浅议高考化学实验能力考查的趋势

张金水

摘要：研究2017年全国各地高考化学试题内容，以蒸馏实验操作为例，分析高考实验试题化学实验能力考查的趋势是以高校基础实验、教科研成果等真实情境为背景，对其实验原理、装置、操作等知识和方法的认知理解、重构和再运用。基于中学化学实验与大学教学内容进一步对接且联系更紧密，建议中学教师及时更新专业知识，提升专业素养，指导和帮助学生形成和发展化学核心素养。

关键词：化学实验能力；高考研究；蒸馏

文章编号：1005-6629（2018）1-0082-06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

最近有幸参加了浙江师范大学组织的高中化学理论与实验教学专业化培训，其中有位大学教授提及发现一些本科生进校后，存在知识固化、不懂变通，缺乏创造性思维，死板，不会具体情况作具体分析。举一实验配制500mL2mol·L^-1NaOH溶液为例，氢氧化钠易吸水、易与二氧化碳反应，溶液无法做到精确配制，因而选择使用烧杯、玻璃棒、量筒、滴管先粗配再标定即可，简单可行且易于操作。此时高中生却普遍会选择电子天平、500mL容量瓶等仪器，生搬硬套中学教材中溶液配制的模板，使简单问题复杂化。

2017年高考理综全国卷Ⅱ第28题（3）正巧考查了相关内容：“Na₂S₂O₃溶液不稳定，使用前需标定。配制该溶液时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶和____”……

解析：Na₂S₂O₃溶液不稳定，使用前需标定，因此该溶液不需要精确配制，粗配时选择量筒取水即可，不需要使用容量瓶。

答案：量筒。

评价：不少中学教师认为，该考题设问毫无意义，出发点匪夷所思，学生无法准确作答，该高考题答案值得商榷。这是由于部分中学教师习惯了生搬教材套路和硬套答题模板，忽略了对真实情境的思考，才认为配制溶液时选择一定容积的容量瓶作为量器是通用和理所当然的。甚至认为该题容量瓶就应该作为答案首选，对高考评卷答案提出质疑。

教授的举例以及中肯的讲评，深深地触动了作为中学化学教师一员的笔者。正因为仍有不在少数的一线化学教师以一套中学教材、一套教学设计通吃的心理，以陈旧的化学专业知识和落后的教学观念为指导教授学生，不注重专业和格局视野的提升，渐渐固步自封，无意之中也在僵化学生的思想，潜移默化之间禁锢了他们的创造思维。中学教师随着教龄的增长，虽然教学经验越来越丰富，但是专业知识的更新却越来越慢，视野越来越窄。一线中学教师承担着指导中学生高考应试责任的同时，也应该有意识地去及时更新自己、与时俱进，探索和研究如何打破自身局限性以及应对应试教育心理，从而引导和帮助学生形成和发展化学核心素养。

近年来，高考化学命题趋势更加注重将大学、科研、实际生产知识能力重心下移至中学，引导中学教学与之紧密相连，如常用仪器和实验操作上与中学对接又更重实际，涉及玻璃仪器如三颈烧瓶、滴液漏斗、分水器等，实验操作如冷却结晶、重结晶、热过滤、减压过滤、水蒸气蒸馏、减压蒸馏等频繁出现，用于考查中学生化学实验能力掌握情况。本文以蒸馏实验操作为例，浅议高考化学实验能力考查的趋势，为广大中学教师提供参考。

1蒸馏原理

当液态物质受热时，由于分子运动使其从液体表面逃逸出来，形成蒸气压，随着温度的升高，蒸气压增大，待蒸气压和大气压或所给压力相等时，液体沸腾。蒸馏就是将液态物质加热到沸腾变为蒸气，又将蒸气冷凝为液体这两个过程的联合操作。蒸馏的仪器装置主要包括热源、蒸馏器、冷凝管、接收器等。

对比高校教材和中学教材的蒸馏内容，在原理、仪器装置及操作方法上相通，高校教材在细节上又有较多展开和补充。

1.1中学教材中的蒸馏内容

现行人教版、鲁科版、苏教版中学化学教材内容编排基本相似。以苏教版中学教材为例，包含了常压蒸馏的原理、仪器装置，常压分馏和减压分馏的原理。

《化学2》中通过实验室蒸馏石油的方法模拟石油炼制，并提供了蒸馏装置图（图1）。玻璃仪器包含热源酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、直形冷凝管、接引管、锥形瓶。

《有机化学基础》中“石油化学工业”一节介绍石油常压分馏可得到石油气、汽油、煤油、轻柴油等馏分，常压分馏中未被蒸发的剩余物叫重油，这部分烃的分离采用减压分馏的方法，即在压强较低时重油中的烃会在较低温度下气化，这就避免了升高温度带来使烃分解和损害设备等情况的发生。

