯(lián)系生活、關(guān)注生活。很多化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究與生活、環(huán)境息息相關(guān)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)探究試題中涉及環(huán)保理念的考查已成為各年級(jí)各類考試的重要組成部分，因此在高三化學(xué)二輪復(fù)習(xí)中有必要設(shè)置微專題專門(mén)研究，提升學(xué)生環(huán)保意識(shí)并增強(qiáng)環(huán)保手段，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

2019年4月8日至11日，中共中央政治局常委、全國(guó)人大常委會(huì)委員長(zhǎng)栗戰(zhàn)書(shū)率領(lǐng)全國(guó)人大常委會(huì)執(zhí)法檢查組在四川檢查水污染防治法實(shí)施情況。檢查組專程前往瀘州市張壩桂圓林察看長(zhǎng)江岸線修復(fù)保護(hù)情況。栗戰(zhàn)書(shū)強(qiáng)調(diào)，四川是長(zhǎng)江上游重要的生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)地，要落實(shí)好習(xí)近平總書(shū)記“共抓大保護(hù)，不搞大開(kāi)發(fā)”的指示要求，走以生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為導(dǎo)向的高質(zhì)量發(fā)展新路子。

新課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出：學(xué)生應(yīng)“具有節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)，從自身做起，形成簡(jiǎn)約適度、綠色低碳的生活方式”。在化學(xué)學(xué)習(xí)和生活中，學(xué)生都能近距離的接觸到化學(xué)，接觸到污染，因此盡早的樹(shù)立學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決環(huán)保問(wèn)題至關(guān)重要。高考試題的設(shè)計(jì)非常注重學(xué)生環(huán)保理念的樹(shù)立，考查類型包括化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、反應(yīng)物的選擇、污染性生成物的處理(定性處理和定量計(jì)算等)，水體或者空氣中某粒子含量檢測(cè)的定性定量問(wèn)題等。

為培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，我們?cè)诟呷啅?fù)習(xí)階段針對(duì)環(huán)保理念在化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究試題中應(yīng)用的考查設(shè)置成一個(gè)微專題進(jìn)行研究。將近幾年各省市試題進(jìn)行歸類篩選，再結(jié)合微專題的設(shè)置進(jìn)行再分類、研討，形成成果在課堂教學(xué)中得到應(yīng)用，取得了階段性的成果。

1.關(guān)注環(huán)境保護(hù)的定量實(shí)驗(yàn)探究試題

化學(xué)學(xué)科教學(xué)，要提升學(xué)生通過(guò)定性分析和定量計(jì)算推出合理結(jié)論的能力。此類型題目要求學(xué)生通過(guò)滴定法、方程式法等方法定量的計(jì)算化學(xué)數(shù)據(jù)，學(xué)生計(jì)算出空氣或者水體樣品中某種微粒的含量數(shù)據(jù)，如：COD(化學(xué)需氧量)、BOD(生化需氧量)等，通過(guò)該數(shù)據(jù)與環(huán)境或人體健康能承載的最大數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，形成空氣或者水體的質(zhì)量報(bào)告。

【例1】我國(guó)個(gè)別企業(yè)違法排污導(dǎo)致地下水嚴(yán)重污染成為媒體焦點(diǎn)。對(duì)水的質(zhì)量監(jiān)控有很多指標(biāo)，其中水中溶解氧(DO)的多少是衡量水體自凈能力的一個(gè)指標(biāo)。某課外小組采用碘量法測(cè)定學(xué)校周邊河水中的溶解氧。實(shí)驗(yàn)步驟及測(cè)定原理如下：

Ⅰ.取樣、氧的固定

用溶解氧瓶采集水樣。記錄大氣壓及水體溫度。將水樣與Mn(OH)2堿性懸濁液(含有KI)混合，反應(yīng)生成MnO(OH)2，實(shí)現(xiàn)氧的固定。

Ⅱ.酸化、滴定

回答下列問(wèn)題：

(1)取水樣時(shí)應(yīng)盡量避免擾動(dòng)水體表面，這樣操作的主要目的是______________________________。

(2)“氧的固定”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___________________

