基于一道高考题的实验复习课教学设计研究

丁颖

[摘 要]文章基于深度学习理论和新课程标准的要求，研究高考化学实验题的命题特点，并基于一道有关醋酸亚铬的制备实验高考试题的答题情况，探讨高三化学实验复习课的教学设计，以促进学生思维模型和认知模型的构建。

[关键词]高考题;高三化学;实验复习课;教学设计

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2022）14-0058-03

新高考注重考查学生的基础知识、关键能力、学科素养、核心价值。而化学实验是高考化学的重要内容之一。

高考化学实验试题选取的素材一般不是教材中的实验，创设的情境通常也较为陌生，且信息量大，文字较多，学生需要通过题给信息了解物质性质、化学反应原理，并与题中实验装置和实验操作联系起来作答。因此，在化学实验复习中巩固核心知识和培养关键能力是学生提升解题能力的关键。教育部考试中心原主任姜钢提出，要发挥新时代高考的育人功能和对课堂教学积极的导向作用。近年来的高考化学试题为师生提供了非常好的复习素材，教师可带领学生研究高考化学试题，熟悉高考化学实验试题的考查类型和高频考点，提高学生适应新情境的能力和提取、加工、运用信息的能力，提升学生的“模型认知”核心素养。

一、高考化学实验试题的命题特点

笔者通过分析近年来的高考全国卷中的化学实验试题，发现高考化学实验试题具有以下命题特点。

高考化学实验试题主要分为三个主题：物质性质或反应原理探究、物质制备与分离、物质组分检验与含量测定;考查的主要内容有仪器的名称、作用、组装，反应方程式的书写，实验操作方案、顺序、条件控制及原因分析，物质的分离与提纯，定量计算，误差分析，装置的改进，等等。下面以2018年高考全国Ⅰ卷第26题无机制备类实验题为例来分析高考化学实验试题的命题意图及考查的知識点。

[题目]醋酸亚铬[（CH3COO）2Cr·H2O]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1所示。回答下列问题：

（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  ________________________    。

本题以醋酸亚铬晶体的制备为背景材料，具体设问内容涉及仪器名称、原理分析、信息型方程式书写、实验操作、现象解释、实验方案优劣的评价等，不仅考查了学生化学实验基础知识和基本技能，还对学生提取及运用有效信息的能力、分析推理能力、模型构建能力等关键能力有较高要求。本题四个问题的答案都与题目中的信息相关联。但学生的实测结果并不理想，多数学生不知道从何入手，思维混乱，不懂得基于物质的性质特点来解答。对此，在实验复习教学中教师应帮助学生构建思维模型和认知模型，进而提升学生的解题效率。

二、基于高考题的实验复习课教学设计

【实验情境1】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。（高考题干引用）

【问题1】在实验情境1提供的信息中你能找出哪些关键词？你应具备哪些意识？

【学生讨论总结】

信息1：醋酸亚铬难溶于冷水，因此可以通过温度对物质溶解度的影响对产品进行提纯。

信息2：醋酸亚铬易溶于酸，因此酸性环境不利于产品的析出。结合信息1和信息2可推断沉淀充分析出需要低温、无酸或少酸环境。

信息3：醋酸亚铬在气体分析中用作氧气吸收剂，说明Cr（Ⅱ）具有强还原性，实验过程中要隔绝空气。

设计意图：高考化学实验试题信息量大，文字较多，部分学生觉得无从下手。教师采用循序渐进的方式开展复习教学，可帮助学生有效提取关键信息（这些关键信息往往是解题的突破口）。

【实验情境2】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1所示。（高考题干引用）

【问题2】本实验的目的和原理是什么？你觉得和教材中哪种物质的制备实验类似？

【学生讨论总结】本实验的目的是制备醋酸亚铬，原理是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;锌与盐酸作用产生氢气，利用压强差将装置c中含二价铬的溶液压入装置d中与醋酸钠溶液反应制得醋酸亚铬。本实验和教材中氢氧化亚铁的制备实验类似。

