基于实验目的突破高考化学实验题方案评价的复习策略探究

杨吉丽

随着新一轮课程改革的启动和高考改革的不断深入，化学新课程标准提出了要理解、认识从依据研究目的设计方案对科学探究的重要性，在高考命题从知识立意转向能力立意的形势下，化学实验题多采用“常规+创新”的形式。内容主要包括仪器和装置的正确使用、实验方案设计、实验操作流程、误差产生原因、实验数据分析和报告等。由于学生缺乏丰富的实践经验，平时没有针对性地复习，遇到稍微复杂的综合实验题，他们在应答时会出现思维障碍。

通过对近些年高考化学实验题和学生得分情况的分析发现，实验题都能得分，但是得满分很难。那么如何解答化学综合实验题呢？笔者觉得对实验方案评价的考查内容主要包括明确实验目的，如何保证原料经济合理？怎样提高原料的利用率？如何简化实验过程和装置？如何做到实验绿色环保？实验误差产生原因分析，怎样减小误差？实验过程是否安全？其中明确实验目的是什么(即想干什么)非常重要，实践表明，基于实验目的来突破实验方案评价的策略，能够帮助学生有效提升解决问题的能力，同时也能培养学生自主探究和学习的能力。

一、 基于物质制备实验的方案评价

2018年高考新课标Ⅰ中的第26题，考查了醋酸亚铬的制备方案，其制备装置如图1所示。该实验的考查背景源于教材中氢氧化亚铁的制备，学生即使是面对醋酸亚铬这一陌生物质，也容易找准方向。

图1

首先，解决本题可以借助情境再现，通过题目分析，能够快速将课内已经学习过的内容迁移至解题过程。

第一，从题目信息“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”，可以推断醋酸亚铬具有较强的还原性，物质容易被氧化。

第二，题目信息已知其制备方法主要分为两步：①通过还原反应得到二价铬；②将二价铬离子与醋酸根离子混合，制备得到产物醋酸亚铬。题目信息提供的制备方法与课内氢氧化亚铁制备改进实验(如图2)的原理相似。

图2

第三，实验装置不同于传统物质制备的装置，但是与氢氧化亚铁制备实验的改进装置(如图2)十分相似，原理相同。

学生审题至此，基本可以将陌生的题目情境与熟悉的已学知识联系起来，降低了解题的心理难度，也找到了解题的突破口——模仿氢氧化亚铁的制备原理、实验目的、操作要点等进行答题。因此在高考化学实验复习过程中，要注意选择经典的实验模型、情境素材，才能让学生在遇到陌生的实验情境时，能快速匹配信息，找到解题突破口。

其次，该题中考查的几个问题：“为什么实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却？c中产生气体的作用是什么？装置d存在的缺点是什么？”由于是物质制备实验，所以整个实验中的操作以及仪器装置都是保证目标物质的高产率和高纯度两个目的。题目中给出了醋酸亚铬在气体分析中用作氧气吸收剂，不难得到醋酸亚铬具有易被氧化的性质，因此在实验过程中，为了保证制备醋酸亚铬的产率和纯度提高，一定要避免醋酸亚铬与氧气的接触。隔绝氧气，是氢氧化亚铁制备过程中的关键，也是本题醋酸亚铬制备过程中的关键。因此实验中所用的蒸馏水需要经煮沸后冷却使用就是为了将溶解于水中的氧气除去；装置c中产生的气体也可以起到将装置内的空气排出体系；d装置是目标物质的产生装置，而d装置是敞口的锥形瓶，易与外界空气接触，从而导致醋酸亚铬被氧化降低其产率和纯度。从提高产物产率和纯度的实验目的出发，几个与之相关的设问就得以顺利解决。

2015年高考江苏卷中的第22题，考查了以苯甲醛为原料制备间溴苯甲醛，其反应装置如图3所示。在反应结束后采取减压蒸馏有机相，收集相应的馏分，题目中问到了该步骤中采取减压蒸馏的原因。由于减压蒸馏这一操作在中学阶段很少接触，学生很难找准该题所考查的要点。但是对减压蒸馏的原理学生是已经掌握了的，采取减压蒸馏最直接的好处就是可以降低物质的沸点。结合该实验属于物质制备的类型，所以从目标物的产率和纯度出发，由于间溴苯甲醛中存在醛基，结合有机官能团的性质，可以推测目标产物在温度高时可能导致醛基被氧化，从而降低目标物的产率和纯度。因此减压蒸馏可以降低蒸馏过程的温度，从而防止间溴苯甲醛被氧化。

图3

二、 基于定量测定实验的方案评价

2017年高考新课标Ⅰ中的第26题，以凯氏定氮法测定蛋白质中氮含量的装置如图4所示。该题中设置了一个关于装置d中保留少量水的目的是什么？由于该实验的情境比较陌生，实验装置相比课本中的实验装置新颖，在高考中很多学生很难短时间找到回答的方向。如果我们能够基于实验目的出发，就能很容易找到该问题的突破方向。

图4

该实验属于典型的定量测定实验，实验目的是准确测定实验数据，所以方案评价的方向也应该从减少实验误差的角度出发。d中保留少量水的操作是在将铵盐和氢氧化钠从d装置注入e装置后，实验中铵盐和氢氧化钠在e中混合后产生氨气，利用装置g吸收产生的氨气从而测定氮的含量。基于实验目的不难分析，影响实验误差的一个重要因素就是e中产生的氨气能完全被g装置中的溶液吸收，而氨气是以气体的形式从e中逸出，所以d装置中保留的少量水就是防止氨气逸出，从而减小含氮量测定的误差。

