呂 艷

(新疆烏蘇市第一中學(xué))

化學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要路徑,承載動手、觀察、表述、分析、探究等多重能力培養(yǎng)的功能,其考查方式一般為方案設(shè)計類和結(jié)果分析類,同時派生出多個觸角,圍繞元素的性質(zhì)和制備、元素周期律、化學(xué)反應(yīng)原理等知識,在實驗安全、實驗操作、實驗現(xiàn)象的觀察和表述、實驗原理的探究和驗證、實驗結(jié)論的論證等細(xì)節(jié)處進(jìn)行考查。教育部教育考試院在“2022全國高考命題總體思路”一文中明確:高考試題嚴(yán)格依據(jù)高中課程標(biāo)準(zhǔn),確保內(nèi)容不超范圍、深度不超要求。遵循教育規(guī)律,加強教考銜接,注重通用方法,強調(diào)在深刻理解的基礎(chǔ)上融會貫通、靈活應(yīng)用,讓學(xué)生掌握原理、內(nèi)化方法、舉一反三,主動進(jìn)行探究和深層次學(xué)習(xí)。

化學(xué)實驗,包羅萬象,不拘一格?？梢跃劢乖诎踩珮?biāo)識的細(xì)微處,也可以囊括元素化合物、化學(xué)反應(yīng)原理的知識。落點多、觸角多,如何在高考復(fù)習(xí)備考中持續(xù)、有效地開展化學(xué)實驗復(fù)習(xí)?本文從表格實驗題入手,多角度分析近三年高考客觀試題的考查內(nèi)容、考查形式和考查角度,聚焦課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)業(yè)質(zhì)量要求,以此反觀2023高考復(fù)習(xí)備考,希望形成考教融合的實驗復(fù)習(xí)備考策略。

一、多維度看表格實驗題的考查方式

本文統(tǒng)計了2020～2022年的17套試題中的22道表格實驗題(包含全國高考試題6套,各地高考、選考科目考試及學(xué)業(yè)水平選擇性考試試題11套),從考查形式、考查內(nèi)容、知識的載體等多角度剖析表格實驗題。

說明:本文后續(xù)的統(tǒng)計均以筆者選定的22道題作為參照。

(一)從考查形式和考查頻次看表格實驗題

17套試卷22道表格實驗題目,題干的考查形式主要呈現(xiàn)三種方式:依托文字表述,考查四個選項與題干要求的吻合度,有13道,占比59.10%;依托實驗裝置,考查實驗?zāi)康呐c實驗儀器選擇、操作規(guī)范、藥品存放等,有4道,占比18.18%;題干同時依托實驗裝置和文字描述的共計5道,出現(xiàn)在2022年北京卷、2021年全國乙卷、2021年北京卷、2020年全國Ⅲ卷,占比22.73%。具體為:

續(xù)表

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出近三年表格實驗題考查方式的微小變化,其中:

以文字表述為載體的表格實驗題占比近三年從66.67%下降至50.00%,以實驗裝置為載體的表格實驗題占比從16.67%增加至25.00%,以文字和實驗裝置雙重表述為載體的表格實驗題占比從16.67%增加至25.00%。

同時,對比22道試題中四個選項關(guān)系,14道試題為平行的并列關(guān)系,即四個選項為四個單獨的考查點;6個試題呈現(xiàn)總分關(guān)系,即四個選項圍繞一個任務(wù)進(jìn)行分項討論、探究、辨析或驗證;1道試題結(jié)構(gòu)和選項之間呈現(xiàn)對比,是2022年北京卷“鐵上電鍍銅的實驗探究”,硫酸銅溶液中滴加少許硫酸和過量氨水形成電鍍液環(huán)境對比,討論不同現(xiàn)象出現(xiàn)的原因;1道試題題干與選項呈現(xiàn)維恩關(guān)系(部分交疊),是2021年北京卷“實驗室制備下列氣體所選試劑、制備裝置及收集方法”,考查氣體與試劑、裝置、收集方法的匹配。具體為:

表2 表格實驗題的題干與選項的關(guān)系

續(xù)表

由以上分析總結(jié):2023復(fù)習(xí)備考,依照復(fù)習(xí)進(jìn)度和復(fù)習(xí)內(nèi)容,需要關(guān)注課本實驗、從實驗的操作、實驗細(xì)節(jié)點的復(fù)盤入手,對實驗設(shè)計、對應(yīng)的現(xiàn)象和與之匹配的實驗結(jié)論需要嚴(yán)謹(jǐn)表述;同時,涉及物質(zhì)性質(zhì)的驗證、性質(zhì)的預(yù)測、原理的驗證,僅靠“看圖說話”是不可取的,必須與元素化合物、元素周期律、化學(xué)反應(yīng)原理的復(fù)習(xí)有機融合。

