开放性思维在高考理综化学实验设计题中的应用

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1、开放性思维在高考理综化学实验设开放性思维在高考理综化学实验设 计题中的应用计题中的应用晋江市养正中学 许一鸣 自然科学是实验性科学。自然科学的 概念、原理和规律大多是由实验推导和论 证的。教学过程中的实验有助于加深学生 对自然科学概念、原理和规律的理解，也 有助于培养学生的科学态度和创新精神， 实验能力也是学生将来从事科学研究的基 础。而化学综合实验题既能考查学生基础 知识和基本技能，更能体现素质教育对学 生分析问题、解决问题、创新实践等能力 的要求，因此化学实验能力的考核已经成 为化学高考中的一个重要组成部分。如何 打破学生的固有思维、提供给学生一个开 放性思维的新空间，是我们教师所面临的

2、新课题。 理科综合能力测试从 2000 年开始成 为高考的一个科目，至今实验能力一直都 是其考查的一个重要内容。纵观近几年全 国高考化学综合实验和实验设计题的命题 有如下特点：重点考查学生的实验基本知 识和基本机能（对教材中演示实验和分组 实验掌握的熟练程度基本得分点） ， 适当考查学生设计和完成实验的能力（对 相关实验的改进、设计和进行一些简单的 操作拉分点） 。如 2000 年：无水氯化 铁的制备及实验改进，2001 年全国：氧气 的制取及摩尔质量的测定（检查气密性及 其它操作） ，2001 年理综：氢气的制取 （检查气密性及简易启普发生器原理） ， 2002 年：制取氨气并完成喷泉实验（

3、引发 喷泉的操作） ，2003 年氢氧化亚铁制备的 实验改进。考查实验能力的题目，有的是要求考 生设计实验，这种设计大多是初步的，如 让学生补充某些重要的步骤，从“零”开 始设计的比较少。有的要求考生对实验现 象或结果进行解释，或得出实验结论的。典型的实验题如 2003 年试卷中的第 33 题用下面两种方法可以制得白色的 Fe(OH)2沉淀方法一：用不含 Fe3+的 FeSO4溶液与 用不含 O2的蒸馏水配制的 NaOH 溶液反 应制备。(1)用硫酸亚铁晶体配制上述 FeSO4溶 液时还需加入 。(2)除去蒸馏水中溶解的 O2常采用 的方法。(3)生成白色 Fe(OH)2沉淀的操作是用 长滴管

4、吸取不含 O2的 NaOH 溶液，插入 FeSO4溶液液面下，再挤出 NaOH 溶液。 这样操作的理由是 。方法二：在如图装置中， 用 NaOH 溶液、铁屑、稀 H2SO4等试剂制备：(1)在试管 I 里加入的试剂 是 。(2)在试管里加入的试 剂是 。(3)为了制得白色 Fe(OH)2沉淀，在试 管 I 和中加入试剂，打开止水夹，塞紧 塞子后的实验步骤是 。(4)这样生成的 Fe(OH)2沉淀能较长时 间保持白色，其理由是 。 解析：此题看似简单，其原理无非 是：Fe2+2OH-=Fe(OH)2，但难就难在 如何使整个装置处于无氧状态下。方法一 的缺点有两方面：一是操作步骤较多(除 Fe3+

5、、除 O2)，二是产生的 Fe(OH)2沉淀不 能持久。其实只要在 FeSO4溶液的上面加 上一层有机苯或汽油即可；也可在除去 O2的 FeSO4溶液的上面先加入汽油，待汽 油挥发后直接投入钠或钾。方法二的思维 较为巧妙：利用 H2除装置中的 O2，再利 用压强使溶液混合而得到白色的 Fe(OH)2 沉淀。 从上题中可看出开放性思维在实验题中的体现之一是对书本上的实验进行改进， 以获得较好的实验效果。在进行此类综合 实验题或实验设计题时，应建议学生注重 复习以下两方面内容：一是认真阅读教材 中（包括初中）的演示实验和分组实验 （尤其是常见气体的制备和性质实验） ， 理解相关实验原理（即化学方程

6、式重 点） 、实验目的、实验步骤、仪器装置及 操作要点等；二是了解化学实验常用仪器 的名称、主要用途和使用方法(最好能画 出其形状)，掌握化学实验的基本操作。 这样我们在解题时就能根据题给条件(如 实验目的、仪器等)进行思考进而得出实 验过程如下题： （04 海淀区-28）某校化学课外活动 小组利用下面所提供的仪器装置和药品制 取 NaHCO3溶液，设计如下实验。实验室 提供的药品、仪器装置如下： 药品：2%NaOH 溶液 稀 HCl 稀 H2SO4 饱和 KHCO3溶液 浓 H2SO4 CaCO3固体 K2CO3粉末 仪器装置（如图所示）：请根据题目要求回答下列问题： （1）请按下表要求、填

