2020年高考化學實驗綜合題特點分析及2021年新高考復習備考建議

福建 陳女婷 洪茲田

2020年高考全國卷中出現的三道化學實驗綜合題和2021年適應性考試福建卷中出現的一道化學實驗綜合題，試題情境素材整體陌生度均不大，考查基本實驗知識的遷移；將實驗探究與元素化合物、化學反應原理等內容高度融合，對學生的思維素質、信息提取與整合能力等要求較高。筆者根據這四道化學實驗綜合題的命題特點，提出實驗復習教學的備考策略，同時結合經典案例進行分析，希望對2021年新高考實驗復習備考有所幫助。

一、2020年高考全國卷和2021年適應性考試福建卷實驗綜合題特點分析

2020年全國卷ⅠT272020年全國卷ⅡT272020年全國卷ⅢT262021年適應性考試福建卷T12對四道題的整體評價情境素材立足原電池本質考查“不同價態的鐵的氧化還原能力”的探究實驗考查應用化學實驗方法制備可用作食品防腐劑的有機物苯甲酸及利用氧化還原滴定原理測定苯甲酸純度考查應用化學實驗方法制備KClO3和NaClO 等在殺菌、消毒及化工領域應用廣泛的含氧酸鹽考查驗證AgI沉淀的生成會使I2的氧化能力增強,可將Fe2+氧化的實驗探究試題情境學生較為熟悉,體現化學學科在實現物質轉化及化學物質在提升人類生活品質方面的應用必備知識和關鍵能力的考查第(1)問考查FeSO4溶液配制;第(3)問考查原電池中已知電流方向推測陽離子的移動方向;第(5)問考查電極反應式的書寫;第(6)問考查Fe3+的檢驗第(1)問考查儀器規格確定;第(2)問考查儀器選擇和利用有機物的溶解性判斷反應是否完成;第(3)問考查高錳酸鉀與還原性物質(亞硫酸氫鈉、草酸)的氧化還原反應,涉及離子方程式的書寫及應用;第(6)問考查苯甲酸純度和產率計算;第(4)(5)(7)問考查分離提純第(1)問考查儀器名稱和試劑選擇;第(2)問的前兩空考查加熱方式和Cl2與NaOH反應的離子方程式;第(3)問考查尾氣處理及可替代的試劑;第(4)問考查獲取KClO3的方案設計第(1)問考查儀器選擇和試劑保存;第(2)問的第一空和第二空考查根據物質性質(淀粉遇I2變藍)預測實驗現象,第三空考查結合題給信息、實驗現象、氧化還原反應原理書寫化學方程式試題簡單但不簡約。考查內容覆蓋面廣,均為實驗高頻考點。對學生的必備知識和關鍵能力的考查不落俗套

續表

續表

二、2021年新高考實驗復習的備考建議

1.梳理和拓展教材典型實驗，分門別類構建解題的思維模型

高考化學實驗綜合題通常是由教材中多個簡單實驗裝置和操作組合而成，涉及的相關物質及裝置多數來自于教材及其延伸。實驗綜合題素材按考查內容可分為“物質制備實驗”“分離與提純”“定性檢測”“定量分析”“探究性實驗”等。每一種類型都有相應的解題思維模型，若能在平時教學中分門別類構建思維模型，做題時隨時應用相應模型進行析題、答題，學習效益將大幅度提高。因此，教學過程中應盡可能創設讓學生走進實驗室動手操作的機會，讓學生先熟練掌握教材單一實驗操作和裝置。復習教學時可組織學生觀看典型實驗視頻，讓學生對整個實驗操作過程、實驗現象有直觀的感受和體會。每個實驗視頻配套相應練習(練習設問角度：原理分析與化學方程式書寫、儀器名稱與作用、操作名稱與順序、條件控制、現象描述與解釋，以及數據處理與誤差分析等)，加深學生對實驗的理解。在此基礎上教師進一步在教材實驗基礎上進行組合、拓展和延伸，師生共同構建各種類型實驗綜合題的解題思維模型。以后學生在分析與解答實驗綜合題時，即可迅速分辨實驗試題所屬類型，提取已有的相應思維模型迅速答題。比如，以乙酸乙酯制備實驗為基礎，進行進階式拓展并推廣到有機物制備實驗。構建該類實驗題的解題思維模型(圖1)。

