新高考背景下实验教学情境的精细化对学生知识体系构建的重要性

江苏 王 菁 居亚芬

课标分析《普通高中化学课程标准(2017版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)中指出：“重视开展‘素养为本’的教学，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。”著名教育学家怀特海先生说过：“学校里教授的知识都是二手货，甚至是三手货。一切学问都是从生活中来的，是从对自然和社会的观察中归纳出来的。”笔者认为，化学知识的学习应该从真实的生活体验中得来，从亲手做过的、感受过的实验观察中归纳出来。而实验即是自然生活或自然生活的“模型”。科学家对物质的研究总是从对宏观现象的思考开始，为了可以合理解释现实中的宏观现象，开始对其中的原因进行思考、建模、实验、修正模型，这也是当今科学技术不断发展的根本途径。

而真正的实验是带领学生顺着科学家走过的路再走一遍，这才是真体会真学习，让学生真正理解其中的基本化学反应原理，正所谓“百闻不如一见”。在这个过程中往往会出现实验现象和已有认知矛盾的情况，此时的判定依据一般是以实验事实为依据，在培养学生的社会责任感的同时也提升了学生的参与意识与决策能力。

现在高考的方向也是紧扣科技发展和工业，结合高考选择题中常考的非金属元素Cl、N、S对应实验室制备Cl2、NH3、SO2气体完整装置的拆解。笔者对近几年全国卷和江苏卷高考选择题和非选择题进行研究分析，发现高考中常常从以下几点考查学生的基本能力和素养：

一、实验装置选用是否正确

实验装置的考查主要针对以下几个基本模型：

1.以实验室制取NH3、Cl2、SO2为基本模型展开的考查。主要的考查角度为反应发生装置、气体净化除杂装置、气体收集装置和尾气处理装置；

2.以侯氏制碱法为模型考查药品加入的先后顺序，过滤装置，晶体干燥；

3.以海带提碘为模型考查灼烧装置、过滤装置及分液萃取装置；

4.以硝酸钾晶体制备和粗盐提纯为模型考查晶体的提纯，杂质离子的除杂转化，蒸发结晶和降温结晶操作及装置；

5.以配制一定物质的量浓度的溶液为模型考查实验基本技能及基本仪器操作。

(一)真题情况分析

表1 理综高考卷选择题中对实验装置选择常见考点

(二)高考题赏析

【例1】(2021·全国乙卷·8)在实验室采用如表2中图示装置制备气体，合理的是

表2

( )

【答案】C

【分析】本题考查制备气体的加热装置，重点考查固固加热，排空气法收集气体的方法，气体的密度与空气的密度关系。考查基本化学反应原理，学生根据原理对反应装置和收集装置的选择及细节的关注。培养学生通过实验来研究物质及其变化的科学方法和严谨求实的科学态度，树立安全意识和环保意识，形成良好的实验工作习惯。

【解析】氨气的密度比空气小，不能用向上排空气法收集，故A错误； 二氧化锰与浓盐酸共热制备氯气为固液加热反应，需要选用固液加热装置，不能选用固固加热装置，故B错误；二氧化锰和氯酸钾共热制备氧气为固固加热的反应，能选用固固加热装置，氧气的密度大于空气，可选用向上排空气法收集，故C正确；氯化钠与浓硫酸共热制备为固液加热反应，需要选用固液加热装置，不能选用固固加热装置，故D错误；

【变式训练】

1.(2020·江苏·5节选)用如图1装置，实验室以CaCO3为原料，制备CO2，是否正确？

图1

2.(2018·江苏·5节选)用如图2装置，制备用于氧化浸泡液中I-的Cl2，是否正确？

图2

3.(2017·江苏·4节选)用如图3装置，制备SO2，是否正确？

图3

二、实验原理及实验装置用途

(一)高中化学基本化学实验知识点

(2)以原电池、电解池为基本模型探究反应基本规律，描述实验现象、得出合理结论；

(3)以制备硫酸亚铁和氢氧化亚铁为模型学习实验条件的控制，预测实验现象及作出合理解释；

(4)探究实验的核心思路和基本方法，具有分析或处理实验数据的基本能力。

表3 理综高考卷实验综合题型中实验原理及实验装置用途常见考点

续表

(二)高考题赏析

【例2】(2021·江苏省第一次高考适应性试卷·16节选)以印刷线路板的碱性蚀刻废液(主要成分为[Cu(NH3)4]Cl2)或焙烧过的铜精炼炉渣(主要成分为CuO、SiO2，少量Fe2O3)为原料均能制备CuSO4·5H2O晶体。

