基于化学高考试题的专题教学设计——以“无机物制备类综合实验”为例

河北

(作者单位：河北省张家口市第四中学)

随着《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)的逐步深入落实，化学试题的“基础性、综合性、应用性、创新性”特点对复习备考教学提出了新的要求。充分理解《中国高考评价体系》中的理念，发掘考题所呈现的核心价值、学科素养和必备知识与关键能力，善用高考真题发挥其价值功能和对教学的指导作用，是优化复习过程、促进学生发展的有效途径。

一、基于高考真题的专题教学设计思路

二轮复习的目标是在一轮知识梳理基础上实现知识网络化、进行系统化构建，并且提高解决问题的能力。传统的二轮复习模式为专题知识网络梳理和习题讲练，高考真题只作为习题选择的首选内容。但实践发现，考题的考查方向转变、情境陌生度提高、综合性增强、模块间知识关联性加强等新问题集中涌现，仅通过简单的梳理练习很难高效达成能力提升。这就要求教师适应核心素养目标下的新高考，调整教学策略，设计引导学生自主构建知识体系、总结考查模型和规律方法的专题教学，实现专题突破。笔者利用高考题目素材，设置专题任务情境，以问题为导向设计教学，在引领学生自主探究问题解决方案的过程中实现知识整合和体系构建，在真题解答中提炼题目设问与知识体系间的内在联系，达成题目类型的模型构建和解决问题的一般规律与方法的强化整理和深层次认知。简要流程如图1所示。

图1

例如，实验综合题可以有效考查证据推理和模型认知、科学探究与创新意识等学科核心素养目标达成情况，按照实验目的不同可以分为物质制备、物质检验与测定、性质与原理探究等类型，不同类型的化学实验及探究活动都有其特定的核心思路与基本方法，这就决定了不同类型的考题都有其考查内容和设问方式的内在规律性。按照不同实验类型，选取典型高考试题设计专题教学，帮助学生明确解决这些类型的实验任务的一般思路和常用方法，掌握必需的实验操作技能，可以有效落实课标要求，促进学生认知和能力发展，实现专题突破。

二、“无机物制备类综合实验”专题教学设计

任务情境设置：氯可形成多种含氧酸盐，广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。含氯消毒剂能够杀灭新冠病毒，是常用防疫用品。请你在实验室中利用KOH、NaOH(其他药品自选)制备KClO3和NaClO。

设计思路与意图：上述情境来源于2020年全国卷Ⅲ26题的题干信息，为典型的无机物制备问题，难度较低，大多数的学生都可以参与讨论，适合作为学习载体。同时该题目情境体现了化学在生产生活中的应用，关注当下社会热点问题中化学的功能与价值，是体现试题情境化设计、达成教学目标的良好素材。

问题的提出：完成该实验任务依次需要考虑解决哪些问题？讨论完成实验设计。

实施建议：问题探究部分是教学的中心环节，视所教学生的学习程度，可采用分组讨论汇报、集体讨论、教师引导讨论等具体操作方式。结论形成的过程注意思维的有序性引导。

问题讨论与归纳：

1.该任务主要问题：确定制备原理——选择适当装置——制备操作——分离提纯。

3.装置选择：

(1)依据气体制备原理、药品状态及反应条件选择气体发生装置

表1

(2)依据产品制备原理、药品状态及反应条件选择制备装置

表2

(3)原料为气体的综合实验装置示意图

图2

4.操作注意事项

(1)以控制为目的的操作

①使用分液漏斗滴加浓盐酸，控制氯气产生速率；

②温度控制：加热时按所需温度由高到低可选择酒精喷灯(煤气灯)、酒精灯、热水浴，特殊需要可选用油浴、沙浴或盐浴等；降温可以使用冷水浴、冰水浴。水浴(油浴)加热的优点是受热(冷)均匀、易于控温。

(2)以安全为目的的操作——关注“先后顺序”

①以气体为中心的实验，应先检查装置气密性后添加药品组装装置；

②可燃性气体实验，先验纯后点燃、先排尽空气(验纯)后加热；

③防倒吸，先撤出导管后灭灯。

(3)以产品保护为目的的操作

①氢气还原氧化铜类实验，先熄灭酒精灯冷却后再停止通氢气；

②需利用惰性气体排出空气保护产品不被氧化时，实验开始应先通惰性气体后加热，结束时先灭灯冷却后再停止通入气体；

③遇水易水解的产品，产品所处装置前后均需要干燥条件。

5.无机物的分离提纯

(1)固液分离——过滤

(2)溶液中固态溶质提取

①溶质单一、热稳定性高、产品为非结晶水合物时，采用蒸发结晶；

②混合液中，提取结晶水合物晶体、热稳定性差或溶解度随温度变化大的晶体时，采用“蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、干燥”分离的方式；

