解析探究性試題 培育學(xué)科核心素養(yǎng)

浙江 方大學(xué)

科學(xué)探究活動(dòng)是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的一種方式，科學(xué)探究是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版)給化學(xué)探究活動(dòng)提出了明確的要求，即認(rèn)識(shí)科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)；能發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的問題；能從問題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)操作，能對(duì)觀察記錄的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行加工并獲得結(jié)論；能和同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，提出進(jìn)一步探究或改進(jìn)的設(shè)想；能尊重事實(shí)和證據(jù)，破除迷信，反對(duì)偽科學(xué)；養(yǎng)成獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神。

探究型試題涉及的知識(shí)一般為課內(nèi)知識(shí)，其中注重的是真實(shí)情境下研究問題、分析問題的過程和方法，設(shè)問點(diǎn)可以是問題的名稱，信息、數(shù)據(jù)整合與應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)過程的完善、分析、比較、評(píng)價(jià)和改進(jìn)，對(duì)給出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋(尤其是異?，F(xiàn)象的解釋),根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)未知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的大膽預(yù)測(cè)等。隨著課程改革和高考改革的進(jìn)行，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力、信息搜集與數(shù)據(jù)整合的應(yīng)用能力、探究能力將越來越被重視?，F(xiàn)結(jié)合高考試題對(duì)探究型試題的命題基本原則、呈現(xiàn)過程、常見題型進(jìn)行分析。

一、基本原則

(1)真實(shí)性原則：所設(shè)計(jì)的情境應(yīng)該源于真實(shí)的生產(chǎn)、生活、實(shí)驗(yàn)，不能憑空捏造。情境和有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)密切關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)探究性和實(shí)用性。

(2)科學(xué)性原則：要想某個(gè)實(shí)驗(yàn)更能夠說明問題，一般要設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)照性的實(shí)驗(yàn)；所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中的平行反應(yīng)，試劑的取用應(yīng)該是等量的；對(duì)多因素影響的實(shí)驗(yàn)，要研究某個(gè)因素的影響，要人為控制條件，使眾多變量中，只能在單因子的變量條件下探究等。

(3)體驗(yàn)性原則：讓學(xué)生經(jīng)歷探究的全過程或某些關(guān)鍵環(huán)節(jié)，再現(xiàn)一個(gè)從困頓到澄明的問題解決過程，在解題過程中認(rèn)識(shí)到科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，達(dá)到有效評(píng)價(jià)學(xué)生探究素養(yǎng)的目的。

二、探究過程

科學(xué)探究過程包括提出問題和假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、獲取證據(jù)、分析解釋或建構(gòu)模型、形成結(jié)論及交流評(píng)價(jià)等核心要素。教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生從問題和假設(shè)出發(fā)，明確研究目的，依據(jù)研究目的設(shè)計(jì)方案，基于證據(jù)進(jìn)行分析和推理。

三、常見題型

1.數(shù)據(jù)圖形分析探究型：(2017·北京·26·節(jié)選)TiCl4是由鈦精礦(主要成分為TiO2)制備鈦(Ti)的重要中間產(chǎn)物，制備純TiCl4的流程如圖1：

圖1

資料：TiCl4及所含雜質(zhì)氯化物的性質(zhì)

化合物SiCl4TiCl4AlCl3FeCl3MgCl2沸點(diǎn)/℃58136181(升華)3161 412熔點(diǎn)/℃-69-25193304714在TiCl4中的溶解性互溶———微溶難溶

(1)氯化過程：TiO2與Cl2難以直接反應(yīng)，加碳生成CO和CO2可使反應(yīng)得以進(jìn)行。

①沸騰爐中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)，氯化過程中CO和CO2可以相互轉(zhuǎn)化，根據(jù)圖2判斷：CO2生成CO反應(yīng)的ΔH________(填“>”“<”或“=”)0，判斷依據(jù)：_______。

②氯化產(chǎn)物冷卻至室溫，經(jīng)過濾得到粗TiCl4混合液，則濾渣中含有________。

(2)精制過程：粗TiCl4經(jīng)兩步蒸餾得純TiCl4。如圖3所示：

物質(zhì)a是____________，T2應(yīng)控制在____________。

【點(diǎn)評(píng)】本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握流程中發(fā)生的反應(yīng)、混合物分離提純?yōu)榻獯鸬年P(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋⒁夥磻?yīng)原理與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合。

備考建議：(1)觀察數(shù)據(jù)、圖形要全面、仔細(xì)；(2)結(jié)合原有知識(shí)，分析角度要全面；(3)影響變量要遵循“多定一變”的原則。

2.實(shí)驗(yàn)方案選擇評(píng)價(jià)型：(2017·江蘇·19)某科研小組采用如圖4方案回收一種光盤金屬層中的少量Ag(金屬層中其他金屬含量過低,對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響可忽略)。

(1)“氧化”階段需在80℃條件下進(jìn)行,適宜的加熱方式為____________。

(2)NaClO溶液與Ag反應(yīng)的產(chǎn)物為AgCl、NaOH和O2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________。

HNO3也能氧化Ag，從反應(yīng)產(chǎn)物的角度分析,以HNO3代替NaClO的缺點(diǎn)是____________。

(3)為提高Ag的回收率,需對(duì)“過濾Ⅱ”的濾渣進(jìn)行洗滌,并____________。

(4)若省略“過濾Ⅰ”,直接向冷卻后的反應(yīng)容器中滴加10%氨水,則需要增加氨水的用量,除因過量NaClO與NH3·H2O反應(yīng)外(該條件下NaClO3與NH3·H2O不反應(yīng)),還因?yàn)開___________。

