解析探究性試題 培育學科核心素養

浙江 方大學

科學探究活動是學生學習化學的一種方式，科學探究是化學學科核心素養的重要組成部分。《普通高中化學課程標準》(2017年版)給化學探究活動提出了明確的要求，即認識科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動；能發現和提出有探究價值的問題；能從問題和假設出發，依據探究目的設計并優化實驗方案，完成實驗操作，能對觀察記錄的實驗信息進行加工并獲得結論；能和同學交流實驗探究的結果，提出進一步探究或改進的設想；能尊重事實和證據，破除迷信，反對偽科學；養成獨立思考、敢于質疑和勇于創新的精神。

探究型試題涉及的知識一般為課內知識，其中注重的是真實情境下研究問題、分析問題的過程和方法，設問點可以是問題的名稱，信息、數據整合與應用，實驗過程的完善、分析、比較、評價和改進，對給出實驗現象的解釋(尤其是異常現象的解釋),根據實驗對未知實驗現象的大膽預測等。隨著課程改革和高考改革的進行，培養學生終身學習的能力、信息搜集與數據整合的應用能力、探究能力將越來越被重視。現結合高考試題對探究型試題的命題基本原則、呈現過程、常見題型進行分析。

一、基本原則

(1)真實性原則：所設計的情境應該源于真實的生產、生活、實驗，不能憑空捏造。情境和有價值的實驗密切關聯，體現探究性和實用性。

(2)科學性原則：要想某個實驗更能夠說明問題，一般要設計一個對照性的實驗；所設計的實驗中的平行反應，試劑的取用應該是等量的；對多因素影響的實驗，要研究某個因素的影響，要人為控制條件，使眾多變量中，只能在單因子的變量條件下探究等。

(3)體驗性原則：讓學生經歷探究的全過程或某些關鍵環節，再現一個從困頓到澄明的問題解決過程，在解題過程中認識到科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動，達到有效評價學生探究素養的目的。

二、探究過程

科學探究過程包括提出問題和假設、設計方案、實施實驗、獲取證據、分析解釋或建構模型、形成結論及交流評價等核心要素。教師應指導學生從問題和假設出發，明確研究目的，依據研究目的設計方案，基于證據進行分析和推理。

三、常見題型

1.數據圖形分析探究型：(2017·北京·26·節選)TiCl4是由鈦精礦(主要成分為TiO2)制備鈦(Ti)的重要中間產物，制備純TiCl4的流程如圖1：

圖1

資料：TiCl4及所含雜質氯化物的性質

化合物SiCl4TiCl4AlCl3FeCl3MgCl2沸點/℃58136181(升華)3161 412熔點/℃-69-25193304714在TiCl4中的溶解性互溶———微溶難溶

(1)氯化過程：TiO2與Cl2難以直接反應，加碳生成CO和CO2可使反應得以進行。

①沸騰爐中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)，氯化過程中CO和CO2可以相互轉化，根據圖2判斷：CO2生成CO反應的ΔH________(填“>”“<”或“=”)0，判斷依據：_______。

②氯化產物冷卻至室溫，經過濾得到粗TiCl4混合液，則濾渣中含有________。

(2)精制過程：粗TiCl4經兩步蒸餾得純TiCl4。如圖3所示：

物質a是____________，T2應控制在____________。

【點評】本題考查物質的制備實驗，為高頻考點，把握流程中發生的反應、混合物分離提純為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的考查，注意反應原理與實驗的結合。

備考建議：(1)觀察數據、圖形要全面、仔細；(2)結合原有知識，分析角度要全面；(3)影響變量要遵循“多定一變”的原則。

2.實驗方案選擇評價型：(2017·江蘇·19)某科研小組采用如圖4方案回收一種光盤金屬層中的少量Ag(金屬層中其他金屬含量過低,對實驗的影響可忽略)。

(1)“氧化”階段需在80℃條件下進行,適宜的加熱方式為____________。

(2)NaClO溶液與Ag反應的產物為AgCl、NaOH和O2，該反應的化學方程式為____________。

HNO3也能氧化Ag，從反應產物的角度分析,以HNO3代替NaClO的缺點是____________。

(3)為提高Ag的回收率,需對“過濾Ⅱ”的濾渣進行洗滌,并____________。

(4)若省略“過濾Ⅰ”,直接向冷卻后的反應容器中滴加10%氨水,則需要增加氨水的用量,除因過量NaClO與NH3·H2O反應外(該條件下NaClO3與NH3·H2O不反應),還因為____________。

