基于核心素養(yǎng)的高中化學(xué)實驗創(chuàng)新習(xí)題分析

摘

要：在高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)中，大部分實驗都是對理論知識進行驗證。通過實驗，學(xué)生的創(chuàng)新思維得到了鍛煉。創(chuàng)新性的化學(xué)實驗習(xí)題突破了常規(guī)的實驗解題思路，需要學(xué)生加強對問題的觀察與思考，并轉(zhuǎn)換思維能力，形成探究意識。基于此，文章以高中化學(xué)氧化還原反應(yīng)為例，對高中化學(xué)實驗創(chuàng)新習(xí)題進行了分析。關(guān)鍵詞：高中化學(xué);化學(xué)實驗;創(chuàng)新習(xí)題一、化學(xué)實驗操作裝置類題目過硫酸鈉（Na2S2O8）經(jīng)常被當(dāng)作漂白劑用于化學(xué)工業(yè)品的制作中，它的化學(xué)性質(zhì)并不穩(wěn)定。在某一高中，化學(xué)研究小組正在對過硫酸鈉的性質(zhì)進行研究，具體的實驗如下：已知SO是一個無色無味并且容易揮發(fā)的物質(zhì)，它的熔點為16.8℃，沸點為44.8℃。具體的穩(wěn)定性探究裝置如圖1所示。分解原理：2Na2S2O8[=][△]2Na2SO4+2SO3↑+O2↑1.這個裝置（如圖1）有明顯的操作錯誤，請進行改正：____________。水槽中，采用冰水浴的主要目的是：_____。帶火星的木條會產(chǎn)生哪些現(xiàn)象：____________。2.如果在上述的溶液中，加入一定含量的BaCl2，并在過濾后，對沉淀進行洗滌，具體的操作是怎樣的？思考路徑分析：這道題主要考查學(xué)生對裝置操作的了解程度。第一小題是基礎(chǔ)性題目，考查學(xué)生能否判斷裝置操作中存在的問題以及是否了解裝置固定的目的。第二小題是創(chuàng)新思考題，這道題是一道開放性題目，學(xué)生需要應(yīng)用創(chuàng)新思維，用自己的想法進行答題，說出自己的具體操作流程。在課后的學(xué)習(xí)中，教師可以加入一些優(yōu)質(zhì)的化學(xué)分析習(xí)題，能更好地幫助學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)思考習(xí)慣，對課間所學(xué)的知識進行回顧和復(fù)習(xí)。這提高了學(xué)生學(xué)習(xí)高中化學(xué)的自省和認(rèn)知能力，同時也擴展和補充了教學(xué)知識的內(nèi)容點。在第一小題中，根據(jù)SO3和氧氣的性質(zhì)進行分析，在圖片中，試管口向上，存在操作性的錯誤，它需要向下傾斜。期間，SO3的熔點和沸點都能保持在0℃以上。冰水浴有利于將SO3進行冷卻，進而將它轉(zhuǎn)化為固體，更好地收集SO3。然而根據(jù)Na2S2O8的分解原理進行思考，生成物中具有較多的氧氣，這就會出現(xiàn)木條的復(fù)燃現(xiàn)象。在第二小題中，在進行沉淀洗滌期間，實驗操作人員需要利用玻璃棒將液體進行引流，蒸餾水需要完全過濾沉淀，并嘗試洗滌兩到三次。學(xué)生可以根據(jù)自己的創(chuàng)新性思維進行作答，確?；卮鸱喜僮髁鞒蹋⒆⒁獠僮髦械牟灰?guī)范情況。二、化學(xué)實驗原理類題目利用圖2中的裝置制備KCIO溶液。實驗操作人員有效利用KCIO溶液以及Fe（NO3）3溶液的反應(yīng)，制備K2FeO4。K2FeO4具有以下幾個性質(zhì)：第一，它溶于水，微溶于濃KOH溶液;第二，它在0～5℃的強堿性溶液中，性質(zhì)比較穩(wěn)定;第三，它能夠在Fe3+和Fe（OH）3的催化作用下，實現(xiàn)物質(zhì)之間的作用，產(chǎn)生分解的現(xiàn)象;第四，在酸性到弱堿性之間，才能確保與水進行充分反應(yīng)，進而生成Fe（OH）3和O2。1.觀察圖2，對裝置A中的物質(zhì)反應(yīng)進行分析，發(fā)現(xiàn)KMnO4與鹽酸產(chǎn)生反應(yīng)，能生成MnCI2和Cl2，它的化學(xué)方程式為________，而裝置B能夠發(fā)揮_______的作用。2.Cl2和KOH能在溫度較高的反應(yīng)中生成KCIO3。實驗操作者在不改變?nèi)芤簼舛群腕w積等基本條件的前提下，將溫度控制在0℃～5℃，實驗可以采取的措施為______________________________________________。3.在粗產(chǎn)品中，含有KCl等多種雜質(zhì)，考慮最佳實驗方案：_______________________________________。思考路徑分析：此題主要考查學(xué)生對實驗裝置和知識原理的了解。此題涉及了氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的提純操作幾個方面，考查了學(xué)生的信息獲取能力，以了解學(xué)生對知識原理的掌握情況。在第一小題中，考查了基礎(chǔ)性的原理知識;在第二小題中，題目對基本條件進行了限制，讓學(xué)生對實驗采取的具體措施進行解答，學(xué)生可以根據(jù)自己的理解與操作，融入創(chuàng)新性的元素。第三小題讓學(xué)生自主設(shè)計提純的具體實驗方案，學(xué)生需要根據(jù)實驗進行自主規(guī)劃與設(shè)計，并根據(jù)自己的想法引入創(chuàng)新性元素。