1.2高校教材中的蒸馏内容

高校教材《有机化学实验》版本较多，蒸馏内容各有侧重但编排基本相似。主要包含蒸馏和分馏、水蒸气蒸馏、减压蒸馏，下又细分为基本原理、仪器装置、操作三部分。

以清华大学出版社2001年出版的《有机化学实验》为例，包含了理想溶液的蒸馏原理、简单蒸馏、简单分馏、减压蒸馏、非理想溶液的蒸馏原理、共沸蒸馏、水蒸气蒸馏等内容，原理解析透彻、编排全面详细。

1.3高校教材对中学教材蒸馏内容的展开和补充

1.3.1热源

为了保证蒸馏器受热均匀，一般使用热浴间接加热，传热介质可以是空气、水、有机液体、熔盐和金属等。加热方法一般有：空气浴（石棉网或电热套）、水浴、油浴、砂浴。

某些在常压下沸点较高及常压蒸馏时易发生分解、氧化、聚合、变质等反应的热敏感化合物，不能用常压蒸馏，可通过减压蒸馏。如图2，即增加减压装置降低其沸点低温蒸出，从而达到分离的目的。一般当压力降低到1.3～2.0kPa时，可以比常压下的沸点至少降低80～100%。

若某些高沸点有机化合物难溶于水、与水难反应且具有一定挥发性等性质，用常压蒸馏雖可与副产物分离，但其本身也将遭受破坏，则可采用水蒸气蒸馏。如图3，即增加水蒸气发生器使有机物随同水蒸气一同蒸出，从而达到其在常温或低于100℃下纯化的目的。endprint

1.3.2蒸馏器

蒸馏器一般使用蒸馏烧瓶，或是圆底烧瓶搭配蒸馏头（如图4）。为了消除蒸馏过程中过热现象和保证沸腾的平稳状态，常加人沸石或一端封口的毛细管作止爆剂。

利用蒸馏可将沸点相差较大（如相差30%）的液态混合物粗略地分开（若要完全分开，沸点差至少在110℃）。对于分离沸点比较接近（如相差1～2℃）的液态混合物只好借助于分馏。如图5，通过在圆底烧瓶和分馏头之间增加分馏柱，高沸点组分和低沸点组分由于柱外空气的冷却进行一系列的热交换，重复汽化9凝一回流等程序，最终将沸点不同的物质分离。

当某些两种或三种液体以一定比例混合后会形成具有固定沸点的共沸物，使组分问的相对挥发度增大，从而蒸馏分离，称为共沸蒸馏。如图6，共沸蒸馏装置通常是在蒸馏瓶与回流冷凝管之间增加一个分水器。

1.3.3冷凝管

蒸馏操作中，液体的沸点高于130%的用空气冷凝管，低于130%的用直形冷凝管，沸点很低时，可用蛇形冷凝管。

1.3.4接受器

冷凝之后，液体通过接引管流入三角烧瓶（锥形瓶）或圆底烧瓶，并应与大气相通。

2蒸馏操作在高考题中的能力考查和中学教材的疑难分析

按照《2017年普通高等学校招生全国统一考试大纲》要求，化学实验与探究的能力包含掌握化学实验的基本方法和技能，并初步实践化学实验的一般过程。具体要求：（1）了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。（2）了解实验室常用仪器的主要用途和使用方法。（3）掌握化学实验的基本操作，能识别化学品标志，了解实验室一般事故的预防和处理。（4）掌握常见气体的实验室制法（包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法）。（5）掌握常用物质检验、分离和提纯的方法，掌握溶液的配制方法。

结合考纲对实验的要求和上述蒸馏操作的内容，分析高考能力的考查和某些中学化学疑难问题。

2.1蒸馏操作在高考题中的能力考查

例1（2017年4月浙江省普通高校招生选考科目考试化学试题31题）ClO₂是一种优良的消毒剂……；H₂O₂沸点150%。

请回答：

（4）H₂O₂浓度对反应速率有影响。通过图9所示装置将少量30%H₂O₂溶液浓缩至40%，B处应增加一个设备。该设备的作用是____，馏出物是____。

解析：H₂O₂是常压蒸馏下易分解的热敏感化合物。为避免H₂O₂分解，通过减小该蒸馏系统内的压力使水的沸点降低，达到浓缩溶液的目的。因此B增加的是减压设备，馏出物是水。

答案：减压；H₂O₂。

评价：浙江该选考试题以中学教材《有机化学基础》减压蒸馏原理文字内容展开而命题，考查学生对实验原理、装置、操作的理解能力。该题装置图（图9）取材于高校教材中减压蒸馏装置图（图2），对于高中学生和部分中学教师而言，有一定陌生度。装置中毛细管和T型夹组合起止爆以及调节空气进量的作用，圆底烧瓶和克氏蒸馏头替代蒸馏烧瓶，真空接引管和抽气减压设备（主要包含安全瓶、测压计、减压泵）相连接。

