例析科學(xué)探究題的解題流程

張正凱

(甘肅省白銀市平川中恒學(xué)校)

高考對(duì)于學(xué)生的科學(xué)探究能力要求越來(lái)越高,學(xué)生需要具備基本的解題素養(yǎng),在掌握試題的基礎(chǔ)上,利用一定的解題流程逐步解答問(wèn)題.科學(xué)探究類試題涉及的問(wèn)題開(kāi)放性較強(qiáng),為學(xué)生學(xué)識(shí)和能力的展示提供了平臺(tái),但在解答此類試題時(shí)還是要遵循一定的流程,才能提高試題解答的質(zhì)量和效率.

1 必備知識(shí)

科學(xué)探究類試題本質(zhì)上是考查學(xué)生對(duì)元素及其化合物知識(shí)、化學(xué)反應(yīng)原理的掌握情況,同時(shí)運(yùn)用邏輯思維能力和創(chuàng)新意識(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析解決.筆者通過(guò)對(duì)近幾年高考化學(xué)試題中的科學(xué)探究題進(jìn)行分析,總結(jié)歸納出了解答此類試題需要具備的必備知識(shí).首先,掌握一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí),高中化學(xué)知識(shí)中包含的基本實(shí)驗(yàn)操作有蒸發(fā)、結(jié)晶、過(guò)濾、升華、蒸餾、萃取、分液等,學(xué)生不僅要掌握這些操作的注意事項(xiàng),還要知道常見(jiàn)物質(zhì)的提純、除雜等實(shí)驗(yàn)中使用的實(shí)驗(yàn)操作及常見(jiàn)誤差分析等;其次,所掌握的化學(xué)知識(shí)要有較強(qiáng)的實(shí)踐性,化學(xué)知識(shí)來(lái)源于生活生產(chǎn)也要應(yīng)用于生活生產(chǎn),在平時(shí)的學(xué)習(xí)中,學(xué)生要深化理解教材中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理,并能據(jù)此對(duì)相關(guān)的陌生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究分析,能應(yīng)用化學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案提出改進(jìn)或優(yōu)化策略等;再次,在高中化學(xué)階段要培養(yǎng)自身的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng),對(duì)定量實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)行定量和定性的綜合分析,既能有效提取解題信息,又能正確處理所涉及的數(shù)據(jù),盡量降低實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中產(chǎn)生錯(cuò)誤的概率;最后,要掌握規(guī)范的答題格式,正確使用化學(xué)術(shù)語(yǔ),能體現(xiàn)出科學(xué)、等量、單一變量與對(duì)照性等實(shí)驗(yàn)原則,提高答案的邏輯性和科學(xué)性.

2 流程解讀

在高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題中,試題的背景往往是一個(gè)化學(xué)問(wèn)題或某種化學(xué)現(xiàn)象,在未知結(jié)果的情況下要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案等進(jìn)行探究,因此,解答此類試題的關(guān)鍵是了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程,或提出科學(xué)的假設(shè)并準(zhǔn)確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果.實(shí)驗(yàn)探究類試題主要包括物質(zhì)組成探究型、物質(zhì)性質(zhì)探究型及反應(yīng)規(guī)律和原理探究型3種題型,隨著新高考制度和核心素養(yǎng)的提出,試題的命題形式更加靈活多變,綜合性和創(chuàng)新力度都有所加強(qiáng),對(duì)學(xué)生的發(fā)散思維和遷移應(yīng)用能力提出了較高的要求,是每年高考的必考題,但同時(shí)也是學(xué)生容易丟分的試題.

探究類試題即對(duì)未知事物進(jìn)行科學(xué)探索,需要學(xué)生對(duì)未知進(jìn)行大膽猜想和論證.首先,解讀所給問(wèn)題或情境,發(fā)現(xiàn)其中涉及的化學(xué)問(wèn)題,進(jìn)而明確試題的要求和涉及的反應(yīng)原理;其次,聯(lián)系相關(guān)化學(xué)知識(shí),依據(jù)反應(yīng)原理大膽提出科學(xué)合理的假設(shè)或猜想;再次,設(shè)計(jì)驗(yàn)證假設(shè)或猜想的實(shí)驗(yàn)方案,尋求假設(shè)或猜想正確與否的證據(jù);然后,設(shè)計(jì)實(shí)施方案的具體實(shí)驗(yàn)操作步驟,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作;最后,記錄實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù),通過(guò)總結(jié)和分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.此外,除了以上流程,有的試題在最后還會(huì)涉及對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)和反思,往往涉及誤差分析或綠色化學(xué)等知識(shí).學(xué)生在扎實(shí)掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上,依據(jù)以上流程解析試題,結(jié)合題給信息認(rèn)真分析所設(shè)問(wèn)題,必能提高解題的準(zhǔn)確率.

3 例題精析

例某化學(xué)實(shí)驗(yàn)小組為了探究氨的還原性和氧化性,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案.

實(shí)驗(yàn)1:探究氨氣的還原性,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.