圖1 有機制備實驗解題思維模型

(1)過氧乙酸保存時應注意________(填標號)。

A.避光 B.低溫 C.密閉 D.隔絕空氣

(2)儀器a的名稱為________，其中盛放的試劑為________(填“乙酸”或“雙氧水”)。

(3)為減少反應瓶中乙酸丁酯損耗，反應開始前，在油水分離器中應進行的操作是________。

(4)反應體系采用減壓的目的是________。

【答案】(1)ABC

(2)恒壓滴液漏斗 雙氧水

(3)在油水分離器中加滿乙酸丁酯

(4)降低共沸物的沸點，防止溫度過高，過氧乙酸分解

【解析】本題屬于物質制備和提純類實驗，制備反應屬于可逆反應、放熱反應。具體實驗操作為先把乙酸、乙酸丁酯放入三頸燒瓶中，再從恒壓滴液漏斗中加入H2O2。利用恒溫攪拌器控制H2O2與乙酸在60℃時發生反應生成過氧乙酸和水。由于該反應屬于可逆反應，利用乙酸丁酯與水形成共沸物后，從分水器中分離出生成的水，使平衡正向移動，提高產率。在試題的前四問緊扣“實驗目的”“實驗裝置”“實驗操作”“物質性質”進行考查。(1)過氧乙酸易揮發、見光(或受熱)易分解，應密閉、避光、低溫保存，故ABC正確。(2)儀器a為恒壓滴液漏斗，滴加液體時無需打開上端的活塞。H2O2受熱易分解，最后加可以減少損耗，故恒壓滴液漏斗應盛放H2O2。(3)隨著反應的進行，生成的過氧乙酸、共沸物(乙酸丁酯和水)在蛇形冷凝管中冷凝，流到分水器中。乙酸丁酯和水互不相溶，二者在分水器中分層；由于ρ(水)>ρ(乙酸丁酯)，故水在分水器的下層。當分水器收集滿溶劑(乙酸丁酯和水)時，打開活塞，將下層的水放出。此時，仍有部分乙酸丁酯殘留在分水器中，不能返流回三頸燒瓶，導致三頸燒瓶中的乙酸丁酯損失。因此，分水器內可先加滿乙酸丁酯。當共沸物流到分水器時，乙酸丁酯即可流回三頸燒瓶。(4)制備反應所需溫度為60℃，共沸物(乙酸丁酯-水)常壓下沸點為90.7℃，常壓蒸餾會導致產物過氧乙酸分解。采用抽氣泵減壓蒸餾有2個目的：①降低共沸物沸點，及時將水蒸出；②避免溫度過高時，過氧乙酸分解。

2.加強實驗項目體系的專題化復習，提升學生的實驗遷移應用能力

梳理近年高考化學實驗綜合題的高頻考點，構成常考實驗項目體系，加強專題化復習和重難點突破。重點突破如下項目：酸堿中和滴定(及其遷移應用)的現象描述及計算；分離提純操作的名稱；實驗現象的描述與解釋；實驗裝置的缺陷及誤差分析、常見裝置的連接順序；實驗計算(主要為滴定計算和質量分數計算)等。專題化復習時，應根據學生本身實際情況設定相應專題訓練的例題和習題，并提升學生遷移應用能力。比如，滴定不能僅僅停留在酸堿中和上，可進一步拓展為氧化還原滴定、沉淀滴定、絡合物滴定、返滴定、置換滴定、間接滴定等；滴定時指示劑的選擇，除了甲基橙、酚酞等，可進一步拓展為淀粉、自身指示劑(如酸性KMnO4溶液)等；分離提純手段中，除了蒸餾、過濾、萃取、分液、蒸發結晶、冷卻結晶外，可進一步拓展趁熱過濾、抽濾、反萃取、重結晶、吸附、脫附等。