例2（2017年高考新课标Ⅰ卷理综化学试题第26题）凯氏定氮法是……，然后通过滴定测量。已知：NH₃+H₃BO₃=NH₃·H₃BO₃；NH₃·HVBO₃+HCl=NH₄Cl+H₃BO₃。

回答下列问题：

（1）a的作用是____。

（2）b中放人少量碎瓷片的目的是____。f的名称是____。

（3）清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k₁，关闭k₂、k₃，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k₁，g中蒸馏水倒吸进入e，原因是____；打开k₂放掉水，重复操作2～3次。

（4）……，e采用中空双层玻璃瓶的作用是____。

……

解析：凯氏定氮装置中导管a连通大气作安全管，加人碎瓷片作止爆剂防爆沸，c气水分离器起到除去冷凝以后的水蒸气的作用，e采用中空双层玻璃瓶起保温作用。

答案：（1）避免b中压强过大；

（2）防止爆沸；直形冷凝管；

（3）c中温度下降，水蒸气冷凝管路中形成负压，引发倒吸现象；

（4）保温使氨被蒸出。

评价：凯氏定氮法运用了水蒸气蒸馏原理，因此凯氏定氮装置和高校教材中水蒸气蒸馏装置图（图3）相似，对于学生和中学教师也有一定陌生度。其中包含水蒸气发生器、气水分离器、蒸馏部分（保温）、冷凝部分、接受（吸收）器。

2.2蒸馏操作在中学教材的疑难分析

以苏教版海水中溴碘的提取为例。《化学1》溴的提取，生成的溴单质仍然溶解在水中，鼓人热空气或水蒸气，使溴从溶液中挥发出来，冷凝后得到粗溴，和水蒸气蒸馏原理相同。碘的提取，工业生产法主要有空气吹出法、氧化法、离子交换法、活性炭吸收法等。一般提取的粗碘若要得到高纯度的碘，还需要精制。现有制备高纯度碘的方法主要有熔盐法、蒸气蒸馏法、升华法、萃取法等。中学教材苏教版《实验化学》海带中碘元素的分离及检验得到的产品是碘的四氯化碳溶液。

疑难源自于1994年上海卷高考题第35题（4）内容：“从含碘的有机溶液中提取碘和回收有机溶剂，还需要经过蒸馏。”引发了大学教授和中学化学教师的广泛讨论，即碘和四氯化碳的分离，蒸馏操作是否合适？

由于碘易升华，水浴加热，常压蒸馏不能将碘和四氯化碳分离。当水浴温度升至50%时，烧瓶开始出现少量紫色蒸气，当水浴温度至四氯化碳沸点77%2左右时，烧瓶中出现很多紫色蒸气。

通过减压蒸馏降低四氯化碳的沸点，可将碘和四氯化碳蒸馏出来。室温下，压力在10～15mmHg时，约8分钟就将碘和四氯化碳分离。

粗碘精制方法之一運用水蒸气蒸馏原理，方法设备简单，但是要消耗大量的能源，不适用于工业生产。

3结语

高中化学核心素养各维度的关系如图11所示，“科学探究与创新意识”处于化学核心素养的中心位置。“科学探究与创新意识”素养，包括认识科学探究并进行科学解释以及发现、创造、应用的科学实践活动；能发现和提出有探究价值的问题；能从问题和假设出发，确定探究目的，设计探究方案，进行探究实验；在探究中学会合作，面对“异常”现象敢于提出自己的见解。

科学探究过程中必须运用的实验方法是化学最基础、最重要的研究方法。在形成和发展高中生化学核心素养背景指导下，高考化学实验能力考查的趋势必然是真实情境下对实验原理、装置、操作等知识和方法的认知理解、重构和再运用。

因此，一是这种趋势就中学教师而言，照本宣科、死记硬背或盲目的题海战术等教学模式的优势进一步被弱化。倒逼中学教师教学观念与时俱进，需要不断更新化学专业知识和提升专业能力，在教学中为学生创设更多的真实问题情境。建议教师注重“教、学、评”的一体化，在教学中增加学生评价目标、评价任务、评价方式等环节，为学生创造能够充分理性思考、发表见解、有效评价的育人环境。

二是这种趋势就学生而言，通过自主、合作、探究等多样化的学习方式，在学习过程中获取化学学科知识，形成化学学科观念，体验化学实验探究的过程，运用化学特征的思维方式分析和解决实际问题、认同和践行化学学习价值的追求。争取能自主学习和独立思考、勇于质疑和创造、善于评价和交流沟通，开阔视野，活学活用。endprint