(二)從學(xué)業(yè)水平質(zhì)量要求看表格實驗題

學(xué)業(yè)質(zhì)量是學(xué)生在完成學(xué)科課程學(xué)習(xí)后的學(xué)業(yè)成就表現(xiàn),是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)及其表現(xiàn)水平的主要維度,也是“依標(biāo)教學(xué)”的本源所在。普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將化學(xué)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平劃分為4級,結(jié)合學(xué)業(yè)質(zhì)量描述,筆者將其與對應(yīng)高考試題進(jìn)行分類分析。

1.學(xué)業(yè)水平第一層級,對實驗提出的要求是:能依據(jù)化學(xué)問題解決的需要,選擇常見的實驗儀器、裝置和試劑,完成簡單的物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)制備、物質(zhì)檢驗等實驗;能與同伴合作進(jìn)行實驗探究,觀察、記錄實驗現(xiàn)象,能通過實驗現(xiàn)象形成初步的結(jié)論,側(cè)重素養(yǎng)3證據(jù)推理與模型認(rèn)知。

【例1】(2021年北京卷,5題)實驗室制備下列氣體所選試劑、制備裝置及收集方法均正確的是

( )

氣體試劑制備裝置收集方法AO2KMnO4adBH2Zn+稀H2SO4beCNOCu+稀HNO3bcDCO2石灰石+稀H2SO4bc

【答案】B

2021年北京卷這道表格實驗題,題干與四個選項呈現(xiàn)維恩關(guān)系,即交叉關(guān)系。以最為熟悉的兩個氣體發(fā)生裝置和三個氣體收集裝置為題干,考查氧氣、氫氣、一氧化氮、二氧化碳四種氣體的藥品選擇、對應(yīng)發(fā)生裝置的選擇、氣體收集方式的選擇。這道試題考點不新但是考法很新,透過試題,我們可以預(yù)見命題者期望通過這樣一道試題,來判斷學(xué)生是否具備簡單氣體制備的思維模型、是否具備依據(jù)要求解決實際問題的能力。

在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中,對“化學(xué)科學(xué)與實驗探究”主題的學(xué)業(yè)要求:能根據(jù)不同類型實驗的特點,設(shè)計并實施實驗。

那么在復(fù)習(xí)中,教師也應(yīng)該與學(xué)生一起,從不同維度來看氣體的制備。一輪復(fù)習(xí)可以對每一種氣體的發(fā)生裝置、凈化裝置、收集裝置、尾氣處理裝置進(jìn)行線性梳理;二輪復(fù)習(xí)就需要圍繞一個核心點,網(wǎng)狀拓寬、構(gòu)建與之關(guān)聯(lián)的因素,形成靈活可用的氣體制備的思維模型。這樣,學(xué)生依據(jù)思維模型,就可以進(jìn)行組合、拼接、重組,完成多種藥品條件限定、多種儀器組合的制備裝置選擇。比如,以氣體發(fā)生裝置為中心點的拓展思維模型構(gòu)建。如圖1:

圖1 氣體發(fā)生裝置

2.學(xué)業(yè)水平第二層級中對實驗部分提出的要求是:能通過實驗探究物質(zhì)的性質(zhì)和變化規(guī)律,提出有意義的實驗探究問題,能根據(jù)已有經(jīng)驗和資料作出預(yù)設(shè)和假設(shè),能設(shè)計簡單實驗方案,能運用適當(dāng)?shù)姆椒刂品磻?yīng)條件并順利完成實驗,能收集和表述實驗證據(jù),基于實驗實施得出結(jié)論。側(cè)重素養(yǎng)3證據(jù)推理與模型認(rèn)知。

【例2】(2022年6月浙江卷,25題)亞硝酸鈉俗稱“工業(yè)鹽”,其外觀、口感與食鹽相似,人若誤服會中毒。現(xiàn)將適量某樣品(成分為亞硝酸鈉或氯化鈉)溶于水配成溶液,分別取少量該溶液于試管中進(jìn)行實驗。下列方案設(shè)計、現(xiàn)象和結(jié)論都正確的是

( )

方案設(shè)計現(xiàn)象和結(jié)論A先加入少量KClO3溶液,再加AgNO3溶液和足量稀硝酸,振蕩若產(chǎn)生白色沉淀,則樣品為亞硝酸鈉B加到少量KMnO4溶液中,再加硫酸酸化,振蕩若溶液褪色,則樣品為亞硝酸鈉C先加到少量FeCl2溶液中,再加入稀鹽酸酸化,振蕩若溶液變黃色,則樣品為亞硝酸鈉