____________________。

(3)取100.00 mL水樣經(jīng)固氧、酸化后，用amol·L-1Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示劑，終點(diǎn)現(xiàn)象為_(kāi)_________________________；若消耗Na2S2O3溶液的體積為bmL，則水樣中溶解氧的含量為_(kāi)_______mg·L-1。滴定結(jié)束后如果俯視滴定管讀取數(shù)據(jù)，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏________(填“高”或“低”)。

(4)Na2S2O3溶液不穩(wěn)定，需使用前配制和標(biāo)定。預(yù)估實(shí)驗(yàn)需要使用75 mL的Na2S2O3溶液，則配制該溶液所必需的儀器有天平、燒杯、玻璃棒和____________________。

【答案】(1)使測(cè)定值與水體中的實(shí)際值保持一致，避免產(chǎn)生誤差

(3)藍(lán)色剛好褪去 80ab低

(4)100 mL容量瓶、膠頭滴管

【解析】本題通過(guò)滴定法測(cè)定水樣中的溶解氧(DO)含量，考查學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、儀器識(shí)別、陌生化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)誤差分析等。通過(guò)定性實(shí)驗(yàn)分析，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)、水污染涉及各項(xiàng)指標(biāo)的定性認(rèn)識(shí)和定量方法的掌握，提升學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)，進(jìn)而從定性與定量角度深度認(rèn)識(shí)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)間的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

(1)擾動(dòng)水體表面會(huì)使水樣中溶解氧逸出，還會(huì)將水底還原性雜質(zhì)引入水樣。

(4)配制75 mL的Na2S2O3溶液，根據(jù)“大而近”的原則，應(yīng)選用100 mL容量瓶。由固體配制一定物質(zhì)的量濃度溶液的實(shí)驗(yàn)步驟為：計(jì)算→稱量→溶解→冷卻→轉(zhuǎn)移→洗滌→初步振蕩→定容→搖勻→裝瓶貼標(biāo)簽，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟所必需的儀器有天平、燒杯、玻璃棒、100 mL容量瓶、膠頭滴管。

【例2】硫酸工業(yè)尾氣中二氧化硫的含量超過(guò)0.05%(體積分?jǐn)?shù))時(shí)必須經(jīng)處理后才能排放。某?；瘜W(xué)興趣小組欲測(cè)定某硫酸工廠排放尾氣中二氧化硫的含量，分別采用以下方案：

【甲方案】如圖所示，圖中氣體流量計(jì)B用于準(zhǔn)確測(cè)量通過(guò)的尾氣體積。將尾氣通入一定體積已知濃度的碘水中測(cè)定SO2的含量。當(dāng)洗氣瓶C中溶液藍(lán)色消失時(shí)，立即關(guān)閉活塞A。

(1)洗氣瓶C中導(dǎo)管末端連接一個(gè)多孔球泡D，其目的是____________________。

(2)洗氣瓶C中的溶液還可以用其他試劑代替，如酸性高錳酸鉀溶液，你認(rèn)為選擇酸性高錳酸鉀溶液的理由有____________________。

(3)洗氣瓶C中溶液藍(lán)色消失后，若沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉活塞A，則測(cè)得的SO2含量________(填“偏高”“偏低”或“無(wú)影響”)。若某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)測(cè)得的SO2含量總是偏低，可能的原因是_________________。

(假設(shè)實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)量?jī)x器、藥品和實(shí)驗(yàn)操作程序均合理)

【乙方案】實(shí)驗(yàn)步驟如下面流程圖所示：

(4)寫(xiě)出步驟②中反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________________。

(5)步驟③中判斷沉淀已經(jīng)洗滌干凈的方法是____________________。

(6)實(shí)驗(yàn)中若通過(guò)的尾氣體積為33.6 L(已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)，最終所得固體質(zhì)量為0.233 g，試通過(guò)計(jì)算確定該尾氣中二氧化硫的含量是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)______________(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程)。

【答案】(1)增大氣體與溶液的接觸面積，有利于SO2與碘水充分反應(yīng)

(2)酸性高錳酸鉀溶液能夠充分吸收SO2并與之反應(yīng)，反應(yīng)終了時(shí)現(xiàn)象易于觀察(或其他合理答案)

