對(duì)高考中化學(xué)史試題的分析與思考

單旭峰

化學(xué)史既是認(rèn)識(shí)史，又是方法史。學(xué)習(xí)化學(xué)史可以了解化學(xué)學(xué)科發(fā)展的規(guī)律，了解科學(xué)思想進(jìn)化的過程，意義非常重大[1]。著名化學(xué)家傅鷹說過“化學(xué)給人以知識(shí)，化學(xué)史給人以智慧”。化學(xué)史教育已成為當(dāng)前化學(xué)教育研究的一個(gè)熱點(diǎn)，無論是課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)還是在教材內(nèi)容的設(shè)計(jì)過程中，都注重把化學(xué)研究的艱難歷程以及化學(xué)家史傳展現(xiàn)給學(xué)生。課程標(biāo)準(zhǔn)指出“結(jié)合人類探索物質(zhì)及其變化的歷史及其化學(xué)科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)的基本原理和基本方法，形成科學(xué)的世界觀”，這就給化學(xué)史的教學(xué)和考試評(píng)價(jià)指出了方向。學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)史過程中，可以從中獲取豐富的知識(shí)，體驗(yàn)化學(xué)研究的艱辛和喜悅，了解科學(xué)研究的過程和基本方法，有利于形成科學(xué)的自然觀和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)課程的三維目標(biāo)。但在教學(xué)過程中，化學(xué)史教育仍然沒有得到足夠的重視。同樣作為中學(xué)化學(xué)教學(xué)重要評(píng)價(jià)方式的高考也沒有對(duì)化學(xué)史的考查給予足夠的重視。下面將總結(jié)分析以往的高考化學(xué)史試題，以期改進(jìn)該類試題的命題思路和考查方式，充分發(fā)揮其作用，推動(dòng)課程改革的實(shí)施[2]。

1 化學(xué)史的意義和作用

化學(xué)史具有豐富的教育和評(píng)價(jià)功能，在落實(shí)現(xiàn)代教育理念和化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)揮其獨(dú)特的作用。課程標(biāo)準(zhǔn)中從知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度價(jià)值觀三維目標(biāo)落實(shí)課程改革綱要精神。化學(xué)史的教育和評(píng)價(jià)意義可以從三維目標(biāo)的角度進(jìn)行分析[3][4][5]。

化學(xué)史可提供重要真實(shí)的化學(xué)事實(shí)、概念、原理及物質(zhì)重大發(fā)現(xiàn)的歷史發(fā)展，向?qū)W生傳遞化學(xué)知識(shí)體系的演變過程，有利于學(xué)生構(gòu)建自己的化學(xué)學(xué)科知識(shí)體系和培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科能力。例如元素周期律理論經(jīng)歷了貝萊納的“元素組”、尚古多的螺旋圖、邁爾的六元素表、紐蘭茲的八音律直至門捷列夫的系統(tǒng)周期表，在其形成過程中涉及大量的元素化合物知識(shí)。如果學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)這些化學(xué)史知識(shí)，就能構(gòu)建自己的元素化合物周期變化規(guī)律。

化學(xué)史可提供一個(gè)個(gè)典型的化學(xué)科學(xué)探究的案例，向?qū)W生展示科學(xué)研究方法，有利于提高其科學(xué)探究能力。稀有氣體化合物的合成中就利用了類比的方法。意大利青年科學(xué)家巴洛特利發(fā)現(xiàn)Xe的電離能與O2的相近，而O2與能與PtF6形成化合物O2PtF6，那么Xe也應(yīng)該具有同樣的性質(zhì)。按照此設(shè)想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了Xe的化合物—XePtF6。這一發(fā)現(xiàn)推翻了長(zhǎng)期流行的惰性氣體不能生成化合物的觀點(diǎn)，同時(shí)也推動(dòng)了稀有氣體化合物的迅速發(fā)展。再如在研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的過程中，在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上先后建立了道爾頓原子學(xué)說、湯姆遜的“葡萄干布丁”式原子模型、盧瑟福行星式含核原子模型、玻爾量子理論模型以及薛定諤量子力學(xué)原子模型等。在這些理論的形成過程中科學(xué)家運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)方法、模型方法、假說方法以及數(shù)學(xué)方法去描述原子結(jié)構(gòu)及其內(nèi)容運(yùn)動(dòng)規(guī)律。學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展史有利于學(xué)生用發(fā)展的眼光看待問題，領(lǐng)略研究問題的基本方法和思路，從中汲取營養(yǎng)，提高科學(xué)探究能力。

