構(gòu)建模型 化難為易
——以“江蘇化學(xué)高考第19題實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計”為例

王彥清

(江蘇省木瀆高級中學(xué) 215101)

一、提出問題

《2019年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試(選修科目)說明》中明確要求學(xué)生“能設(shè)計解決簡單化學(xué)問題的實(shí)驗(yàn)探究方案，能運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、閱讀資料等多種手段獲取證據(jù)，能基于證據(jù)推理形成探究結(jié)論，并運(yùn)用多種方式準(zhǔn)確地表達(dá)探究結(jié)果”，但是化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計的考題對于學(xué)生來說，得分率低，難度很大，學(xué)生覺得這類題目考查的綜合能力很強(qiáng)，很懼怕做這一類型的題目.因此，如何引導(dǎo)學(xué)生去設(shè)計正確的實(shí)驗(yàn)方案，并能正確運(yùn)用化學(xué)語言表達(dá)出來，同時引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時重視實(shí)際問題的探究，注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的綜合能力，提升學(xué)生的證據(jù)推理和科學(xué)探究能力，這是本文研究的主題.

1.考查形式

對江蘇省近5年高考化學(xué)卷中第19題的最后1小題的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計進(jìn)行了統(tǒng)計，結(jié)果見下表.

從近5年江蘇高考化學(xué)卷來看，考查形式、分值基本保持穩(wěn)定，考查形式主要考查制備型實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計，分值均為5分.因此引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案的要點(diǎn)，構(gòu)建模型，找到設(shè)計化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的策略.

年份考查內(nèi)容考查形式2015設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案提純K2FeO4提純型2016設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案制備MgCO3·3H2O制備型2017設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案從濾液中獲取單質(zhì)Ag制備型2018設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3制備型2019設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案由濾渣制備CaCl2溶液制備型

2.得分率低可能原因

(1)基礎(chǔ)不行，缺乏與之相關(guān)的基本的化學(xué)知識.

(2)有效信息的提取不行.

(3)思維的完整性、邏輯性不行.

(4)語言表達(dá)不規(guī)范.

(5)時間不夠，來不及做.

二、解決對策

實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計這類試題情境新穎，考查靈活，信息量大，但這只是表象，通過對實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計的本質(zhì)認(rèn)識，提煉形成認(rèn)知模型后能整體理解試題信息，通過類比思維，抓住實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計的本質(zhì)，運(yùn)用建構(gòu)的模型去解決問題，有助于提高學(xué)生的證據(jù)推理能力和模型認(rèn)知能力及創(chuàng)新能力，從而提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng).

在掌握實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計的基本知識前提下，從思維、信息、答題角度去構(gòu)建解答這類題目的基本模型.以2018年江蘇高考化學(xué)第19題(3)②為例，展示分析構(gòu)建過程.

例題以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2為原料可制備N2H4·H2O(水合肼)和無水Na2SO3.無水Na2SO3可由中間產(chǎn)物Na2CO3制備.邊攪拌邊向Na2CO3溶液中通入SO2制備NaHSO3溶液.請補(bǔ)充完整由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3的實(shí)驗(yàn)方案：____，用少量無水乙醇洗滌，干燥，密封包裝.

1.基本技能

(1)條件控制

條件控制描述試劑用量適量,稍過量,過量,估算量至大量沉淀產(chǎn)生至不再產(chǎn)生氣泡產(chǎn)生沉淀是否完全的檢驗(yàn)溫度控制反應(yīng)溫度控制結(jié)晶溫度控制干燥溫度控制pH控制反應(yīng)pH控制沉淀除雜pH控制

(2)操作方法

操作方法描述滴加試劑邊攪拌邊滴加滴加后攪拌,充分反應(yīng)結(jié)晶,過濾蒸發(fā)濃縮至晶膜出現(xiàn),降溫結(jié)晶,過濾蒸發(fā)濃縮至大量晶體析出,趁熱過濾洗蒸餾水,飽和溶液,乙醇洗滌2～3次洗滌完全檢驗(yàn)干燥低溫干燥真空干燥