(5)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)從“過濾Ⅱ”后的濾液中獲取單質(zhì)Ag的實(shí)驗(yàn)方案:____________(實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑有:2 mol·L-1水合肼溶液,1 mol·L-1H2SO4)。

(1)“氧化”階段需在80℃條件下進(jìn)行，不超過水的沸點(diǎn)，則適宜的加熱方式為水浴加熱，故答案為水浴加熱。

(3)為提高Ag的回收率，需對(duì)“過濾Ⅱ”的濾渣進(jìn)行洗滌，并將洗滌后的濾液合并入過濾Ⅱ的濾液中，減少Ag的損失。故答案為將洗滌后的濾液合并入過濾Ⅱ的濾液中。

(4)若省略“過濾Ⅰ”，直接向冷卻后的反應(yīng)容器中滴加10%氨水，則需要增加氨水的用量，除因過量NaClO與NH3·H2O反應(yīng)外(該條件下NaClO3與NH3·H2O不反應(yīng))，還因?yàn)槲催^濾掉的溶液會(huì)稀釋加入的氨水，且其中含有一定濃度的Cl-，不利于AgCl與氨水反應(yīng)。故答案為未過濾掉的溶液會(huì)稀釋加入的氨水，且其中含有一定濃度的Cl-，不利于AgCl與氨水反應(yīng)。

(5)由信息③可知，從“過濾Ⅱ”后的濾液中獲取單質(zhì)Ag的實(shí)驗(yàn)方案為向?yàn)V液中滴加2 mol·L-1水合肼溶液，攪拌使其充分反應(yīng)，同時(shí)用1 mol·L-1H2SO4溶液吸收反應(yīng)中放出的NH3，待溶液中無氣泡產(chǎn)生，停止滴加，靜置、過濾、洗滌、干燥。故答案為向?yàn)V液中滴加2 mol·L-1水合肼溶液，攪拌使其充分反應(yīng)，同時(shí)用1 mol·L-1H2SO4溶液吸收反應(yīng)中放出的NH3，待溶液中無氣泡產(chǎn)生，停止滴加，靜置、過濾、洗滌、干燥。

【點(diǎn)評(píng)】本題考查混合物分離提純，為高頻考點(diǎn)，把握流程中發(fā)生的反應(yīng)、混合物分離提純方法、實(shí)驗(yàn)技能為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋⒁庑畔⒌膽?yīng)用及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

備考建議：(1)根據(jù)題的要求，利用自己的知識(shí)，仔細(xì)分析流程圖中每步操作的實(shí)驗(yàn)原理和物料進(jìn)出。(2)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)劣評(píng)價(jià)的角度常見有綠色化學(xué)(環(huán)保)、原子經(jīng)濟(jì)、實(shí)驗(yàn)條件的可行性等。

向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸銀溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。

(1)檢驗(yàn)產(chǎn)物

①取少量黑色固體，洗滌后，(填操作和現(xiàn)象)，證明黑色固體中含有Ag。

②取上層清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，說明溶液中含有。

(2)針對(duì)“溶液呈黃色”，甲認(rèn)為溶液中有Fe3+，乙認(rèn)為鐵粉過量時(shí)不可能有Fe3+，乙依據(jù)的原理是(用離子方程式表示)。針對(duì)兩種觀點(diǎn)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)：

①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實(shí)了甲的猜測(cè)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色變淺、沉淀量多少與取樣時(shí)間有關(guān)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)記錄如下：

序號(hào)取樣時(shí)間/min現(xiàn)象ⅰ3產(chǎn)生大量白色沉淀;溶液呈紅色ⅱ30產(chǎn)生白色沉淀,較3 min時(shí)量少;溶液紅色較3 min時(shí)加深ⅲ120產(chǎn)生白色沉淀,較30 min時(shí)量少;溶液紅色較30 min時(shí)變淺

(資料：Ag+與SCN-生成白色沉淀AgSCN)

②對(duì)Fe3+產(chǎn)生的原因作出如下假設(shè)：

假設(shè)a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe3+；

假設(shè)b：空氣中存在O2，由于(用離子方程式表示)，可產(chǎn)生Fe3+；

假設(shè)d：根據(jù)現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag+，可產(chǎn)生Fe3+。

③下列實(shí)驗(yàn)Ⅰ可證實(shí)假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe3+的主要原因。實(shí)驗(yàn)Ⅱ可證實(shí)假設(shè)d成立。

實(shí)驗(yàn)Ⅰ：向硝酸酸化的溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時(shí)間取上層清液滴加KSCN溶液。3 min時(shí)溶液呈淺紅色，30 min后溶液幾乎無色。

實(shí)驗(yàn)Ⅱ：裝置如圖。其中甲溶液是________，操作及現(xiàn)象是________。

(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合方程式推測(cè)實(shí)驗(yàn)ⅰ～ⅲ中Fe3+濃度變化的原因：________。

【點(diǎn)評(píng)】本題涉及物質(zhì)的性質(zhì)探究，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾?，注意把握物質(zhì)的性質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和可行性的評(píng)價(jià)。

備考建議：(1)對(duì)于題中的異?，F(xiàn)象要根據(jù)自己的原有知識(shí)進(jìn)行大膽的排查、推測(cè)。(2)推測(cè)的正確性要靠實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，如果題中給出驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，要仔細(xì)分析其是否合理；如果題中沒給出驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，自己要設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。