一道中考化學壓軸計算題的探究和啟示

周來友

摘 要：2016年全國各地中考化學計算題，可謂異彩紛呈，吸人眼球。涉及到的計算方法有平均值法、關系式法、極端假設法、守恒法、差量法、分類討論法、方程（組）法等等。這些計算題旨在引導師生注重思維方法的提煉，重視創新能力的培養，讓學生在經歷中考“計算風暴”洗禮的同時，感受化學計算的新奇和魅力，真正提高學生的計算水平。

關鍵詞：2016年；中考化學；壓軸計算題；探究和啟示

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1009-010X（2017）14-0045-04

一、問題的提出

將化學中考壓軸計算和實驗進行結合，是近幾年來中考化學壓軸計算題命題的一大亮點，也是中考中的一個難點。分析近幾年全國各省市中考化學試卷，發現這類試題越來越新穎，也越來越靈活，是對學生計算能力和實驗能力的一個很好的考察。但學生往往得分率很高，得高分率和滿分率卻很低。究其原因：一是學生在計算方面缺乏一定的解題技巧。對計算題的認識，還停留在只根據一個化學方程式列正比例的水平上，涉及到的反應多了，理不清頭緒。二是學生實驗能力較差。對實驗目的，實驗步驟，實驗細節理解不夠深刻，不能充分挖掘實驗的內涵和外延，只是對書本進行死記硬背，出現了一批“看實驗”、“記實驗” 、“背實驗”的考生。三是學生對從實驗中獲取信息，處理信息，運用信息解決實際問題的能力較差，不能從整體上把握題意，不能把題中信息前后聯系起來進行整合處理。四是由于受考試時間和考試空間的限制，學生心理素質較差，倉促應戰，盲目作答。下面，筆者以2016年福建省福州市中考化學試題的第17題為例進行分析說明。

二、對考題的解析

【題目】某固體粉末由Mg、MgO、Mg（OH）2中的一種或幾種組成.某化學小組為了探究該固體粉末的成分，設計如圖1所示的裝置（固定裝置省略）.

【信息資料】本實驗條件下，氫氣密度為0.09g/L.

【實驗過程】

步驟Ⅰ：檢查裝置氣密性，裝入藥品并連接儀器.

步驟Ⅱ：傾斜Y形管，使樣品充分反應，測得生成氣體的體積為55.6mL.

步驟Ⅲ：拆下裝置，往Y形管內殘余液中加入氫氧化鈉溶液，至不再生成沉淀.經過濾、洗滌和干燥后，稱得沉淀質量為2.90g.

【回答問題】

（1）該套裝置氣密性的檢驗方法是___.

（2）①使樣品與硫酸充分反應的正確操作是___（填標號）.

A.硫酸溶液轉移到樣品中；B.樣品轉移到硫酸溶液中.

②判斷樣品完全反應的現象___.

（3）根據實驗結果分析：

①通過步驟Ⅱ推斷，樣品中一定含有的物質是___.通過步驟Ⅲ計算，樣品中鎂元素的總質量為___.

②結論：該樣品中的成分是___.

【反思】

（4）該化學小組同學經過討論得出以下結論，正確的是___（填標號）.

A.利用該實驗方案，能計算出樣品中各物質的質量.

B.實驗前可通過樣品的質量估算硫酸溶液的質量，確保樣品完全反應.

C.僅稱量步驟Ⅱ中Y形管內藥品減輕的質量，即能計算出樣品中各物質的質量.

【解析】本題計算非常復雜，其意圖在于，通過用量氣法和沉淀法來測定混合物成分的實驗，考查學生運用“元素守恒”的觀點分析解決問題的能力，當然涉及到了“關系式法”和“極端假設法”這些高級的計算方法。盡管計算不要過程，但其思維方式堪稱一絕，在初中階段也算達到了登峰造極的程度，真是匠心獨運。下面，我們逐一作答。

第一問，把水準管下移一段距離，使水準管和量氣管中的水形成一定的液面差，如果一段時間后液面差保持不變，則說明裝置不漏氣；反之漏氣。

第二問，①選A，理由是如果樣品轉移到硫酸中，勢必造成有一小部分固體殘留在容器內壁上，這部分沒有反應掉。②判斷樣品完全反應的現象是Y形管中的固體全部消失，因為樣品是不溶于水的。

第三問，①通過步驟Ⅱ可知，有氣體產生，說明樣品中一定含有的物質是金屬鎂；通過步驟Ⅲ可知，氫氧化鎂沉淀質量為2.90g，根據其化學式用“守恒法”容易算出樣品中鎂元素的總質量為1.2g。

