基于核心素养的高中化学实验创新习题分析

窦先东

摘  要：在高中化学学科教学中，大部分实验都是对理论知识进行验证。通过实验，学生的创新思维得到了锻炼。创新性的化学实验习题突破了常规的实验解题思路，需要学生加强对问题的观察与思考，并转换思维能力，形成探究意识。基于此，文章以高中化学氧化还原反应为例，对高中化学实验创新习题进行了分析。

关键词：高中化学;化学实验;创新习题

一、化学实验操作装置类题目

过硫酸钠（Na2S2O8）经常被当作漂白剂用于化学工业品的制作中，它的化学性质并不稳定。在某一高中，化学研究小组正在对过硫酸钠的性质进行研究，具体的实验如下：已知SO是一个无色无味并且容易挥发的物质，它的熔点为16.8℃，沸点为44.8℃。具体的稳定性探究装置如图1所示。

分解原理：2Na2S2O8 [=][△] 2Na2SO4+2SO3↑+O2↑

1. 這个装置（如图1）有明显的操作错误，请进行改正：____________。水槽中，采用冰水浴的主要目的是：_____。带火星的木条会产生哪些现象：____________。

2. 如果在上述的溶液中，加入一定含量的BaCl2，并在过滤后，对沉淀进行洗涤，具体的操作是怎样的？

思考路径分析：

这道题主要考查学生对装置操作的了解程度。第一小题是基础性题目，考查学生能否判断装置操作中存在的问题以及是否了解装置固定的目的。第二小题是创新思考题，这道题是一道开放性题目，学生需要应用创新思维，用自己的想法进行答题，说出自己的具体操作流程。

在课后的学习中，教师可以加入一些优质的化学分析习题，能更好地帮助学生形成良好的学习思考习惯，对课间所学的知识进行回顾和复习。这提高了学生学习高中化学的自省和认知能力，同时也扩展和补充了教学知识的内容点。

在第一小题中，根据SO3和氧气的性质进行分析，在图片中，试管口向上，存在操作性的错误，它需要向下倾斜。期间，SO3的熔点和沸点都能保持在0℃以上。冰水浴有利于将SO3进行冷却，进而将它转化为固体，更好地收集SO3。然而根据Na2S2O8的分解原理进行思考，生成物中具有较多的氧气，这就会出现木条的复燃现象。

在第二小题中，在进行沉淀洗涤期间，实验操作人员需要利用玻璃棒将液体进行引流，蒸馏水需要完全过滤沉淀，并尝试洗涤两到三次。学生可以根据自己的创新性思维进行作答，确保回答符合操作流程，并注意操作中的不规范情况。

二、化学实验原理类题目

利用图2中的装置制备KCIO溶液。实验操作人员有效利用KCIO溶液以及Fe（NO3）3溶液的反应，制备K2FeO4。K2FeO4具有以下几个性质：第一，它溶于水，微溶于浓KOH溶液;第二，它在0～5℃的强碱性溶液中，性质比较稳定;第三，它能够在Fe3+和Fe（OH）3的催化作用下，实现物质之间的作用，产生分解的现象;第四，在酸性到弱碱性之间，才能确保与水进行充分反应，进而生成Fe（OH）3和O2。

1. 观察图2，对装置A中的物质反应进行分析，发现KMnO4与盐酸产生反应，能生成MnCI2和Cl2，它的化学方程式为________，而装置B能够发挥_______的作用。

2. Cl2和KOH能在温度较高的反应中生成KCIO3。实验操作者在不改变溶液浓度和体积等基本条件的前提下，将温度控制在0℃～5℃，实验可以采取的措施为______________________________________________。

3. 在粗产品中，含有KCl等多种杂质，考虑最佳实验方案：_______________________________________。

思考路径分析：

此题主要考查学生对实验装置和知识原理的了解。此题涉及了氧化还原反应、物质的提纯操作几个方面，考查了学生的信息获取能力，以了解学生对知识原理的掌握情况。在第一小题中，考查了基础性的原理知识;在第二小题中，题目对基本条件进行了限制，让学生对实验采取的具体措施进行解答，学生可以根据自己的理解与操作，融入创新性的元素。第三小题让学生自主设计提纯的具体实验方案，学生需要根据实验进行自主规划与设计，并根据自己的想法引入创新性元素。

在第一小题中，KMnO4具有强氧化性，它能够将盐酸中的氯离子氧化为Cl2，结合得失电子守恒和原子守恒定律，进一步写出离子方程式，故2MnO4-+16H++10Cl-=2Mn2++5Cl2↑+8H2O。根据HCl易溶于饱和食盐水而氯气并不容易分解，可知盐酸具有挥发的作用。

