基于核心素養(yǎng)的高中化學實驗創(chuàng)新習題分析

摘

要：在高中化學學科教學中，大部分實驗都是對理論知識進行驗證。通過實驗，學生的創(chuàng)新思維得到了鍛煉。創(chuàng)新性的化學實驗習題突破了常規(guī)的實驗解題思路，需要學生加強對問題的觀察與思考，并轉換思維能力，形成探究意識?；诖?，文章以高中化學氧化還原反應為例，對高中化學實驗創(chuàng)新習題進行了分析。關鍵詞：高中化學;化學實驗;創(chuàng)新習題一、化學實驗操作裝置類題目過硫酸鈉（Na2S2O8）經常被當作漂白劑用于化學工業(yè)品的制作中，它的化學性質并不穩(wěn)定。在某一高中，化學研究小組正在對過硫酸鈉的性質進行研究，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，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：_____。帶火星的木條會產生哪些現象：____________。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：這道題主要考查學生對裝置操作的了解程度。第一小題是基礎性題目，考查學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，學生需要應用創(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。在課后的學習中，教師可以加入一些優(yōu)質的化學分析習題，能更好地幫助學生形成良好的學習思考習慣，對課間所學的知識進行回顧和復習。這提高了學生學習高中化學的自省和認知能力，同時也擴展和補充了教學知識的內容點。在第一小題中，根據SO3和氧氣的性質進行分析，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，進而將它轉化為固體，更好地收集SO3。然而根據Na2S2O8的分解原理進行思考，生成物中具有較多的氧氣，這就會出現木條的復燃現象。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。學生可以根據自己的創(chuàng)新性思維進行作答，確保回答符合操作流程，并注意操作中的不規(guī)范情況。二、化學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，制備K2FeO4。K2FeO4具有以下幾個性質：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，性質比較穩(wěn)定;第三，它能夠在Fe3+和Fe（OH）3的催化作用下，實現物質之間的作用，產生分解的現象;第四，在酸性到弱堿性之間，才能確保與水進行充分反應，進而生成Fe（OH）3和O2。1.觀察圖2，對裝置A中的物質反應進行分析，發(fā)現KMnO4與鹽酸產生反應，能生成MnCI2和Cl2，它的化學方程式為________，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中生成KCIO3。實驗操作者在不改變溶液濃度和體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.在粗產品中，含有KCl等多種雜質，考慮最佳實驗方案：_______________________________________。思考路徑分析：此題主要考查學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、物質的提純操作幾個方面，考查了學生的信息獲取能力，以了解學生對知識原理的掌握情況。在第一小題中，考查了基礎性的原理知識;在第二小題中，題目對基本條件進行了限制，讓學生對實驗采取的具體措施進行解答，學生可以根據自己的理解與操作，融入創(chuàng)新性的元素。第三小題讓學生自主設計提純的具體實驗方案，學生需要根據實驗進行自主規(guī)劃與設計，并根據自己的想法引入創(chuàng)新性元素。在第一小題中，KMnO4具有強氧化性，它能夠將鹽酸中的氯離子氧化為Cl2，結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，根據反應溫度條件，以及選擇的裝置設備情況進行分析，發(fā)現裝置C應放于冰水浴中，并應該充分利用原料降低通過氯氣的速率。在第三小題中，在K2FeO4粗產品中，含有Fe（OH）3、KCl等雜質，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。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，將容器上的物質去除，進而起到干燥的效果。三、化學實驗現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量。對此，實現了創(chuàng)新實驗設計，如表1所示。實驗小組在通過試驗對比后，根據實驗的具體現象和實施步驟，能得到哪些結論：__________________。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：這道題涉及了化學實驗的現象變化，考查學生根據實驗現象進行分析的能力，以及對問題的總結能力。學生可以根據化學反應變化進行判斷，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論。在這道題中，學生可以依據實驗中的現象，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、化學實驗創(chuàng)新設計類題目某一組高中生在實驗中，探究AgCI沉淀轉化為Ag2S的反應現象，并對每一個步驟進行了詳細記錄，如表2。為了對步驟3中的現象進行細致分析，思考白色沉淀出現的原因，設計了對比實驗（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中反應的化學方程式：___Ag2S+____NaCI+_____+______?AgCl+S+_____C中NaCl的作用是：_______________思考路徑分析：這道題根據步驟3的實驗操作現象設置了一個教學步驟，具有較強的創(chuàng)新性，對乳白色沉淀產生的原因進行了探究，并設置了對比實驗，讓學生根據第一組實驗中的現象，對第二組實驗的材料以及反應變化等方面的特征進行思考。在第一小題中，根據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，學生答題時需要結合第一組實驗，并對步驟三的現象和操作原理展開分析：裝置C中的反應物中存在氧氣，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，這就得出了未知反應物是氫氧化鈉。隨后，可以根據守恒定律進行推測，推測出未知物后，通過化合價的升降特點，將反應方程式補充完整。傳統(tǒng)文字灌輸式的教學方式，已遠遠不能滿足當下高中生對化學知識的期待，雖然大部分教師為了保證高中化學知識傳授的完整度，還是會以傳統(tǒng)式教學為主，但對高中生學習習慣的養(yǎng)成和良好的記憶習慣的形成而言，有很多不利因素。因此，教師要學會轉變思維習慣和授課方式，加入新型化學實驗教學方式，這對增加學生的化學知識很有效果。例如在高中化學課程“焰色反應”的教學中，如果教師單純以講授為主，學生就會減少對金屬性質的認知