續(xù)表

【答案】C

在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中,對“常見無機物及應(yīng)用”主題的學(xué)業(yè)要求:能從物質(zhì)的類別、元素的化合價的角度,依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理,預(yù)測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化,設(shè)計實驗進(jìn)行初步驗證,并能分析、解釋有關(guān)實驗現(xiàn)象。

依托本題的考查形式,復(fù)習(xí)中,教師可以與學(xué)生一起,一輪復(fù)習(xí)構(gòu)建起研究物質(zhì)性質(zhì)的基礎(chǔ)認(rèn)知模型,二輪復(fù)習(xí)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行完善和拓展。

圖2 研究物質(zhì)的性質(zhì)一般流程

一般而言,研究物質(zhì)的性質(zhì),分為4個基本步驟:通過物質(zhì)組成判斷所屬類別、依據(jù)所屬類別物質(zhì)的共性和典型代表物的性質(zhì)來預(yù)測陌生物質(zhì)性質(zhì)、實驗設(shè)計和驗證、確認(rèn)物質(zhì)的性質(zhì)?；瘜W(xué)實驗是物質(zhì)認(rèn)知模型的關(guān)鍵環(huán)節(jié),承上啟下:承上,能結(jié)合物質(zhì)歸屬預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì),并完成實驗設(shè)計;啟下,能通過實驗的宏觀現(xiàn)象得出相應(yīng)的結(jié)論。比如,該試題中,從+3價氮的氧化性和還原性兩個角度進(jìn)行實驗的設(shè)計,選取氯酸鉀、高錳酸鉀、氯化亞鐵、亞硫酸鈉進(jìn)行實驗驗證,結(jié)合實驗現(xiàn)象和結(jié)論,一明一暗兩條線完成四個選項的設(shè)置。

同時,教師可以與學(xué)生一起,以亞硝酸鈉為探究點,進(jìn)行陌生物質(zhì)性質(zhì)的探究。

圖4 探究亞硝酸鈉的性質(zhì)

通過實驗探究物質(zhì)的性質(zhì)和變化,并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建解決問題的模型,能給學(xué)生搭建一架無形的臺階,幫助學(xué)生在已有知識的平臺上,具備自主探究物質(zhì)性質(zhì)的能力,能提升解決實際問題的能力并向未知物質(zhì)展開學(xué)習(xí),將素養(yǎng)3證據(jù)推理與模型認(rèn)知、素養(yǎng)4科學(xué)探究與創(chuàng)新意識結(jié)合,實現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的漸次提升。

3.學(xué)業(yè)水平第三層級,對實驗提出的要求是:能依據(jù)解決問題的需要提出實驗探究課題;能設(shè)計實驗方案探究物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化、影響反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素、有機化合物的主要性質(zhì)等;能選擇常見的實驗試劑和儀器裝置,控制實驗條件,安全、順利地完成實驗;能收集并用數(shù)據(jù)、圖表等多種方式描述實驗證據(jù),能基于現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析推理得出合理結(jié)論。側(cè)重素養(yǎng)3證據(jù)推理與模型認(rèn)知。

長久以來，由于GB、GJB和HB編制規(guī)劃渠道的差異，導(dǎo)致一些標(biāo)準(zhǔn)被復(fù)制，甚至互不兼容。一些HB晉升為GJB后（HB和GJB之間沒有完全替換的關(guān)系），顯露出標(biāo)準(zhǔn)重疊、交叉、復(fù)雜混亂的問題。以鋁合金為例，其鍛件既有HB又有GJB，而鋁合金薄板標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為GJB之后，材料尺寸規(guī)定的范圍太窄，航空材料的截面尺寸規(guī)定不完整，導(dǎo)致該標(biāo)準(zhǔn)不能被航空廠采用。

【例3】(2022年全國甲卷,13題)根據(jù)實驗?zāi)康?下列實驗及現(xiàn)象、結(jié)論都正確的是

( )

選項實驗?zāi)康膶嶒灱艾F(xiàn)象結(jié)論A比較CH3COO-和HCO-3的水解常數(shù)分別測濃度均為0.1mol·L-1的CH3COONH4和NaHCO3溶液的pH,后者大于前者Kh(CH3COO-)