在第一小題中，KMnO4具有強氧化性，它能夠?qū)Ⅺ}酸中的氯離子氧化為Cl2，結(jié)合得失電子守恒和原子守恒定律，進一步寫出離子方程式，故2MnO4-+16H++10Cl-=2Mn2++5Cl2↑+8H2O。根據(jù)HCl易溶于飽和食鹽水而氯氣并不容易分解，可知鹽酸具有揮發(fā)的作用。在第二小題中，根據(jù)反應(yīng)溫度條件，以及選擇的裝置設(shè)備情況進行分析，發(fā)現(xiàn)裝置C應(yīng)放于冰水浴中，并應(yīng)該充分利用原料降低通過氯氣的速率。在第三小題中，在K2FeO4粗產(chǎn)品中，含有Fe（OH）3、KCl等雜質(zhì)，實驗操作者運用砂芯漏斗將氫氧化鐵進行過濾，進而去除其中的雜質(zhì)。由于K2FeO4具有溶于水、微溶于KOH溶液的作用，因此可以將其放置到冰水浴中，將濾液裝置置于其中。隨后，需要操作者在濾液中加入飽和的KOH溶液，這樣才能在K2FeO4晶體中將KCl進行過濾去除。最后，通過過濾的形式，使用乙醇進行洗滌，將容器上的物質(zhì)去除，進而起到干燥的效果。三、化學(xué)實驗現(xiàn)象類題目在某高中實驗課堂上，某一小組對實驗過程中的酸堿性溶液展開探究，對不同溶液中的MnO2的氧化能力進行分析，并控制溶液的濃度和質(zhì)量。對此，實現(xiàn)了創(chuàng)新實驗設(shè)計，如表1所示。實驗小組在通過試驗對比后，根據(jù)實驗的具體現(xiàn)象和實施步驟，能得到哪些結(jié)論：__________________。如果在酸性條件下，MnO2迅速氧化的離子方程式為：_____________________________。思考路徑分析：這道題涉及了化學(xué)實驗的現(xiàn)象變化，考查學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象進行分析的能力，以及對問題的總結(jié)能力。學(xué)生可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)變化進行判斷，也可以通過創(chuàng)新思維，得出自己的想法，進而推得整個實驗的結(jié)論。在這道題中，學(xué)生可以依據(jù)實驗中的現(xiàn)象，分析碘濃度、碘的顏色等變化條件。碘這一液體，它的濃度與顏色具有密切的聯(lián)系，濃度越大，顏色也就會更深。這就說明，在實驗中碘元素的生成量比較多，對應(yīng)的條件也就是酸性強。在酸性的條件下，MnO2進一步還原成了正二價錳離子，碘離子也進行了還原，所以最后的方程式為：2I-+MnO2+4H+=I2+Mn2++2H2O。四、化學(xué)實驗創(chuàng)新設(shè)計類題目某一組高中生在實驗中，探究AgCI沉淀轉(zhuǎn)化為Ag2S的反應(yīng)現(xiàn)象，并對每一個步驟進行了詳細(xì)記錄，如表2。為了對步驟3中的現(xiàn)象進行細(xì)致分析，思考白色沉淀出現(xiàn)的原因，設(shè)計了對比實驗（如圖3所示）。1.在裝置A中，玻璃儀器有三種，分別是圓底燒瓶、導(dǎo)管以及_____，由上述信息，可以推測W試劑為_____。2.實驗表明：在C中的試劑會產(chǎn)生乳白色的沉淀，而B中的試劑并沒有具體變化。完成C中反應(yīng)的化學(xué)方程式：___Ag2S+____NaCI+_____+______?AgCl+S+_____C中NaCl的作用是：_______________思考路徑分析：這道題根據(jù)步驟3的實驗操作現(xiàn)象設(shè)置了一個教學(xué)步驟，具有較強的創(chuàng)新性，對乳白色沉淀產(chǎn)生的原因進行了探究，并設(shè)置了對比實驗，讓學(xué)生根據(jù)第一組實驗中的現(xiàn)象，對第二組實驗的材料以及反應(yīng)變化等方面的特征進行思考。在第一小題中，根據(jù)第二組實驗中的圖片可得知，裝置A中一共有三種儀器，分別是題目中所說的圓底燒瓶、導(dǎo)管，以及圖片中的分液漏斗。乳白色沉淀主要是兩個混合物的結(jié)合，分別是氯化銀以及硫。在裝置中，通過圖片反映裝置進行推測，能夠分析出A提供氧氣，再利用二氧化錳，可得知W是過氧化氫液體。在第二小題中，學(xué)生答題時需要結(jié)合第一組實驗，并對步驟三的現(xiàn)象和操作原理展開分析：裝置C中的反應(yīng)物中存在氧氣，而鈉離子并不能單獨存在，只能依靠氫氧化鈉的形式進行顯現(xiàn)，這就得出了未知反應(yīng)物是氫氧化鈉。隨后，可以根據(jù)守恒定律進行推測，推測出未知物后，通過化合價的升降特點，將反應(yīng)方程式補充完整。傳統(tǒng)文字灌輸式的教學(xué)方式，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)下高中生對化學(xué)知識的期待，雖然大部分教師為了保證高中化學(xué)知識傳授的完整度，還是會以傳統(tǒng)式教學(xué)為主，但對高中生學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成和良好的記憶習(xí)慣的形成而言，有很多不利因素。因此，教師要學(xué)會轉(zhuǎn)變思維習(xí)慣和授課方式，加入新型化學(xué)實驗教學(xué)方式，這對增加學(xué)生的化學(xué)知識很有效果。例如在高中化學(xué)課程“焰色反應(yīng)”的教學(xué)中，如果教師單純以講授為主，學(xué)生就會減少對金屬性質(zhì)的認(rèn)知