化學(xué)史可提供科學(xué)研究的曲折史實(shí)、科學(xué)家的高尚品質(zhì)、科學(xué)態(tài)度和人文精神，讓學(xué)生體驗(yàn)化學(xué)研究的艱辛和喜悅，培養(yǎng)其正確的世界觀和價(jià)值觀。例如氟單質(zhì)的制備是一部悲壯的歷史，為此許多科學(xué)家的身心健康遭受重大的打擊，甚至由此付出了生命，但是這些沒有嚇到那些追求真理的科學(xué)家，他們孜孜不倦地探索制備氟單質(zhì)的方法。功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過多次的失敗之后，莫瓦桑在1886年終于利用電解法制備出單質(zhì)氟。這段化學(xué)史有利于培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持不懈的科學(xué)精神。科學(xué)精神是無數(shù)科學(xué)家在科學(xué)活動(dòng)中代代傳承的巨大精神財(cái)富,是塑造完整人格、促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展不可或缺的重要內(nèi)容。下面分析高考中對(duì)化學(xué)史的考查，以期發(fā)揮化學(xué)史教育和評(píng)價(jià)應(yīng)有的功能。

2 高考化學(xué)史試題分析

2.1 直接考查化學(xué)歷史事件及人物，考查基本學(xué)科素養(yǎng)

例1【1986年第16題】十九世紀(jì)初，英國科學(xué)家_____提出了近代原子學(xué)說，意大利科學(xué)家____首先提出了分子的概念。

此題是第一次直接考試化學(xué)史的試題，由于之前高考中沒有考查化學(xué)史相關(guān)內(nèi)容，導(dǎo)致在教學(xué)過程中對(duì)化學(xué)史教育重視不夠，評(píng)價(jià)目標(biāo)只是學(xué)生對(duì)基本化學(xué)史實(shí)的記憶理解能力，因此其考查效果不是特別理想，導(dǎo)致此試題難度非常大（難度：0.05）。此類化學(xué)史試題是對(duì)學(xué)生的思維能力考查不是特別深入，只能對(duì)化學(xué)史教育起到一定的促進(jìn)作用，其根本目的是檢驗(yàn)和提高學(xué)生的基本科學(xué)素養(yǎng)。類似的試題出現(xiàn)在2001年上海卷中（例2），同樣是為提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)而設(shè)置的。此試題設(shè)置為選擇題，由于干擾項(xiàng)對(duì)應(yīng)的科學(xué)家均不是從事化學(xué)領(lǐng)域的科研工作，干擾作用不強(qiáng)，因而試題難度不大。

例2【2001年上海第5題】下列科學(xué)家中，為我國化學(xué)工業(yè)作出重大貢獻(xiàn)的是

A.鄧稼先 B.李四光C.華羅庚 D.侯德榜

2.2 將化學(xué)家、化學(xué)研究過程作為背景，考查學(xué)科研究方法

以門捷列夫?yàn)榇淼目茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)并完善了元素周期律，這是人類從化學(xué)角度認(rèn)識(shí)自然界的一個(gè)重要成果，它表明構(gòu)成千變?nèi)f化的化學(xué)元素本身也是具有一定的規(guī)律。它帶給我們的不僅是知識(shí)，還有對(duì)其研究使用的科學(xué)方法。例3是以當(dāng)年門捷列夫預(yù)測(cè)鍺的性質(zhì)為背景，考查了對(duì)元素周期律的應(yīng)用，實(shí)際上是呈現(xiàn)了歸納、演繹、分析推理等基本科學(xué)方法。此類試題向?qū)W生傳遞科學(xué)方法，有助于讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中去認(rèn)識(shí)和利用科學(xué)方法。科學(xué)方法是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和改造客觀世界的實(shí)踐活動(dòng)中總結(jié)出來的正確的思維方式和行為方式，是人們有效地認(rèn)識(shí)自然和改造自然的工具和手段。在科學(xué)研究中，科學(xué)方法被視作產(chǎn)生知識(shí)的“知識(shí)”，是由知識(shí)轉(zhuǎn)化能力的橋梁。