③粗晶体进一步提纯，用重结晶的方法。

实验方案确定：综合上述问题讨论，确定实验方案。实验室法制氯气——通入饱和食盐水除HCl——通入热KOH溶液及冷NaOH溶液制KClO3和NaClO——利用NaOH溶液吸收尾气，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、干燥等操作进行产品分离提纯，最后利用重结晶进一步提纯晶体。

【例1】(2020·全国卷Ⅲ·26)氯可形成多种含氧酸盐，广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用图3装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO，探究其氧化还原性质。

图3

回答下列问题：

(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是________，a中的试剂为________。

(2)b中采用的加热方式是________，c中化学反应的离子方程式是____________________，采用冰水浴冷却的目的是____________________。

(3)d的作用是________，可选用试剂________(填标号)。

A.Na2S B.NaCl C.Ca(OH)2D.H2SO4

(4)反应结束后，取出b中试管，经冷却结晶，________，________，干燥，得到KClO3晶体。

(5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中，滴加中性KI溶液。1号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色，加入CCl4振荡，静置后CCl4层显________色。可知该条件下KClO3的氧化能力________(填“大于”或“小于”)NaClO。

【答案】(1)圆底烧瓶 饱和食盐水

(3)吸收尾气(Cl2) AC

(4)过滤 少量(冷)水洗涤

(5)紫 小于

【练后反思】将高考真题与前述的实验设计过程相对照，发现均从装置名称、试剂选择、反应原理表达、条件控制、关键环节设计、分离提纯方案选择及操作等角度进行问题设计，符合《课程标准》中“认识解决这些类型的实验任务的一般思路和常用方法，掌握必需的实验操作技能”的要求，说明该思路模型的有效性，是该类实验问题的不变之“宗”。

【例2】(2017·全国卷Ⅰ·10)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图4所示(Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是

( )

图4

A.①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液

B.管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度

C.结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热

D.装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气

【答案】B

【设计思路与意图】本题为2017年全国卷Ⅰ第10题，是全国卷中最先出现的以综合实验为题干的选择题，体现了“大题小做”的考题命制思想，同时题目具有一定的陌生度，有一定的启示作用。学生在分析解题过程中与上述“利用气体进行的无机物制备实验”一般思路与常用方法做对照，体会其陌生外表下的一致性，进一步熟练模型，提高复习效率。

【问题讨论与归纳】

1.A选项考查流程设计与试剂选用，符合“气体制取—除杂—制目标物”的一般流程，结合题目信息可知KMnO4溶液可除H2S、浓H2SO4可除水蒸气、焦性没食子酸溶液可除氧气，但装置顺序违背“先洗气后干燥”的规律，因此，A项错误。

2.B选项考查实验的安全操作，遵循使用可燃性气体时应先排尽空气后加热的规律，B项正确。

3.C选项考查产品保护，若先关闭活塞K，会停止通氢气，则④处会有空气进入装置，制得的金属W会再次被氧化，C项错误。

4.D选项考查气体发生装置选择，二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气需加热，而启普发生器不能加热，D项错误。

5.该装置末端缺少尾气处理装置，可以采用收集或放置燃着酒精灯的处理方式。

【例3】(2018·全国卷Ⅰ·26)醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图5所示。回答下列问题：

图5

(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是________________。仪器a的名称是________。

(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置。打开K1、K2，关闭K3。

①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为____________________。

②同时c中有气体产生，该气体的作用是___________。

(3)打开K3，关闭K1和K2，c中亮蓝色溶液流入d，其原因是________________________；d中析出砖红色沉淀，为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是________、________、洗涤、干燥。

(4)指出装置d可能存在的缺点：___________。

【答案】(1)去除水中溶解氧 分液漏斗

(3)c中产生H2使压强大于大气压 冷却 过滤

(4)敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触

【设计思路与意图】本题为2018年全国卷Ⅰ第26题，与前两题相比，试题情境陌生度稍高，但依然是无机物制备问题，符合此类实验问题的特定思路与方法，只是对学生发展动手能力和高级思维能力提出了进一步的要求。如陌生氧化还原反应方程式的书写、利用氢气排空气防止产品氧化、利用气体产生压强差排出液体、实验设计评价等问题，有一定的难度，通过讨论与分析，梳理其与一般思路与方法的契合点，更进一步固化模型认知，同时拓宽思路，体会考题“稳中有变”但“万变不离其宗”的特点，这里的“宗”就是着重考查考生是否理解并掌握高中化学课程中最基础的核心知识，测评考生的关键能力和化学学科素养。