(5)請設計從“過濾Ⅱ”后的濾液中獲取單質Ag的實驗方案:____________(實驗中須使用的試劑有:2 mol·L-1水合肼溶液,1 mol·L-1H2SO4)。

(1)“氧化”階段需在80℃條件下進行，不超過水的沸點，則適宜的加熱方式為水浴加熱，故答案為水浴加熱。

(3)為提高Ag的回收率，需對“過濾Ⅱ”的濾渣進行洗滌，并將洗滌后的濾液合并入過濾Ⅱ的濾液中，減少Ag的損失。故答案為將洗滌后的濾液合并入過濾Ⅱ的濾液中。

(4)若省略“過濾Ⅰ”，直接向冷卻后的反應容器中滴加10%氨水，則需要增加氨水的用量，除因過量NaClO與NH3·H2O反應外(該條件下NaClO3與NH3·H2O不反應)，還因為未過濾掉的溶液會稀釋加入的氨水，且其中含有一定濃度的Cl-，不利于AgCl與氨水反應。故答案為未過濾掉的溶液會稀釋加入的氨水，且其中含有一定濃度的Cl-，不利于AgCl與氨水反應。

(5)由信息③可知，從“過濾Ⅱ”后的濾液中獲取單質Ag的實驗方案為向濾液中滴加2 mol·L-1水合肼溶液，攪拌使其充分反應，同時用1 mol·L-1H2SO4溶液吸收反應中放出的NH3，待溶液中無氣泡產生，停止滴加，靜置、過濾、洗滌、干燥。故答案為向濾液中滴加2 mol·L-1水合肼溶液，攪拌使其充分反應，同時用1 mol·L-1H2SO4溶液吸收反應中放出的NH3，待溶液中無氣泡產生，停止滴加，靜置、過濾、洗滌、干燥。

【點評】本題考查混合物分離提純，為高頻考點，把握流程中發生的反應、混合物分離提純方法、實驗技能為解答的關鍵，側重分析能力和實驗能力的考查，注意信息的應用及實驗設計。

備考建議：(1)根據題的要求，利用自己的知識，仔細分析流程圖中每步操作的實驗原理和物料進出。(2)對實驗方案優劣評價的角度常見有綠色化學(環保)、原子經濟、實驗條件的可行性等。

向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸銀溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。

(1)檢驗產物

①取少量黑色固體，洗滌后，(填操作和現象)，證明黑色固體中含有Ag。

②取上層清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，產生藍色沉淀，說明溶液中含有。

(2)針對“溶液呈黃色”，甲認為溶液中有Fe3+，乙認為鐵粉過量時不可能有Fe3+，乙依據的原理是(用離子方程式表示)。針對兩種觀點繼續實驗：

①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測。同時發現有白色沉淀產生，且溶液顏色變淺、沉淀量多少與取樣時間有關，對比實驗記錄如下：

序號取樣時間/min現象ⅰ3產生大量白色沉淀;溶液呈紅色ⅱ30產生白色沉淀,較3 min時量少;溶液紅色較3 min時加深ⅲ120產生白色沉淀,較30 min時量少;溶液紅色較30 min時變淺

(資料：Ag+與SCN-生成白色沉淀AgSCN)

②對Fe3+產生的原因作出如下假設：

假設a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產生Fe3+；

假設b：空氣中存在O2，由于(用離子方程式表示)，可產生Fe3+；

假設d：根據現象，判斷溶液中存在Ag+，可產生Fe3+。

③下列實驗Ⅰ可證實假設a、b、c不是產生Fe3+的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設d成立。

實驗Ⅰ：向硝酸酸化的溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN溶液。3 min時溶液呈淺紅色，30 min后溶液幾乎無色。

實驗Ⅱ：裝置如圖。其中甲溶液是________，操作及現象是________。

(3)根據實驗現象，結合方程式推測實驗ⅰ～ⅲ中Fe3+濃度變化的原因：________。

【點評】本題涉及物質的性質探究，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，注意把握物質的性質以及實驗的嚴謹性和可行性的評價。

備考建議：(1)對于題中的異常現象要根據自己的原有知識進行大膽的排查、推測。(2)推測的正確性要靠實驗來驗證，如果題中給出驗證實驗，要仔細分析其是否合理；如果題中沒給出驗證實驗，自己要設計合理的實驗驗證。