(3)偏低 通入尾氣速率過(guò)快，SO2吸收不充分

(5)取最后一次的洗滌液少許，用pH試紙測(cè)量pH值或加入Na2SO4溶液，看是否有渾濁出現(xiàn)(或其他合理答案)

(6)由硫元素守恒可知n(SO2)=n(BaSO4)=0.001 mol，得到SO2的體積分?jǐn)?shù)為0.067%，大于0.05%，未達(dá)標(biāo)

【考向分析】體系中某種微粒含量的測(cè)定，首先是進(jìn)行取樣，預(yù)處理后進(jìn)行滴定或通過(guò)某個(gè)化學(xué)反應(yīng)，定量計(jì)算體系中該粒子的定量關(guān)系，主要考查學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作和計(jì)算能力，同時(shí)兼顧數(shù)據(jù)指標(biāo)的對(duì)比，強(qiáng)化學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

不論是水體中還是空氣中某微粒含量的定量計(jì)算，歸根結(jié)底都是將一定量樣品引入溶液體系，通過(guò)滴定或者特殊化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行關(guān)系轉(zhuǎn)換和計(jì)算，過(guò)程中可能涉及誤差分析。解題時(shí)需要結(jié)合題干信息進(jìn)行翻譯轉(zhuǎn)化，注意過(guò)程中的關(guān)鍵信息(如配制250 mL溶液，取25 mL溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等)，理清過(guò)程中的轉(zhuǎn)化定量關(guān)系方可準(zhǔn)確解題。

2.落實(shí)環(huán)境保護(hù)的微型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)試題

化學(xué)學(xué)習(xí)要逐步引導(dǎo)學(xué)生能依據(jù)“綠色化學(xué)”思想和科學(xué)倫理對(duì)化學(xué)過(guò)程進(jìn)行分析，做出決策，能結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)，設(shè)計(jì)探究方案，改進(jìn)或優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置。教師在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)或?qū)嶒?yàn)試題講解過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，幫助學(xué)生樹(shù)立“綠色化學(xué)”觀念。

【例3】“封管實(shí)驗(yàn)”具有簡(jiǎn)易、方便、節(jié)約、綠色等優(yōu)點(diǎn)，下列關(guān)于四個(gè)“封管實(shí)驗(yàn)”(夾持裝置未畫(huà)出)的說(shuō)法正確的是

( )

①

②

③

④

A.加熱時(shí)，①中封管內(nèi)固體消失

B.加熱時(shí)，②中溶液變紅，冷卻后又變?yōu)闊o(wú)色

C.加熱時(shí)，③中溶液變紅，冷卻后紅色褪去，體現(xiàn)SO2的漂白性

D.加熱又冷卻的過(guò)程中，①④屬于物理變化，②③屬于化學(xué)變化

【答案】C

【解析】本題分析不同“封管實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提升學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”，結(jié)合不同物質(zhì)的性質(zhì)和可能造成環(huán)境污染的分析，提出符合環(huán)境保護(hù)要求的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，增強(qiáng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任”核心素養(yǎng)。

氯化銨不穩(wěn)定，加熱分解為氨氣和氯化氫，溫度稍低時(shí)又生成氯化銨，因此封管內(nèi)固體不消失，A項(xiàng)錯(cuò)誤；加熱時(shí)氨氣逸出，溶液的顏色為無(wú)色，冷卻后氨氣溶解，溶液變?yōu)榧t色，B項(xiàng)錯(cuò)誤；加熱后二氧化硫逸出，溶液呈紅色，冷卻后二氧化硫又將品紅溶液漂白，C項(xiàng)正確；氯化銨的分解生成氨氣和氯化氫，有新物質(zhì)生成，為化學(xué)變化，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

【能力提升】“封管實(shí)驗(yàn)”主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能會(huì)生成有毒有害物質(zhì)的反應(yīng)，將反應(yīng)在密閉體系中完成，這樣就阻止了這些物質(zhì)與環(huán)境的接觸，這樣的微小改進(jìn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中被廣泛地使用。例如制備并檢驗(yàn)SO2的氧化性實(shí)驗(yàn)，也可以在下圖Y形試管中密封進(jìn)行。