在第二小题中，根据反应温度条件，以及选择的装置设备情况进行分析，发现装置C应放于冰水浴中，并应该充分利用原料降低通过氯气的速率。

在第三小题中，在K2FeO4粗产品中，含有Fe（OH）3、KCl等杂质，实验操作者运用砂芯漏斗将氢氧化铁进行过滤，进而去除其中的杂质。由于K2FeO4具有溶于水、微溶于KOH溶液的作用，因此可以将其放置到冰水浴中，将滤液装置置于其中。随后，需要操作者在滤液中加入饱和的KOH溶液，这样才能在K2FeO4晶体中将KCl进行过滤去除。最后，通过过滤的形式，使用乙醇进行洗涤，将容器上的物质去除，进而起到干燥的效果。

三、化学实验现象类题目

在某高中实验课堂上，某一小组对实验过程中的酸碱性溶液展开探究，对不同溶液中的MnO2的氧化能力进行分析，并控制溶液的浓度和质量。对此，实现了创新实验设计，如表1所示。

实验小组在通过试验对比后，根据实验的具体现象和实施步骤，能得到哪些结论：__________________。如果在酸性条件下，MnO2迅速氧化的离子方程式为：_____________________________。

思考路径分析：这道题涉及了化学实验的现象变化，考查学生根据实验现象进行分析的能力，以及对问题的总结能力。学生可以根据化学反应变化进行判断，也可以通过创新思维，得出自己的想法，进而推得整个实验的结论。

在这道题中，学生可以依据实验中的现象，分析碘浓度、碘的颜色等变化条件。碘这一液体，它的浓度与颜色具有密切的联系，浓度越大，颜色也就会更深。这就说明，在实验中碘元素的生成量比较多，对应的条件也就是酸性强。在酸性的条件下，MnO2进一步还原成了正二价锰离子，碘离子也进行了还原，所以最后的方程式为：2I-+MnO2+4H+=I2+Mn2++2H2O。

四、化学实验创新设计类题目

某一组高中生在实验中，探究AgCI沉淀转化为Ag2S的反应现象，并对每一个步骤进行了详细记录，如表2。

为了对步骤3中的现象进行细致分析，思考白色沉淀出现的原因，设计了对比实验（如图3所示）。

1. 在装置A中，玻璃仪器有三种，分别是圆底烧瓶、导管以及_____，由上述信息，可以推测W试剂为_____。

2. 实验表明：在C中的试剂会产生乳白色的沉淀，而B中的试剂并没有具体变化。

完成C中反应的化学方程式：___Ag2S+____NaCI+_____+______?AgCl+S+_____

C中NaCl的作用是：_______________

思考路径分析：

这道题根据步骤3的实验操作现象设置了一个教学步骤，具有较强的创新性，对乳白色沉淀产生的原因进行了探究，并设置了对比实验，让学生根据第一组实验中的现象，对第二组实验的材料以及反应变化等方面的特征进行思考。

在第一小题中，根据第二组实验中的图片可得知，装置A中一共有三种仪器，分别是题目中所说的圆底烧瓶、导管，以及图片中的分液漏斗。乳白色沉淀主要是两个混合物的结合，分别是氯化银以及硫。在装置中，通过图片反映装置进行推测，能够分析出A提供氧气，再利用二氧化锰，可得知W是过氧化氢液体。

在第二小题中，学生答题时需要结合第一组实验，并对步骤三的现象和操作原理展开分析：装置C中的反应物中存在氧气，而钠离子并不能单独存在，只能依靠氢氧化钠的形式进行显现，这就得出了未知反应物是氢氧化钠。随后，可以根据守恒定律进行推测，推测出未知物后，通过化合价的升降特点，将反应方程式补充完整。

传统文字灌输式的教学方式，已远远不能满足当下高中生对化学知识的期待，虽然大部分教师为了保证高中化学知识传授的完整度，还是会以传统式教学为主，但对高中生学习习惯的养成和良好的记忆习惯的形成而言，有很多不利因素。因此，教师要学会转变思维习惯和授课方式，加入新型化学实验教学方式，这对增加学生的化学知识很有效果。例如在高中化学课程“焰色反应”的教学中，如果教师单纯以讲授为主，学生就会减少对金属性质的认知，同时，教师可以讲解一些生活中常见的烟火现象让学生进行理解，并进行实际的操作演示，根据教学内容设计实验是发挥实验的价值所在。

五、结语

氧化还原反应是高中化學中最为普遍且重要的一种反应，与日常生活密切相关。在氧化还原反应的创新实验应用习题中，有很多题目突破了常规的实验解题思路，学生需要提高创新思维能力，调动自己的思维参与到解题活动中，进而提升自己的化学思维品质。

参考文献：

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[2]徐艳丽. 高中化学实验改进与创新中的问题与解决措施[J]. 中学课程辅导（教师通讯），2019（07）：125.

[3]钟兴华，张体民，李雄凡等. 素养为本的高中化学实验教学现状分析及对策[J]. 中学化学教学参考，2019（18）：42-43.

（责任编辑：罗  欣）