例3【2010年海南第10題】門捷列夫在描述元素周期表時(shí)，許多元素尚未發(fā)現(xiàn)，但他為第四周期的三種元素留下了空位，并對(duì)它們的一些性質(zhì)做了預(yù)測(cè)，X是其中的一種“類硅”元素，后來被德國化學(xué)家文克勒發(fā)現(xiàn)，并證實(shí)門捷列夫當(dāng)時(shí)的預(yù)測(cè)相當(dāng)準(zhǔn)確。根據(jù)元素周期律，下列有關(guān)X性質(zhì)的描述中錯(cuò)誤的是

A.X單質(zhì)不易與水反應(yīng)

B.XO2可被碳或氫還原為X

C.XCl4的沸點(diǎn)比SiCl4的高

D.XH4的穩(wěn)定性比SiH4的高

2.3 將某個(gè)化學(xué)問題或物質(zhì)的研究過程作為背景，考查科學(xué)探究能力

利用化學(xué)史料進(jìn)行中學(xué)化學(xué)教學(xué)可開拓學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域，讓體驗(yàn)科學(xué)探究過程，形成優(yōu)秀的科學(xué)品質(zhì)和科學(xué)精神，提高科學(xué)探究能力。這對(duì)于倡導(dǎo)科學(xué)探究的新課程而言，加強(qiáng)化學(xué)史教育無疑是提高科學(xué)探究能力的一種重要手段。在試題中運(yùn)用化學(xué)史料展現(xiàn)整個(gè)科學(xué)研究的過程，讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究所使用的科學(xué)思維和科學(xué)方法，可以幫助他們提高提出問題、猜想和假設(shè)、學(xué)生形成結(jié)論、評(píng)價(jià)與反思等基本能力，提高科學(xué)探究和實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

隨著新的理論、新的技術(shù)發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)的研究不斷加深。例如對(duì)苯的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是一個(gè)不斷加深的過程。在苯發(fā)現(xiàn)初期，科學(xué)家不能認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)，只能了解其元素組成與基本的化學(xué)性質(zhì)；隨后凱庫勒根據(jù)其組成和化學(xué)性質(zhì)，提出了單雙鍵交替的環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)；之后化學(xué)家開始利用先進(jìn)的分子結(jié)構(gòu)理論認(rèn)識(shí)和解釋苯分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。例4正是以苯的發(fā)現(xiàn)以及結(jié)構(gòu)理論的不斷發(fā)展為背景，向?qū)W生展現(xiàn)近一百多年來對(duì)苯分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究過程。這種考查方式有利于學(xué)生了解科學(xué)研究的過程，深入領(lǐng)悟科學(xué)研究的方法，有助于提高其科學(xué)探究能力。

例4【2004年上海第28題】人們對(duì)苯的認(rèn)識(shí)有一個(gè)不斷深化的過程。

（1）1834_年德國科學(xué)家米希爾里希，通過蒸餾安息香酸（和石灰的混合物得到液體，命名為苯，寫出苯甲酸鈉與堿石灰共熱生成苯的化學(xué)方程式_________；

（2）由于苯的含碳量與乙炔相同，人們認(rèn)為它是一種不飽和烴，寫出C6H6的一種含叁鍵且無支鏈鏈烴的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式__，苯不能使溴水褪色，性質(zhì)類似烷烴，任寫一個(gè)苯發(fā)生取代反應(yīng)的化學(xué)方程式__；

（3）烷烴中脫水2 mol氫原子形成1 mol雙鍵要吸熱，但1,3—環(huán)己二烯脫去2 mol氫原子變成苯卻放熱，可推斷苯比1,3—環(huán)己二烯___（填穩(wěn)定或不穩(wěn)定）；