操作現象目的/結論①稱取樣品m1 g,加水溶解,加鹽酸調至弱酸性,滴加過量c1 mol·L-1BaCl2溶液V1 mL稍顯渾濁目的: 。②繼續滴加過量c2 mol·L-1K2CrO4溶液V2 mL產生黃色沉淀目的:沉淀過量的Ba2+。③過濾洗滌,滴加少許指 示劑于濾液中,用c3 mol·L-1 FeSO4溶液滴定至終點,消耗FeSO4 溶液V3 mL結論:SO2-4的質量分數為(列算式)。

3.開展主題式(或項目化)實驗任務活動，培育科學探究與創新意識的學科核心素養與實驗關鍵能力

基于主題式、項目化等綜合性實驗任務形式，增強學生的過程性體驗和提升學生的實驗關鍵能力。高考復習時可自行開發或選取《實驗化學》中的經典實驗(如“水合肼實驗室制備與性質探究”“菠菜中鐵元素含量測定”等)，設計成若干個主題式(或項目化)活動任務。比如，在“水合肼實驗室制備與性質探究”實驗中，提供水合肼的相關性質作為項目引導，設計如下4個子任務活動。任務1：制備水合肼。任務2：測定水合肼產率。任務3：探究實驗條件對水合肼產率的影響。任務4：水合肼性質探究。學生基于元素化合物性質、氧化還原反應原理和實驗體系三要素，在4個子任務活動的過程體驗中，完成“水合肼制備與性質探究”的實驗方案設計與評價。最后歸納出制備類、定量分析、性質比較等常見實驗方案設計的一般性思路，提升了化學學科核心素養和關鍵能力。通過親身體驗主題式(或項目化)的實驗任務，學生在解答主題式(或項目化)實驗綜合題時，面對試題的陌生情境和多元信息(如文字資料、流程圖、實驗裝置、表格等)能從容不迫。

實驗一：制備NaClO溶液(實驗裝置如圖3所示)。

圖3 制備NaClO

(1)配制30% NaOH溶液時，所需玻璃儀器除量筒外，還有________。

A.容量瓶 B.燒杯 C.燒瓶 D.玻璃棒

(2)錐形瓶中發生反應的離子方程式為_______________________。

(3)因后續實驗需要，需利用中和滴定原理測定反應后錐形瓶中混合溶液的NaOH的濃度。請選用所提供的試劑，設計實驗方案(提供的試劑：H2O2溶液、FeCl2溶液、0.100 0 mol·L-1鹽酸、酚酞試液)：________。

實驗二：制取水合肼(實驗裝置如圖4所示)。

圖4 制備水合肼

(4)分液漏斗中的溶液是________(填標號)。

A.CO(NH2)2溶液 B.NaOH和NaClO混合溶液

選擇的理由是________。

實驗三：測定餾分中肼含量。

(5)滴定過程中，NaHCO3能控制溶液pH在6.5左右的原因是________。

(6)實驗測得消耗I2溶液的平均值為18.00 mL，餾分中水合肼(N2H4·H2O)的質量分數為________。

【答案】(1)BD

(3)取一定量錐形瓶內混合溶液，加入適量的H2O2溶液后，滴加2～3滴酚酞試液，用0.100 0 mol·L-1鹽酸滴定，重復上述操作2～3次

(4)B 如果次氯酸鈉溶液裝在燒瓶中，反應生成的水合肼會被次氯酸鈉氧化

(5)NaHCO3會與滴定過程中產生的HI反應

(6)9%

三、新高考實驗綜合題考查趨勢預測與展望

2019年11月，教育部頒布《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》，要求扭轉忽視實驗教學的傾向。實驗題一直是全國各省市自主命題和新高考中備受青睞和關注的題型。但是實驗題的得分難以提升卻是一個不爭的事實，如何突破實驗題的瓶頸成為中學化學教育工作者亟待探索并解決的問題。高考新評價體系對化學學科考試的關鍵能力提出明確要求，即“理解與辨析”“分析與推測”“歸納與論證”“探究與創新”等。這些關鍵能力大多指向實驗試題的考查方向。因此，可以預計今后的新高考中對實驗綜合題的考查力度仍將不遺余力，對實驗能力和實驗觀念的考查要求也將空前提高，這就要求中學教育工作者以此為導向進行高中化學實驗教學。