2.構(gòu)建模型

(1)思維模型

通過對比試樣與目標(biāo)產(chǎn)品，從物質(zhì)轉(zhuǎn)化角度，分析從試樣如何到目標(biāo)產(chǎn)品，是制備？是提純？還是先制備，再提純？需不需除雜？怎么除雜？理清流程思路，定好方向：從試樣開始，先做什么，再做什么，為什么要這么做，最終得到目標(biāo)產(chǎn)品，構(gòu)建制備物質(zhì)的一般思維模型，主要是從實(shí)驗(yàn)原理方向去建立.

如何去構(gòu)建思維模型呢？筆者認(rèn)為可以通過高考中第16題的工業(yè)流程題去反復(fù)研究：分析每一步流程的作用是什么，為什么這樣去做；從原料到目標(biāo)產(chǎn)物自行先分析下，如果是你去設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，你會選擇怎樣的流程，為什么要這么做.雖然是不同的題型，但是原理是完全相通的，是從不同的角度去考查，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計的要求顯然更高，通過這樣的訓(xùn)練逐步去構(gòu)建你解答實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計的思維模型，有整體的框架意識.

(2)信息模型

根據(jù)題目中已知信息，圖表信息，必須選用的試劑等信息，隱藏在題目中，通過這些證據(jù)，分析推理，即基于證據(jù)的推理，提取有效信息，從而選擇正確的操作，提高學(xué)生的證據(jù)推理能力，建立對解答有幫助的信息模型，主要是從實(shí)驗(yàn)條件方向去建立.

由圖1分析需要制備Na2SO3溶液，必須控制“pH≈10”.“以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2為原料可制備N2H4·H2O(水合肼)和無水Na2SO3.”文字信息中用“NaOH”溶液來調(diào)節(jié)溶液的pH.

由圖2分析從Na2SO3溶液要得到無水Na2SO3首先必須控制溫度“不能低于34℃”；其次在高于34℃情況下，不能采用降溫結(jié)晶，因?yàn)樵诟哂?4℃情況下，“隨溫度升高溶解度下降”，那就要蒸發(fā)濃縮至大量晶體析出，趁熱過濾.

仔細(xì)收集題干信息，合理選擇操作方法，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，理清思路，在構(gòu)建好的整體框架中進(jìn)一步細(xì)化每一個步驟，使每個步驟既合理又嚴(yán)謹(jǐn)，有比較強(qiáng)的邏輯性.

3.答題模型

當(dāng)搭建好實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計的整體框架以后，補(bǔ)充完整操作細(xì)節(jié)，還需要用規(guī)范準(zhǔn)確的化學(xué)語言把設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案表述出來，這是實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計極為重要的一部分，對學(xué)生組織語言的能力及思維的邏輯性、完整性要求很高，為了很好的去完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計，從實(shí)驗(yàn)操作方法角度去建立典型的答題模型.

一般制備型實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計的常規(guī)描述：

用……洗滌2～3次，……干燥.

由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3的實(shí)驗(yàn)方案：向NaHSO3溶液中邊攪拌邊滴加NaOH溶液，至溶液pH約為10時停止滴加；將溶液蒸發(fā)至大量晶體析出，34 ℃以上趁熱過濾， 用少量無水乙醇洗滌，干燥，密封包裝.

化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的學(xué)習(xí)，不僅要通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程掌握物質(zhì)的分離、提純、檢驗(yàn)、制備等基本實(shí)驗(yàn)原理和操作，還要重視真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境下的問題解決.實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計這個題目較難，主要這是一個綜合性的考題，考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程的分析與理解，對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的判斷與預(yù)測，對實(shí)驗(yàn)條件的預(yù)測與優(yōu)化，對實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計與評價，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理和科學(xué)探究能力.通過上述例題分析，認(rèn)識實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)條件以及實(shí)驗(yàn)操作方法、規(guī)范表達(dá)等要素，建立認(rèn)知模型，構(gòu)建出解答這類題目的解題模型.