【答案】C

2022年全國甲卷13題將化學(xué)反應(yīng)原理融入表格實驗題,其中A項考查水解平衡常數(shù)、C項考查溶液中的平衡移動。在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中,對“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”主題中,對水解平衡的教學(xué)要求是“認(rèn)識鹽類水解的原理和影響鹽類水解的主要因素”;對溶液中的平衡教學(xué)要求是“了解水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”;并且在學(xué)業(yè)要求中提出,能正確測定溶液的pH,能選擇實例說明溶液pH的調(diào)控在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和學(xué)科研究中的重要作用。

溶液中的平衡,最難的是將溶液中微觀粒子的行為與宏觀現(xiàn)象進(jìn)行關(guān)聯(lián),用宏觀現(xiàn)象解釋溶液中微觀粒子的反應(yīng)和變化。依托本題的考查形式,復(fù)習(xí)中,教師可以與學(xué)生一起,采用定性+定量結(jié)合的方式,進(jìn)行實驗的復(fù)習(xí)。定性實驗,可采用明確目標(biāo)的情境創(chuàng)設(shè)實驗,也可采用試題情境轉(zhuǎn)化的演示實驗,在實際操作中觀察現(xiàn)象。定量實驗,借鑒人教版(2019)選擇性必修一70頁圖3-13“不同鹽溶液的pH”,可以在定性實驗中加入定量的數(shù)據(jù)測定,同時進(jìn)行原理的分析,二者結(jié)合的復(fù)習(xí)效果應(yīng)優(yōu)于重復(fù)性的純理論知識復(fù)習(xí)。

圖3 一明一暗分析物質(zhì)的組成及性質(zhì)

比如:濃度對反應(yīng)速率的影響?？捎蓽\入深。

第一:控制變量法,設(shè)計3個對比實驗,觀察宏觀現(xiàn)象,同時測定反應(yīng)前溶液pH,實現(xiàn)宏觀現(xiàn)象與微觀粒子濃度的關(guān)聯(lián)。

選擇0.1 mol/L和0.01 mol/L的兩種濃度的鹽酸與鐵釘反應(yīng),比較氣泡產(chǎn)生的速率;選擇0.1mol/L的鹽酸、0.1 mol/L的醋酸與鐵釘反應(yīng),比較氣泡產(chǎn)生的速率;選擇0.1 mol/L的醋酸、0.1 mol/L的氯化銨溶液與鐵釘反應(yīng),比較氣泡產(chǎn)生的速率;

第二,定性計算和思考:0.1 mol/L的醋酸溶液c(H+)、電離度α與Ka關(guān)聯(lián)的計算

Ka(CH3COOH)=1.75×10-5

=1.32×10-3mol/L

第三,定性計算和深入思考:0.1 mol/L的氯化銨溶液水解出的c(H+)是多少;若需要提供與0.1 mol/L的醋酸一樣濃度的H+,理論上需要氯化銨溶液的濃度;鹽類水解中離子濃度與Kh、Ka、Kb的關(guān)聯(lián)計算。

Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5

=7.46×10-6mol/L

若需提供與0.1 mol/LCH3COOH溶液中一樣濃度的H+

需要氯化銨溶液的濃度即

比如:沉淀的生成和轉(zhuǎn)化,依照人教版(2019)選擇性必修一80頁實驗3-4進(jìn)行演示實驗,同時設(shè)計情境完成宏觀現(xiàn)象與定量計算的結(jié)合,實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)原理在解釋實驗現(xiàn)象中的具體應(yīng)用。

第一:依照選擇性必修一80頁實驗3-4進(jìn)行演示實驗。

向盛有2 mL 0.1 mol/L NaCl溶液的試管中滴加2滴0.1 mol/L AgNO3溶液,可以看到有白色沉淀生成。振蕩試管,向其中滴加4滴0.1 mol/L的 KI溶液,可以看到出現(xiàn)黃色沉淀;振蕩試管,再向其中滴加8滴0.1 mol/LNa2S溶液,可以看到出現(xiàn)顏色更深的黑色沉淀。

可以得出結(jié)論:溶解度大的沉淀轉(zhuǎn)化為溶解度更小的沉淀容易實現(xiàn)。

第二:定性計算和深入思考,同一類型的難溶電解質(zhì)要實現(xiàn)沉淀的完全轉(zhuǎn)化,二者的溶度積Ksp需要滿足如何的關(guān)系?

AgX+Y-?AgY+X-

參照人教版(2019)選擇性必修一122頁溶度積常數(shù)表格可以計算出

對比兩個轉(zhuǎn)化的平衡常數(shù),可以判斷氯化銀轉(zhuǎn)化為碘化銀的反應(yīng)很徹底。由此可知人教版(2019)課本中選用該實驗是較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

二、結(jié)語