②結論：該樣品中的成分是Mg、MgO和Mg（OH）2。理由是：易求氫氣和單質鎂的質量分別為5×10-3g和6×10-2g。用守恒法或關系式法可求出單質鎂轉變成的氫氧化鎂質量為0.145g，不含單質鎂的剩余樣品轉化成的氫氧化鎂質量顯然是（2.90g-0.145g）=2.755g。剩余樣品總質量為（2.00g-6×10-2g）=1.94g。

假設剩余樣品同時含氧化鎂和氫氧化鎂，令氧化鎂質量為x，用“守恒法”可知它變成氫氧化鎂質量為x，剩余樣品含的氫氧化鎂不用轉化，其質量就是（1.94g-x）。

顯然x+（1.94g-x）=2.755g成立，解得氧化鎂質量x=1.811g，則氫氧化鎂質量為1.94g-1.81g=0.13g，基于這樣的分析，故樣品含有三種物質。

第四問答案選A、B。根據上一問的分析，選項A顯然成立；至于選B，沿用上面所得各成分數據進行估算當然可行，但很繁瑣，若用“極端假設法”估算較為簡單。

假設各種成分質量都等于2.00g，容易理解利用金屬鎂估算出的硫酸溶液質量最大，按此數據準備硫酸溶液的質量一定可以保證各成分完全反應掉。

【評注】仔細推敲，本題計算涉及到了守恒法，關系式法，（一般）假設法，方程（組）法，極端假設法.如果平時不注重實驗探究能力的培養，不注重解題方法的訓練和思維方法的提煉，解答本題必然陷入困境.

三、教學啟示

把化學實驗貫穿整個教學過程至關重要，畢竟化學是一門以實驗為基礎的科學，但掌握一些常見的解題技巧也不可忽視，尤其是計算技巧更應該牢固掌握。教材的很多實驗都是定性實驗，其目的是引導學生學習化學要重視實驗并親歷親為，要善于利用身邊的器材或替代品動手做實驗，通過實驗理解某些化學知識，或對某些化學知識進行科學探究。拓展教材已有的科學探究案例來組織教學，是培養學生科學探究能力的有效途徑。但從目前中考和實際教學對學生科學探究能力提出的要求來看，僅僅利用課內提供的素材來組織實驗探究教學還遠遠不夠，仍需從以下幾個方面進行大膽嘗試。

（一）利用現有教材，盡力多給學生動手做實驗的機會

在中考中，化學實驗探究是源于教材的，多數并不是教材內容的簡單再現，而是被專家們做了巧妙的處理，乍一看似曾相識，細一看是有變化的。有時以信息給予的形式呈現實驗探究的內容，貌似脫離了書本，極力去尋覓，也還是能夠在教材上找到一些痕跡的。縱觀近兩年全國各地中考試卷，處處都有教材的影子。因此，應該根據教材內容和本地區實際，盡量為學生自主探究動手做實驗創造條件。

學生在實驗過程中，會暴露很多問題，有很多問題不是我們教師能夠預測到的，可以說有的問題是非常寶貴的教學資源或是教學案例，如能予以重視并加以解決，定能有意想不到的收獲。如：我們在做氫氧化鈉性質的探究實驗時，同學們發現：氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液混合時，實驗現象出現了異常，試管內的沉淀有藍色的，有藍色絮狀的，有上方為藍色下方為淺藍色的，有淺藍綠色的，有藍色中夾雜白色的，有藍色中夾雜綠色的，有藍色中夾雜黑色的，有上方為藍色下方為黑色的，等等；沉淀上方的溶液顏色也不相同，有的是無色的，有的是藍色的，等等。面對這樣的結果，教室里學生們議論紛紛。此時，我趕緊拋出如下問題：①氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液混合一定產生氫氧化銅沉淀嗎？②各小組實驗現象既然不同，這說明了什么？你能猜想產生不同實驗現象的原因嗎？③如何配置氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液，才能較好地得到藍色絮狀氫氧化銅沉淀？通過出現異常實驗現象，創設問題情境來引起學生內心沖突，動搖了學生已有的認知結構的平衡狀態，從而喚起了思維，使學生進入問題探究者的角色，參與到探究活動來，學生的興趣被有效地調動起來。最后通過討論，大家認識到：反應物濃度不同，滴加順序不同，得到的產物也不相同；要想較好地得到藍色絮狀沉淀，應該控制氫氧化鈉和硫酸銅的質量比為1：2（或者是氫氧化鈉的量略微過一點）。

（二）注重課堂生成，帶著質疑做實驗

在利用教材提供的有限探究素材的基礎上，還應該注重課堂上的生成性資源，其中有不少可開發為新的科學探究素材。科學探究可在教學設計中預設，也可以隨課堂而生成。針對學習過程中產生的有價值問題，經過巧妙處理，都能成為新的探究素材。即便是有的問題沒有探究的必要，但也體現了一種學習態度，說明提問的學生并沒有滿足固有的結論，而在極力地尋求真理。這樣，我們獲得的知識，才能不斷完善和進步，否則就會停滯不前。