设计意图：高考往往起点高、落点低，学生容易因陌生知识产生畏难情绪，无法应用所学知识进行题目解答。教师可借助提问顺势引导，帮助学生找到思维的方向。

【问题3】制备氢氧化亚铁的常见装置有哪些？请画出装置图。制备氢氧化亚铁有哪些注意事项？

【学生讨论总结】氢氧化亚铁的制备有3个常见的装置，如图2所示。

注意事项：

1.硫酸亚铁易被氧化，需要现用现配，所配蒸馏水应先煮沸后冷却，以除去蒸馏水中的溶解氧。

2.装置1中需要用苯隔绝空气，滴加氢氧化钠溶液需要用长胶头滴管伸入到液面下，防止空气中的氧气进入。

3.装置2中铁与稀硫酸反应产生氢气，氢气的作用有两点：（1）排除装置中的空气;（2）关闭止水夹a，将FeSO4溶液压入NaOH溶液试管中制备氢氧化亚铁。

4.装置3利用电解法制备氢氧化亚铁，并用苯密封溶液达到隔绝空气的目的。

设计意图：强化学生的实验基础知识与基本技能，重温装置用途和使用规范，促进学生实验基本技能与方法的巩固提升。

【问题4】类比氢氧化亚铁的制备，醋酸亚铬制备过程中K1、K2、K3的操作顺序是怎样的？应从哪些方面考虑氧气的来源？如何隔绝氧气？

【学生讨论总结】

1.先将K3打开，然后关闭K1和K2。因为锌与盐酸反应生成大量氢气，使装置c中气压大于外界气压，所以装置c中亮蓝色液体流入装置d中。

2.强还原性物质制备要注意操作环境隔绝氧气，因此要考虑溶剂中的空气、装置内部的空气、外界空气、水中的空气等因素。为此，配制溶液所需的蒸馏水需要煮沸除氧;要排除装置内部的空气;反应装置不能是敞开体系，以防外界的空气进入;分离提纯不能用蒸发浓缩的方式，以防产物与空气接触。

方案1：在装置d中加入苯或植物油。

方案2：在装置d后加一个装有水的洗气瓶用于液封。

设计意图：强化典型实验素材的运用，帮助学生建立认知模型，提高学生的知识迁移能力。

【问题5】如何获得产品？利于产品析出的措施有哪些？

【学生讨论总结】晶体析出一般可用蒸发溶剂或降温冷却的方法。但醋酸亚铬带结晶水且易被氧化，不适合用蒸发溶剂的方法，因此应采用降温冷却的方法。

设计意图：呈现核心问题，突出重难点，引导学生深入思考提炼。

【问题6】你还能提出哪些问题？

【学生讨论总结】

1.装置c的名称是什么？

2.如何检查装置的气密性？

3.锌粒是否过量？锌粒的作用是什么？

4.盐酸不能过量的原因是什么？

从上述学生提出的问题来看，学生有从实验原理、仪器名称、信息运用等角度思考问题，特别是问题4的提出让人眼前一亮，说明学生能深入思考问题，并能运用“认知模型”解决问题，这使他们获得了极大的自信，对陌生情境的运用也更加游刃有余。

设计意图：从多个维度设问可让学生站在命题者的角度思考问题，熟悉高考考点，提升学生的化学学科核心素养。

【问题7】1.洗涤醋酸亚铬晶体时先用水洗，再用乙醚洗，用水洗的目的是什么？ 如何证明晶体已经被水洗涤干净了？用乙醚洗涤的好处有哪些？

2.先将洗涤后的醋酸亚铬晶体铺在表面皿中形成一薄层再在室温下进行干燥。

（1）“形成一薄层”的目的是什么？

（2）干燥过程中的注意事项有哪些？

【学生讨论总结】

1.水洗的目的是除去晶体表面的杂质。证明晶体已经被水洗净的方法：取少量最后一次洗涤液于试管中，滴入几滴硝酸和硝酸银溶液，若无白色沉淀生成，则证明已洗净。用乙醚洗涤的好处是乙醚有挥发性，可以带走晶体表面的水分，便于干燥。

2.“形成一薄层”的目的是增大薄层与空气的接触面积，便于干燥。干燥过程中要注意隔绝空气，以防晶体氧化。

设计意图：多角度挖掘其他維度的问题，强化变式训练，以拓展学生的思维，让学生做到举一反三、活学活用。

三、教学反思

以上教学设计意在让学生学会基于原料、产品的性质来思考实验装置的设计，提问顺序按照思维线来展开，提问内容帮助学生形成知识线，进而实现思维模型和认知模型的构建（如图4）。学生若能从已有的知识、原理、方法、思想等认知经验中找到原型，通过类比求同存异，运用逻辑推理能力迁移知识，陌生问题就能迎刃而解了。

有关还原性物质的制备，教师还可以选取水合肼的制备，考查点围绕如何抗氧化来保证水合肼的产率;通过摩尔盐的制备，巩固和强化此类实验题的解题思路，构建还原性物质制备模型;选择其他典型物质的制备，构建各类物质制备实验模型。

综上，选用高考题作为平时的训练素材被证明是最有效的复习手段。教师可对高考题进行改编，在知识范围、命题方向、题型特征、难易程度等方面进行把控。教学中教师引导学生先浏览信息，别急着做题，仔细阅读题干并捕捉题目信息，然后根据题目信息自行设问，再将自己的设问与题目中的问题进行对比，看看自己能押中多少。长此以往，学生就会逐渐站在命题者的角度思考问题，并能够充分运用题给信息来解决问题。同时，教师还应引导学生分析、比较和归纳试题，通过各类试题的训练，寻找相同类型题目的解答方法，提炼和修正相关思维模型，最终达到认知结构化、知识结构化、思维结构化。当学生具备信息提取和运用能力，以及构建和应用各类模型的能力时，他们的化学学科核心素养一定能得到大幅度提升。

（责任编辑 罗 艳）