该题中还设置了一个关于装置e采用中空双层玻璃瓶的作用，该装置在教材中没有写明相关应用。对该陌生装置的评价同样基于实验目的出发找到方向。由于该实验是定量测定实验，装置的设置都是为了保证减少实验误差，该装置是将铵盐转化为氨气的反应装置，根据氨气的性质以及高中课本铵根离子检测的方法不难想到，为了保证氨气能够从溶液中尽可能全部逸出，溶液应该处于高温状态，因此e装置在实验过程中要保持高温状态，所以中空双层玻璃的作用就是为了减少热量散失，保持装置温度处于高温，有利于氨气的逸出。

类似的试题出现在2015年全国高考化学甲卷中28题，考查了混合气中ClO2含量的装置，如图5所示。该题中也问到了关于玻璃液封管的作用，同样是为了减少实验误差，保证混合气体中的ClO2能全部被吸收，因此玻璃液封管也是防止ClO2逸出的作用，所以在后面的步骤中也有将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶的操作，其原因就是液封管的溶液中有部分被吸收的ClO2，这样可以减少实验测定误差。

图5

2021年高考化学广东卷的第17题，用测定溶液电导率的方法来探究温度对AgCl溶解度的影响。该题结合手持技术从定量的角度来探究物质的溶解性，试题设计了如表1所示的三组实验，通过分别测定25℃、35℃、45℃时饱和AgCl溶液的电导率来验证AgCl在水中的溶解度s(45℃)>s(35℃)>s(25℃)。实验测得电导率A3>A2>A1，但题目提出问题，结合此结果不能得到电导率随温度的变化规律，理由是什么？该实验属于定量测定实验，结合该实验的目的，很容易想到问题的方向。实验结果不能得到相应的结论，可能是因为在测定过程中出现了误差，如果审题不难发现，题干中给了影响电导率的因素，该实验的测定的过程出现了两种变量，一个是温度的变化对电导率的影响，一个是温度变化对物质溶解性变化导致对电导率的影响，所有实验测得的电导率可能仅仅是温度的变化导致，而不一定是溶解性增大导致的。所以定量实验需要考虑的就是实验数据的准确性，实验过程需要排除其他因素的干扰。依据该思路，试题在接下来的问题考查中设置了学生自己设计对比实验来验证原来的猜想。该实验方案的设计就是控制单一变量，将不同温度下饱和溶液，在保持相同温度的条件下，测定其电导率，这样就排除了温度这一因素对电导率的影响。

表1 三组实验

三、 基于定性探究实验的方案评价

2018年高考北京卷中的第28题，考查了K2FeO4的制备和性质探究，其反应装置如图6所示。试题中探究了K2FeO4的性质，其操作是取C中紫色溶液，加入稀硫酸，得溶液a，产生了Cl2。为了探究是K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2，设计了两个方案：方案Ⅰ是取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色；方案Ⅱ是用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生。

方案Ⅱ中先将K2FeO4用KOH洗涤，再加盐酸，观察氯气的生成。题目中问到了KOH洗涤的目的，那么如何找准方向？该问还是通过实验现象得到结论的定性探究实验，所以洗涤的目的可能就是排除干扰因素，因为现象是产生氯气，那么烧瓶C中的物质除了K2FeO4能将Cl-氧化，还有没有其他的物质呢？通过分析不难发现制备K2FeO4时，烧瓶C中还有ClO-的生成，ClO-在酸性条件下与Cl-也能发生归中反应而产生氯气，这样就会对实验结论造成干扰。

图6

四、 结语

化学实验题的考查在高考中比重比较大，实验题能够很好地体现学生的化学学科素养。笔者在教学实践过程中，发现学生对化学实验题解题的障碍主要集中在几个方面：①对陌生的化学实验情境比较畏惧，对陌生实验仪器的原理、目的、操作，对陌生的反应原理，对题干的信息提取能力都欠缺；②对化学实验题的思维模型构建不够完整，对一般的实验题不能很快找准切入点；③对实验题中考查到的原因分析、文字表述等答题不规范或答题方向不清晰。

在新高考形势下，高考化学会更加重视对学生实践能力和综合素养的考查。教师应当明确实验教学目标，以目标为导向，认真组织学生进行化学实验总复习，引导学生改进、完善、拓展化学实验，增强实验的探索性、综合性和创新性。在实验复习时总结几点经验：

第一，注重教材实验素材的开发与利用。教材中选取的实验素材都是非常具有代表性的，我们在高三复习过程中要注重课本素材的深挖。可以以课本的素材为基础，引导学生从基本的实验模型总结出典型实验的注意点。

第二，学会审题，化繁为简。审题不只是读题，要带着目的去审题，要明确实验目的是什么(即想干什么)？实验原理是什么(即怎么干)？有的题目实验原理和目的给的十分明显，但是有的题目十分隐蔽。所以审题时不仅要看题干，也要看题目中所问的每一个问题，有时候答案就在所问的问题中。

另外，不管一个综合实验题有多复杂，都是由若干个小实验组合而成，因此应该运用逆推法通过把实验目的分解，然后去一一解决。

第三，灵活运用，情境再现。高考是选拔性考试，高考题中不可能出现原题或者是平时常见的化学情境，也不可能让学生真正地到实验室去做实验，但是高考的出题原则是源于教材而又高于教材，也就是说高考中考查的化学情境我们可以通过平时积累的化学素材再现出来。只有将化学情境再现出来，才能够结合题目发现题目中的细节问题。

第四，依据题意，正确做答。在明确了实验目的、实验原理，再现了实验过程后，就可以转入答题了，只要把平时学习的知识灵活运用就可以了。但是要注意避免失误，争取拿高分。

只有在平时学习中培养学生良好的学习习惯，发展学生的化学核心素养，当他们面对高考实验题的时候才不会手忙脚乱，才能够做到沉着应对，争取能力范围内的分数，在化学高考中取得令自己满意的成绩。