（4）1866年凱庫勒（圖1）提出了苯的單、雙鍵交替的正六邊形平面結(jié)構(gòu)，解釋了苯的部分性質(zhì)，但還有一些問題尚未解決，它不能解釋下列事實(shí)（填入編號(hào)）__；

圖1

a.苯不能使溴水褪色

b.苯能與H2發(fā)生加成反應(yīng)

c.溴苯?jīng)]有同分異構(gòu)體

d.鄰二溴苯只有一種

（5）現(xiàn)代化學(xué)認(rèn)為苯分子碳碳之間的鍵是___。

研究高效、綠色的物質(zhì)合成方法一直是化學(xué)家奮斗的目標(biāo)之一。對(duì)純堿的工業(yè)生產(chǎn)的研究道路曲折而又充滿著艱辛。例5就是純堿的生產(chǎn)為背景，考查了對(duì)純堿的工業(yè)制法的歷史演變研究過程，并比較了不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)。最早生產(chǎn)純堿的方法是路布蘭法，其缺點(diǎn)原料利用不充分，成本較高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等。于是比利時(shí)人索爾維對(duì)其進(jìn)行研究，發(fā)明了氨堿法，解決了路布蘭法的缺點(diǎn)。而氨堿法存在食鹽利用率不高且副產(chǎn)品氯化鈣難以利用等問題。我國的化工專家侯德榜對(duì)氨堿法進(jìn)行了改進(jìn)，將氨堿法與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)。這種生產(chǎn)的工藝體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性，是綜合利用原料、降低成本、減少環(huán)境污染和典型代表。

例5【2011年海南第20—II題】工業(yè)上可用食鹽和石灰石為主要原料，經(jīng)不同的方法生產(chǎn)純堿。請(qǐng)回答下列問題：

（1）路布蘭法是以食鹽、石灰石、濃硫酸、焦炭為原料，在高溫下進(jìn)行煅燒，再浸取、結(jié)晶而制得純堿。

①食鹽和濃硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為____；

②硫酸鈉和焦炭、石灰石反應(yīng)的化學(xué)方程式為____（已知產(chǎn)物之一為CaS）；

（2）氨堿法的工藝如圖2所示，得到的碳酸氫鈉經(jīng)煅燒生成純堿。

圖2 氨堿法示意圖

①圖中的中間產(chǎn)物C是____，D是____（寫化學(xué)式）；

②裝置乙中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為____；

（3）聯(lián)合制堿法是對(duì)氨堿法的改進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)是_；

（4）有人認(rèn)為碳酸氫鉀與碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)相似，故也可用氨堿法以氯化鉀和石灰石等為原料制碳酸鉀。請(qǐng)結(jié)合圖3的溶解度（S）隨溫度變化曲線，分析說明是否可行？_____。

圖3

2.4 將中國傳統(tǒng)科技領(lǐng)域的成果融入試題，滲透情感態(tài)度與價(jià)值觀的教育

課程標(biāo)準(zhǔn)中指出要“熱愛家鄉(xiāng)，熱愛祖國，樹立為中華民族復(fù)興、為人類文明和社會(huì)進(jìn)步而努力學(xué)習(xí)化學(xué)的責(zé)任感和使命感”。例5中除了體現(xiàn)對(duì)純堿的制備方法的演變過程進(jìn)行考查之外，引入中國近代偉大的化工專家侯德榜先生的對(duì)制堿工業(yè)的巨大貢獻(xiàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，有利于形成正確的情感、態(tài)度和價(jià)值觀。其實(shí)中國古代在冶金、火藥、造紙、釀造以及制陶方面的工藝達(dá)到世界領(lǐng)先水平。對(duì)這些內(nèi)容考查，有利于學(xué)生了解中國古代在科技領(lǐng)域的巨大成就以及在近代化學(xué)領(lǐng)域的一些基本情況，引導(dǎo)加入到學(xué)生為祖國科技研究的隊(duì)伍中，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，促進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生熱愛祖國的品質(zhì)。例6對(duì)這種思路進(jìn)行了有益的嘗試。該題是以目前采用“濕法”工藝冶煉鋅為主要考查內(nèi)容，在最后一問就是以明朝《天工開物》中有關(guān)“火法”冶煉鋅的工藝，考查用化學(xué)方程式表示這一過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化。