如：在春季理化加試前的訓練階段，當我們在做金屬鎂、鋅、銅活動性順序強弱的比較實驗時，有位學生發現：把鎂條不斷伸入到鹽酸中反應很激烈，試管口出現了白霧，反應不再發生后，就把試管放在了試管架上，可過了一段時間，這位學生發現試管內出現了白色沉淀。于是，他拿著試管找到了我，跟我說：“老師，鹽酸中加鎂條加多了試管口出現白霧，冷卻后又出現白色沉淀，這是怎么回事？”我一看機會難得，立即對全班學生說，今天的鎂條老師買單，各組完成鎂、鐵、銅的活動性順序比較實驗以后，向剛做過鎂條和少量鹽酸反應的試管中重新狠狠地放入鎂條，看看試管口有什么現象？待試管冷卻后再看看試管底部又有什么樣的現象發生？

話音剛落，教室里頓時沸騰起來，各小組比較完金屬鎂、鐵、銅的活動性順序以后，都爭著搶著重做鎂條和鹽酸反應的實驗，結果所有小組都發現試管口產生白霧，冷卻后試管底部出現了白色沉淀。此情此景，學生興奮，我也很激動。我追問道：把白色沉淀過濾出來，用蒸餾水洗凈后，先加入適量的稀硝酸，然后再加入幾滴硝酸銀溶液，預測一下可能會出現什么樣的實驗現象？白色沉淀含有哪些離子？說完，迅速組織學生從準備室拿出過濾器，藥品、鐵架臺等等，發放到各小組的實驗桌子上，學生們也很配合，大家有條不紊的繼續探究沉淀的成分，結合實驗現象，經過討論得出沉淀含有鎂離子、氯離子、氫氧根離子，最后我明確告訴學生沉淀叫做堿式氯化鎂，它不溶于水但溶于鹽酸、硫酸、硝酸等等，是一種鹽。這時下課鈴響了，我當場宣布：在剛才的實驗中，你認為白霧中可能含有什么物質？形成的原因是什么？如何設計實驗證明你的猜想？這些問題課下思考，下節課上課到臺前展示你的研究成果。聽完我的宣布，學生們情不自禁地鼓起了掌聲。當我走出教室的時候，有幾個學生跑著追了出來，跟我說，老師，今后這樣的課多上幾次多好呀！這說明什么？這說明注重課堂生成的教學資源，帶著學生的質疑做實驗，非常受學生的歡迎。遺憾的是我們老師很少有機會能把課把實驗上到學生的心坎里去，上到學生的心窩子里去。

（三）創設探究時空，鼓勵自主探究，提升學生的探究欲望

化學實驗探究需要時間和空間的支持，在有限的教學時空中，既要重視完成教材的探究活動，又不能放棄對學生探究過程及其新發現、新問題的關注。關注學生的探究成果，激勵學生開展自我探究，提升學生的探究欲望，在學生感興趣的探究過程中逐漸培養其探究能力。在這些方面，教師要盡自己的最大可能給予呵護，著力進行培養才是。

（四）通過定量實驗或半定量實驗培養學生對計算的興趣

計算和實驗結合壓軸題的出現和快速增多，標志著計算與實驗在教學中有著不可動搖的地位。縱觀全國各省市中考化學試卷，都有不同程度的具體體現。探究的方式是多方面的，其中對實驗的定量探究越來越受到出題者的青睞。這就需要教師一定要充分利用現有的教學資源，包括課后習題，中考典型試卷等等，開發和定量實驗和高中知識有關聯的探究題材。創設探究情境，和巧解巧算結合，不斷豐富實驗探究內容，從而把化學計算中常見的計算技巧落到實處。

如此一來，大多數學生都會對計算感興趣，因為遇見計算題，學生頭腦里就會想到和實驗結合，產生興趣，就會覺得學習計算是為了更好地完成實驗，可以探索實驗中出現的有趣的實驗現象和新的發現。因此，教師結合實驗或實驗題，指導學生學習化學中的巧解巧算，對提高學生的化學素養大有裨益，也一定會受到學生們的歡迎，何樂而不為呢。

結束語：通過對這道計算和實驗結合壓軸題的解析，我們不難看出，這類試題旨在挖掘學生的各種各樣的創新潛能，引導師生在計算和實驗結合的教學活動中，更加關注思維方法的提煉，重視創新思維能力的培養。讓學生在經歷中考洗禮的同時，感受化學計算和實驗結合的獨特魅力，全面提高學生的運算技巧和實驗探究水平，為以后升入高中打下堅實的基礎。我們應順應時代的發展，真正做到與時俱進，通過計算和實驗結合的形式，來培養學生學習化學的興趣，這或許是一條提高化學教學質量的有效途徑。