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思维工具在高考化学实验题中的应用——2010年—2012年广东新高考化学实验题的分析、解读

  撰文:陈淑贤

  一、高考考纲对化学实验的要求

  广东理科综合化学部分考试大纲对化学实验基础的说明包含:\[1\]

  (1)瞭解化学实验室常用仪器的主要用途和使用方法

  (2)掌握化学实验的基本操作,能识别化学品安全使用标识,瞭解实验室一般的事故的预防和处理方法

  (3)掌握常见气体的实验室制法(包含所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)

  (4)能对常见的物质进行检验、分离和提纯,能根据要求配制溶液

  (5)能根据实验要求设计、评价或改进实验方案、瞭解控制实验的条件的方法、分析或处理实验数据,得出合理结论、绘制和识别典型的实验装置图。

  (6)对以上各部分知识与技能的综合应用。 

  二、广东新高考化学实验探究题的命题特点

  (一)题型稳定,稳中求变

  从2010年—2012年的广东高考中,化学实验探究题主要集中在二卷的33题,题型的呈现方式是:提出合理的假设→设计实验方案,实验探究(限选实验试剂)→得出结论。解题时要:(1)准确地把握实验目的;(2)利用已学实验的基础知识,分析如何实现这个目的 ;(3)结合实验的背景材料,初步确定设计实验方案。实验探究的内容主要集中在探究常见物质的组成(或成分),例如:2010年广东卷33题,探究吸收少量SO2的NaOH溶液中可能存在的其他阴离子;2011年广东卷33题,探究在空气中暴露已久的大量Ba(OH)2·8H2O的主要成分;2012年广东卷33题,探究实验所制得苯甲酸中可能混有KCl等。

  (二)题型开放,区分度高

  实验探究题对考生的化学能力有较高的要求,考生必须有扎实的化学实验的基础知识和实验的技能,能统领整体的化学思维能力和创新能力,实验设计有多种方案,体现了题目的开放性和发散性,有较高的区分度。很受出题者的青睐。

  (三)情境新颖,视角独特\[2\]

  探究实验题体现了开放性和探究性,让学生做出假设,选择试剂和仪器,设计实验方案,重点是对实验过程的考核。试题情境的呈现新颖,却又是以考生最熟悉的基础实验为背景材料,由简单到复杂,由具体到开放,逐层递进考察考生的信息阅读、理解、分析、提炼、综合运用化学基础知识的能力。因此,要求考生必须深刻掌握常见物质或离子的检验,(包括:试剂,试剂滴加的顺序以及实验现象的描述)。2010年广东卷33题,学生对SO32- 和ClO-的性质比较熟悉,但题目的假设非常的巧妙:假设1:只存在SO32-;假设2:即不存在SO32-,也不存在ClO-;假设3:。往往考生不假思索地写出错误的假设3:SO32- 和ClO-同时存在。

  三、实验探究题的解题策略

  (一)巧用思维工具,拓展学生思维

  思维工具即那些能有效影响思维抽象活动、提高思维效能、延伸思维深度,能把抽象思维过程具体可视化的一类方法技能总称。本文所涉及的思维工具主要包括\[3\]:爱德华·德·博诺思维的广度的工具:AGO、APC、OPV、PMI、CAF、FIP、C&S、 RULES、 DECISIONS 、PLANNING;创造性思维工具:聚焦、定义问题、概念扇、随机启发、挑战、去除、关联和激发以及北京京师范大学赵国庆博士的批判性思维。在解决实验探究题的过程中,恰当地应用思维工具可以拓展学生的思维,有效地提高解题的速度。例如:2010广东卷33.(3)吸收尾气一段时间后,吸收液(强碱性中肯定存在Cl-、OH-和SO42-。)请设计实验,探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑空气中CO2的影响)。

  ①提出合理假设.

  假设1:只存在SO32-;假设2:即不存在SO32-,也不存在ClO-;假设3:。

  图1 提出假设

  通过应用APC工具,学生的思维非常的清晰和有层次性,不会出现:SO32-和 ClO-同时存在的错误的答案

  (二)科学提出“假设”,统摄全局

  实验探究题的“假设”部分非常重要,是实验探究的基础,如果“假设部分”出错则后面的实验设计就等于空中楼阁,因为实验的设计是围遶着前面的假设进行的。但对于“假设”部分,题目往往会给出适当的提示,例如题目会给出假设1和假设2,让考生沿着思路进行假设3和假设4……例如:2008年广东卷21,完成对铁元素价态的探究:

  图2铁价态的假设

  (三)物质检验,突破“实验设计”

  实验设计是实验探究题的核心部分,分值很大,应引起足够的重视,突破实验设计可以根据前面的“假设”,归结为常见物质的检验。例如:2011年广东卷.33(2)假设试剂由大量Ba(OH)2·8H2O和少量BaCO3组成,设计试验方案,进行成分检验,在答题卡上写出实验步骤、预期现象和结论。通过本题的题设,实际就是检验Ba2+ 、BaCO3 、OH—  

  图32011广东高考实验探究题的图解过程

  四、思维工具在广东新高考化学实验题中的案例

  (2010年广东卷.33)某研究小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时,利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。

  (1)请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式:SO2+2NaOH=。

  (2)反应Cl2+Na2SO3+2NaOH=2NaCl+Na2SO4+H2O中的还原剂为.

  (3)吸收尾气一段时间后,吸收液(强碱性中肯定存在Cl-、OH-和SO42-。)请设计实验,探究该吸收液中可能存在的其他阴离子(不考虑空气中CO2的影响)。

  ①提出合理假设.

  假设1:只存在SO32-;假设2:即不存在SO32-,也不存在ClO-;假设3:。

  ②设计实验方案,进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂:3 mol·L-1 H2SO4、1 mol·L-1 NaOH、001 mol·L-1  KMnO4、淀粉-KI溶液、紫色石蕊试液。

  实验步骤预期现象和结论

  步骤1:取少量吸收液于试管中,滴加3 mol·L-1 H2SO4至溶液呈酸性,然后将所得溶液分置于A、B试管中。

  步骤2:

  步骤3:

  应用思维工具解题的过程:

  先用创造性思维工具——定义问题:本题要解决的问题是检验SO32-、ClO-两种离子

  再用APC工具分析检验这两种离子可能的方法:

  (1)检验SO32-  的方法:

  图4检验SO32-  的方法

  运用PMI工具进行分析,两种方法所具有的优点和缺点,再结合题目给出的限选实验试剂,没有品红试剂,所以选用001 mol·L-1  KMnO4检验亚硫酸根

  (2)检验ClO- 的方法:

  图5检验ClO- 的方法

  运用PMI工具进行分析,两种方法所具有的优点和缺点,结合题目给出的限选实验试剂,检验次氯酸根的两种方法都可以

  最后用CAF工具完成答案:

  参考答案:

  (1)Na2SO3 + H2O

  (2)Na2SO3

  (3)①只存在ClO-

  ②

  实验步骤预期现象和结论

  步骤2:向A试管中滴加1~2滴001 mol·L-1 KMnO4溶液。(1)若溶液褪去,则假设1成立;(2)若溶液不褪去,则假设2或3成立 。

  步骤3:向B试管中滴加1~2滴淀粉-KI溶液。(1)若溶液变蓝色,则假设3成立;(2)若溶液不变蓝色,结合步骤2中的(2),则假设2成立。
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