例6【2014年海南第20—II題】鋅是一種應(yīng)用廣泛的金屬，目前工業(yè)上主要采用“濕法”工藝冶煉鋅。某含鋅礦的主要成分為ZnS（還含少量FeS等其他成分），以其為原料冶煉鋅的工藝流程如圖4所示。

回答下列問題：

（1）硫化鋅精礦的焙燒在氧氣氣氛的沸騰爐中進(jìn)行，所產(chǎn)生焙砂的主要成分的化學(xué)式為__。

（2）焙燒過程中產(chǎn)生的含塵煙氣可凈化制酸，該酸可用于后續(xù)的__操作。

（3）浸出液“凈化”過程中加入的主要物質(zhì)為__，其作用是__。

（4）電解沉積過程中的陰極采用鋁板，陽極采用Pb-Ag合金惰性電極，陽極逸出的氣體是__。

（5）改進(jìn)的鋅冶煉工藝，采用了“氧壓酸浸”的全濕法流程，既省略了易導(dǎo)致空氣污染的焙燒過程，又可獲得一種有工業(yè)價(jià)值的非金屬單質(zhì)?！把鯄核峤敝邪l(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為__。

圖4

（6）我國古代曾采用“火法”工藝冶煉鋅。明代宋應(yīng)星著的《天工開物》中有關(guān)于“升煉倭鉛”的記載：“爐甘石十斤，裝載入一泥罐內(nèi)，……，然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發(fā)火煅紅，……，冷淀，毀罐取出，……，即倭鉛也?！痹摕掍\工藝過程主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為__。（注：爐甘石的主要成分為碳酸鋅，倭鉛是指金屬鋅）

3 對(duì)今后化學(xué)史考查的思考

由上述分析可以看出，涉及化學(xué)史的高考試題在一定程度上體現(xiàn)了現(xiàn)代教育的理念，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，對(duì)化學(xué)史的教學(xué)沒有起到促進(jìn)作用。很多教師認(rèn)為化學(xué)史只是試題的背景材料，與學(xué)生的知識(shí)和能力考查沒有關(guān)系，學(xué)生是否掌握化學(xué)史知識(shí)對(duì)考試成績(jī)沒有影響，因此在教學(xué)過程對(duì)化學(xué)史教育沒有給予足夠的重視。這是因?yàn)檫@部分教師還沒有充分認(rèn)識(shí)化學(xué)史教育的重要的作用和意義，認(rèn)為加強(qiáng)化學(xué)史教學(xué)工作會(huì)耽誤學(xué)習(xí)的時(shí)間，對(duì)學(xué)習(xí)的成績(jī)的提高沒有顯著的作用。在今后的教研過程中應(yīng)糾正這種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，同時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧┐龠M(jìn)化學(xué)史的教學(xué)，充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用[5]。

與此同時(shí)，高考化學(xué)應(yīng)該研究化學(xué)史考查的問題，積極引導(dǎo)中學(xué)化學(xué)史教育和評(píng)價(jià)。這其中重要的措施是在今后的高考中應(yīng)編制優(yōu)秀的化學(xué)史試題，除了實(shí)現(xiàn)其基本的測(cè)量甄別功能之外，還應(yīng)注重傳遞科學(xué)思想和方法以及表達(dá)正確的情感態(tài)度價(jià)值觀，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)發(fā)展過程中的科學(xué)事實(shí)、科學(xué)方法及科學(xué)思想及科學(xué)精神的了解；讓學(xué)生用辯證發(fā)展的思想去看待化學(xué)發(fā)展史的每個(gè)階段的成果，將知識(shí)與技能、過程與方法以及情感、態(tài)度價(jià)值觀融合在一起，進(jìn)行科學(xué)精神、人文精神的教育，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。這些既是新時(shí)期化學(xué)課程目標(biāo)的基本思路，又是以后高考化學(xué)內(nèi)容和能力考查改革的基本方向。

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