此類試題或求學(xué)生分析評(píng)價(jià)已設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，或是告知學(xué)生涉及物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)信息，使學(xué)生依據(jù)需求進(jìn)行改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)或者實(shí)驗(yàn)操作的描述等等。學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)多歸納總結(jié)，分析已知改進(jìn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，有思考的對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，掌握相應(yīng)的思維建模，臨場(chǎng)解答方能游刃有余。

3.培養(yǎng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)試題

學(xué)生應(yīng)具備“依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化認(rèn)識(shí)污染物的成因，主要的危害及防治措施”，熟練掌握常見(jiàn)污染物對(duì)環(huán)境的影響，能通過(guò)合適的方法進(jìn)行防治，通過(guò)高中學(xué)生實(shí)驗(yàn)試題中尾氣處理的設(shè)計(jì)、原理分析等，“增強(qiáng)公眾共同參與環(huán)境治理的責(zé)任感”。

【例4】如圖是實(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置示意圖。已知：四氯化硅遇水極易反應(yīng)。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)寫(xiě)出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________________________。

(2)干燥管F中堿石灰的作用是_________________。

該組實(shí)驗(yàn)裝置中存在的缺陷是____________________。

(2)防止空氣中的水蒸氣進(jìn)入h裝置與四氯化硅反應(yīng) 缺少吸收多余氯氣的裝置，導(dǎo)致污染環(huán)境

【例5】汽車尾氣含氮氧化物(NOx)、碳?xì)浠衔?CxHy)、碳等，直接排放容易造成“霧霾”。因此，不少汽車都安裝尾氣凈化裝置(凈化處理過(guò)程如圖)。下列有關(guān)敘述，錯(cuò)誤的是

( )

A.尾氣造成“霧霾”與汽油未充分燃燒有關(guān)

B.尾氣處理過(guò)程，氮氧化物(NOx)被還原

C.Pt-Rh催化劑可提高尾氣凈化反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率

D.使用氫氧燃料電池作汽車動(dòng)力能有效控制霧霾

【答案】C

【解析】本題結(jié)合汽車尾氣造成的“霧霾”現(xiàn)象，分析汽車尾氣中的有毒有害氣體的種類，分析尾氣凈化裝置的反應(yīng)原理，幫助學(xué)生建立綠色、環(huán)保的理念，提升學(xué)生運(yùn)用化學(xué)原理解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提升學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任”等核心素養(yǎng)。

汽油未充分燃燒可增加氮氧化物(NOx)、碳?xì)浠衔?CxHy)、碳等物質(zhì)的排放，可造成“霧霾”，A項(xiàng)正確；尾氣處理過(guò)程中，氮氧化物(NOx)中氮元素化合價(jià)降低，得電子被還原，B項(xiàng)正確；催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不會(huì)改變平衡轉(zhuǎn)化率，C項(xiàng)錯(cuò)誤；使用氫氧燃料電池作汽車動(dòng)力能減少含氮氧化物(NOx)、碳?xì)浠衔?CxHy)、碳等物質(zhì)的排放，能有效控制霧霾，D項(xiàng)正確。

【考向分析】尾氣處理裝置(試劑)、原理的分析逐漸成為新的考試熱點(diǎn)，很多化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程都涉及有毒有害氣體的排放，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)試題中涉及尾氣處理的裝置、尾氣處理的原理等內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中關(guān)注環(huán)境問(wèn)題，提升環(huán)保意識(shí)，在實(shí)踐中增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。這一類試題主要是設(shè)計(jì)污染的防治與處理。學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)教材、媒體等平臺(tái)認(rèn)識(shí)更多的物質(zhì)的性質(zhì)，多積累并分類總結(jié)，或者在題干中挖掘物質(zhì)的相關(guān)信息，依據(jù)信息確定不同物質(zhì)的防治以及處理方法，在此過(guò)程中不斷提升學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

接下來(lái)，我們將在目前研究的基礎(chǔ)上，一方面繼續(xù)關(guān)注各省市試題中涉及環(huán)保理念的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究試題進(jìn)行再研究，另一方面通過(guò)各類媒體關(guān)注社會(huì)動(dòng)態(tài)，了解國(guó)家對(duì)環(huán)保的最新資訊，并結(jié)合相關(guān)內(nèi)容自主原創(chuàng)相應(yīng)試題進(jìn)行研究，不斷提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。