7、写选择的装置和 药品。分项内容CO2发生装置（ X ）（随开随用，随关随停）除杂洗气装置（ Y ）制备产品装置（ Z ）选择的装置（填序号）选择的药品（填序号）（2）如何检验所选择的 CO2发生装置 （X）的气密性，请写出主要操作过程_ 。 （3）将装置按 X、Y、Z 顺序连接并检查 气密性后，当加入药品实验时，X 装置中 发生化学反应的离子方程式为 ，Y 装置中除去的杂质为_ _。 （4）常温下，向 Z 装置的 NaOH 溶液中 通入过量 CO2气体，其原因是_ ； 通入过量 CO2后，Z 装置内的溶液中离子 浓度大小顺序为_ _；若要保证 Z 装 置中不析出晶体（不考虑过饱和溶液问题） ，

8、NaOH 溶液最大浓度不能超过_ _%（质量分数） 。 附：有关物质在常温（20）时的溶解度化学式Na2CO3NaHCO3NaOHNaCI Na2SO4溶解度（g/100g H2O）21.39.6010735.819.4解析：依题意来看，本题主要考我们两 点：一是“随开随用，随关随停”这是对 启普发生器原理的描述：使用时，打开导 气管上的旋塞，球形漏斗中的液体进入容 器与固体反应，气体的流速可用旋塞调节。 停止使用时，关闭旋塞，容器中的气体压 力增大，将液体压回球形漏斗，使液体和 固体脱离接触，反应停止。常见简易启普 发生器类型：二是如何检查装 置的气密性：如右图 所示，把导管的一端 插到水里

9、，用手紧握 （必要时可双手同时用）容器的外壁。如果水中的导管口处有气泡冒出，松开手， 水在导管里形成了一段水柱，则装置的气 密性良好。只有气密性良好的装置才能进 行有关实验。 装置的气密性的检查，应用的是气体 体积热胀冷缩的物理原理。对下图 A 所示 的装置，要先向左边试管里加水封闭长颈 漏斗的下口后再检查；对下图 B 所示的装 置，要先向安全漏斗里加水封闭漏斗颈后 再检查；对下图 C 所示的装置，可先打开 导气管活塞向试管中加水封闭长颈漏斗的 下口，关闭导气管活塞，再向长颈漏斗中 加水后使之出现液面的压强差，通过观察 液面的变化，判断气密性的良好与否。另外，此题还有一个特点即利用表格 进行计

10、算，这也是如今实验与计算相融合 的体现。答案： （1）（2）方案 1：塞紧单孔塞，关闭开关，将 烧杯中加入一定量水使干燥管下端管口浸 没在水中，如果干燥管内外液面有一定高 度差，说明装置的气密性良好。 方案 2：塞紧单孔塞，关闭开关， 将烧杯中加入一定量水使干燥管下端管口 浸没在水中，如果用手捂住干燥管，管口 处出现少量气泡，松手后，干燥管下端管 口处出现一段水柱，说明装置的气密性良 好。 （其它方案合理均可） （3）CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + CO2+ H2O，HCl（或氯化氢） （4）使溶液中的 NaOH 完全转化为 NaHCO3 ；c(Na+)c(HCO3-)c(OH-)C

11、(H+) ；4.37在 02 年(全国)理综试卷中化学实验题提出了实验考试的新方向：利用演示实验 或学生实验、家庭小实验为出发点，进行 发散性思维能力测试。该题如下： (02 年全国，29)制取氨气并完成喷泉 实验(图中夹持装置均已略去)。 (1)写出实验室制取氨气的化学方程式：。 (2) 收集氨气 应使用 法，要得到干燥的氨气可选用 做干 燥剂。 (3)用图 1 装置进行喷泉实验，上部烧 瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是 。该实验的原理是 。 (4)如果只提供 如图 2 的装置，请 说明引发喷泉的方 法: 。 评析该题中前三小题较为简单，为基本 得分点，第四小题则起到画龙点睛的作用， 使

12、整个题目都活了起来：撤去滴管而引发 喷泉的方法，这一下打破学生的固有思维， 且答案是多样化的：可用手捂、用热毛巾 敷甚至可把装置摇动，只要能使烧瓶中氨 气溶解、气压减小均可即为答案开放性。 另外，开放性思维还可运用于判断或 比较实验仪器的利弊或优越性，如有学生 提出以图 12 装置代替书本中图 11 装置以 制取乙酸乙酯。从以上几例的分 析可以看出，开放性试题特别实验试题思 维容量大，有利于考查学生潜能和培养其 创造思维能力，培养学生创造意识和探索选择的装置（填序号）Fb选择的药品（填序号）精神，在今后高考理综实验中仍会体现开 放性思维，只要我们认真审题，挖掘已知 的知识点及其外在联系，运用所学知识定 能解决。