(1)取一定量蚀刻废液和稍过量的NaOH溶液加入到如图4所示实验装置的三颈瓶中，在搅拌下加热反应并通入空气，待产生大量的黑色沉淀时停止反应，趁热过滤、洗涤，得到CuO固体；所得固体经酸溶、结晶、过滤等操作，得到CuSO4·5H2O晶体。

图4

①写出用蚀刻废液制备CuO反应的化学方程式：__________________________。

②检验CuO固体是否洗净的实验操作是_________________。

③装置图中装置X的作用是________________。

【教学过程】

(1)①教师引导学生分析题目环境

[教师引导]由此，这是一个氧化还原反应还是非氧化还原反应？

[教师提醒]最后检查容易漏掉的反应条件、气体符号、沉淀符号等，应保证化学用语使用规范。

[学生分析](1)②检验CuO固体是否洗净考查的实质是水溶液中某种离子的检验。由①的化学方程式可知检验CuO固体是否洗净主要是检验洗涤液中是否含有Cl-，其实验操作是取最后一次洗涤滤液少量于试管中，向试管中加硝酸酸化的硝酸银，若无沉淀则洗涤干净，若有沉淀则未洗净。

[学生分析]③装置图中装置X的作用分析。

三颈烧瓶作为反应装置，反应物为两种液体，反应条件为搅拌和水浴加热，其优点是受热均匀，温度稳定在100℃以内，由反应方程式可得，反应中生成极易溶于水且有污染的NH3，因此反应装置后一定要有收集处理NH3装置。可推测装水的试剂瓶是吸收NH3的装置，装置X的作用为防倒吸。而最后抽气泵的作用是加速三颈烧瓶中氨气逸出同时也起到防倒吸作用。

②取最后一次洗涤滤液少量于试管，向试管中加硝酸酸化的硝酸银，若无沉淀则洗涤干净，若有沉淀则未洗净

③防倒吸

【分析】本题以[Cu(NH3)4]Cl2溶液和NaOH溶液反应为背景，考查离子的检验、氨气的性质、可溶性气体的处理、晶体的制备过程设计。以基础反应为背景，发展学生对化学实验探究活动的好奇心和兴趣，从不同角度分析实验目的，养成严谨求实的科学态度，由实验现象的不同敢于提出自己的质疑，树立安全意识，形成节约环保可循环意识，养成良好的实验工作习惯。

【例3】(2021·全国卷乙卷·27节选)氧化石墨烯具有稳定的网状结构，在能源、材料等领域有着重要的应用前景，通过氧化剥离石墨制备氧化石墨烯的一种方法如下(装置如图5所示)：

图5

Ⅰ.将浓H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合，置于冰水浴中，剧烈搅拌下，分批缓慢加入KMnO4粉末，塞好瓶口。

Ⅱ.转至油浴中，35℃搅拌1小时，缓慢滴加一定量的蒸馏水。升温至98℃并保持1小时。

Ⅲ.转移至大烧杯中，静置冷却至室温。加入大量蒸馏水，而后滴加H2O2至悬浊液由紫色变为土黄色。

Ⅳ.离心分离，稀盐酸洗涤沉淀。

Ⅴ.蒸馏水洗涤沉淀。

Ⅵ.冷冻干燥，得到土黄色的氧化石墨烯。

回答下列问题：

(1)装置图中，仪器a、c的名称分别是________、________，仪器b的进水口是________(填字母)。

(2)步骤Ⅰ中，需分批缓慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴，原因是_______________。

(3)步骤Ⅱ中的加热方式采用油浴，不使用热水浴，原因是_______________。

(4)步骤Ⅲ中，H2O2的作用是____________________(以离子方程式表示)。

(6)步骤Ⅴ可用pH试纸检测来判断Cl-是否洗净，其理由是_________________。

【教学过程】

分析题目中的实验目的为制备“氧化石墨烯”

[学生分析](1)仪器b为球形冷凝管，起冷凝回流作用，为了使冷凝效果更好，冷却水要从d口进，e口出；

[学生分析](2)关注点“分批次、冰水浴”可推测目的是控制反应速率，避免反应过于剧烈，因反应为放热反应，需分批缓慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴；

[学生分析](3)关注点“油浴98℃并保持1小时”该实验反应温度接近水的沸点，故不宜采用热水浴，油浴温度一般在100～250℃间，更易控温在98℃；

[学生分析](6)关注点pH试纸检测，实质是H+的检验。

【答案】

(1)滴液漏斗 三颈烧瓶 d

(2)反应放热，防止反应过快

(3)反应温度接近水的沸点，油浴更易控温

(5)取少量洗出液，滴加BaCl2，没有白色沉淀生成

(6)H+与Cl-电离平衡，洗出液接近中性时，可认为Cl-洗净

三、教学思考