圖1

已知:ⅰ.Mg(OH)2可代替消石灰與氯化銨在加熱條件下反應(yīng),生成NH3和堿式氯化鎂[Mg(OH)Cl];ⅱ.Cu2O呈紅色,在酸性溶液中不穩(wěn)定,歧化為Cu、Cu2＋.

(1)裝置A 中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)________,裝置D 的作用是________.

(2)反應(yīng)結(jié)束后,裝置C 中的氧化銅完全轉(zhuǎn)化為紅色固體.為探究紅色固體的成分,進(jìn)行如表1所示實(shí)驗(yàn)探究.

表1

實(shí)驗(yàn)2:探究氨氣的氧化性,實(shí)驗(yàn)裝置如圖2.

圖2

已知:ⅲ.2Al＋2NH32AlN＋3H2;ⅳ.氯化鋁性質(zhì)穩(wěn)定,基本不與水、酸反應(yīng),加熱時(shí)溶于濃堿溶液產(chǎn)生NH3.按圖2所示連接好裝置,檢查裝置氣密性,打開(kāi)分液漏斗活塞,待裝置中空氣排盡后再點(diǎn)燃H 處酒精燈.

(3)用平衡移動(dòng)原理解釋裝置F 中產(chǎn)生NH3的原因:_______.

(4)H 處反應(yīng)完全時(shí)的現(xiàn)象為_(kāi)________.

(5)將H 中固體冷卻后移至燒杯中,加入_________溶解、_________(填操作)、洗滌、干燥,即可得到純凈的氮化鋁.

解析由題意知,本題涉及探究氨的還原性和氧化性2個(gè)實(shí)驗(yàn),在探究氨氣的還原性實(shí)驗(yàn)中涉及的反應(yīng)原理是氨氣與氧化銅發(fā)生的氧化還原反應(yīng),通過(guò)觀察盛有氧化銅的硬質(zhì)玻璃管中的現(xiàn)象,以及稱量硬質(zhì)玻璃管在反應(yīng)前后的質(zhì)量變化進(jìn)行驗(yàn)證,包括氨氣的制取、干燥、尾氣的收集等操作;而探究氨氣的氧化性實(shí)驗(yàn)中涉及的反應(yīng)原理是氨氣與鋁粉的氧化還原反應(yīng),通過(guò)觀察盛有鋁粉的硬質(zhì)玻璃管中的現(xiàn)象進(jìn)行驗(yàn)證,同樣包括氨氣的制取、干燥和尾氣的收集等操作.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),是一道定性和定量相結(jié)合的綜合類探究題.考查的知識(shí)點(diǎn)包括化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、安全操作、平衡移動(dòng)原理、實(shí)驗(yàn)分析、基本實(shí)驗(yàn)操作等.

(1)已知Mg(OH)2可代替消石灰與氯化銨在加熱條件下反應(yīng),生成 NH3和堿式氯化鎂[Mg(OH)Cl],故裝置A 中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

裝置D 是一個(gè)安全瓶,能防止倒吸.

(2)①常溫下,與稀硫酸不發(fā)生反應(yīng)的是銅.②溶液變藍(lán)說(shuō)明有CuSO4生成,則紅色固體中一定含有Cu2O,可能含有Cu.③6.4g 固體是單質(zhì)銅,n(Cu)＝0.1mol.設(shè)10.4g紅色固體中含有Cu、Cu2O 的物質(zhì)的量分別為x、y,根據(jù)反應(yīng)

(3)裝置F中的反應(yīng)物是濃氨水和生石灰,生石灰可與濃氨水中的水發(fā)生反應(yīng)并放出熱量,不僅降低了氨氣的溶解度,還使NH3·H2O 發(fā)生分解反應(yīng)生成NH3和H2O;此外,生石灰與水的反應(yīng)還使得氨水中的溶劑減少,促使平衡NH3＋H2O?NH3·H2O向左移動(dòng),有利于NH3的逸出.

(4)已知2Al＋2NH32AlN＋3H2,由于NH3極易溶于水,而H2難溶于水,反應(yīng)過(guò)程中裝置J中將觀察到有氣泡冒出,所以當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行完全時(shí),裝置J中將不再產(chǎn)生氣泡.

(5)裝置H 中的固體含有生成的氮化鋁和沒(méi)有反應(yīng)的鋁粉,氮化鋁不溶于酸,因此可以選用稀鹽酸或稀硫酸等將固體中的鋁粉除去,再經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、干燥操作,即可得到純凈的氮化鋁.

實(shí)驗(yàn)探究題在每年的高考中都會(huì)涉及,學(xué)生只要克服心理壓力,在平時(shí)的學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)中儲(chǔ)備一定量的基礎(chǔ)知識(shí),按照一定的解題流程,發(fā)揮自身的獨(dú)立思考能力、發(fā)散思維能力、知識(shí)遷移能力和創(chuàng)新能力,就能在考場(chǎng)上贏得勝利,獲得階段性的成功.

(完)