2022年高考化學實驗試題的情境化分析
——以2022年全國12套高考化學試題為例

張市場

(山東省聊城市茌平區第一中學)

2019年《中國高考評價體系》指出情境是考查載體,要求學生能夠在真實情境中運用所學解決問題,展現綜合素質。新高考以來,情境化已成為試題命制的發展趨勢之一,有效的情境創設可以最大化地發揮情境的作用,實現高考由傳統的“知識立意” “能力立意”評價向“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基”綜合評價的轉變。

在化學實驗試題中通過實物圖片、模型圖像、工藝流程圖、文字信息描述等,創設實驗探究情境、日常生活情境、化學史料情境等,引發學生的學習興趣,使學生在輕松的學習情境中獲得知識。化學一線教師和教育研究者應在研究命題意圖、探究實驗試題特點、推導命題規律的基礎上,挖掘出試題背后所隱藏的學科核心素養內容,并強化學生對于化學學科能力的訓練,使認知結構完善。因此,有必要就高考化學中的化學實驗題進行情境化分析。

2022年全國高考化學試卷有——全國甲卷、全國乙卷;新高考卷:廣東卷、福建卷、重慶卷、江蘇卷、遼寧卷、湖南卷、湖北卷、河北卷、海南卷、山東卷;自主命題:北京卷、天津卷、浙江卷、上海卷,共計17套卷(浙江卷1月、6月兩套)。除福建卷、重慶卷、河北卷、天津卷、上海卷5套卷外,統計已經發布的12套試卷,作為樣本研究分析。

一、題型結構、分值比重分析

對2022年全國高考化學12套題實驗題題型結構、分值進行統計分析,結果如表1。

表1 2022年全國高考化學實驗題題型結構、分值比重分析

2022年高考化學在實驗原理的理解、實驗方案的設計、實驗操作目的等方面加強了設計,考查學生的實驗能力和科學探究能力,充分發揮對高中實驗教學的積極導向作用,引導教學重視實驗探究。例如全國甲卷第27題實驗題考查硫化鈉的純化,兼顧實驗原理、實驗操作、化學方程式的書寫、硫化物的性質、晶體的獲取的設計與探究。從試題的題型結構來看,每套試卷均有1～5道實驗選擇題,注重考查教材中的基礎實驗,以山東卷5道為最多,其次為北京卷。每套試卷均有1～3道非選擇題的實驗綜合題,主要以書本中必考的“化學實驗”為基礎,考查學生實驗探究的能力,以浙江卷1月考試中3道為最多,其次為浙江卷6月、海南卷。

由圖1信息可得:從2022年12套化學試卷中實驗試題所占分值為17～30分,得出各地實驗試題所占比重差別較大。每套試卷的實驗試題都涉及選擇題和填空題這兩種題型,選擇題考查了學生對實驗室制備常見物質的方法的應用,以及如何對重點考查的化學物質進行檢驗、鑒別、分離和提純,還有常用儀器的使用方法,常用試劑的選擇、作用分析與評價等基礎知識的掌握情況;填空題一般考查重難點知識,試題中會出現陌生的實驗裝置、情境或實驗流程、不同的設問方式,通過這些考查學生的關鍵能力。

圖1 2022年全國高考化學實驗題題型結構、分值比重分析

二、實驗試題的情境化分析

(一)實驗試題的情境分類

教育部教育考試院命題專家評析2022高考題時說,“2022年高考化學試題堅持將課程標準作為命題的主要依據,以陌生的情境考查學生熟悉的知識內容,既滿足高等學校選拔要求,又有利于學生實際水平的發揮,引導學生從不同角度認識化學反應規律,有效促進基礎教育與高等教育的銜接。” “試題素材情境取材廣泛,圍繞與化學關系密切的材料、生命、環境、能源與信息等領域,通過對應用于社會生產實踐中化學原理的考查,充分體現出化學學科推動科技發展和人類社會進步的重要作用,凸顯化學學科的社會價值。”

參考已有研究,結合化學學科特點,以教材和日常生活中具體情境內容作為依據,將實驗試題中的情境類型分為:實驗化學情境、教材情境、工業生產情境和資源利用情境四種。實驗試題真實情境呈現方式分類如表2所示。

表2 實驗試題真實情境呈現方式分類

(二)實驗試題的典型情境示例

1.實驗化學情境示例

【例1】(2022年北京卷,19題節選)某小組同學探究不同條件下氯氣與二價錳化合物的反應。

資料:

ⅲ.Cl2的氧化性與溶液的酸堿性無關,NaClO的氧化性隨堿性增強而減弱。

實驗裝置如圖(夾持裝置略)。

序號物質aC中實驗現象通入Cl2前通入Cl2后Ⅰ水得到無色溶液產生棕黑色沉淀,且放置后不發生變化Ⅱ5% NaOH溶液產生白色沉淀,在空氣中緩慢變成棕黑色沉淀棕黑色沉淀增多,放置后溶液變為紫色,仍有沉淀Ⅲ40% NaOH溶液產生白色沉淀,在空氣中緩慢變成棕黑色沉淀棕黑色沉淀增多,放置后溶液變為紫色,仍有沉淀

(4)根據資料ⅱ,Ⅲ中應得到綠色溶液,實驗中得到紫色溶液,分析現象與資料不符的原因:

原因一:可能是通入Cl2導致溶液的堿性減弱。

①用化學方程式表示可能導致溶液堿性減弱的原因

,

但通過實驗測定,溶液的堿性變化很小。

②取Ⅲ中放置后的1 mL懸濁液,加入4 mL 40% NaOH溶液,溶液紫色迅速變為綠色,且綠色緩慢加深。溶液紫色迅速變為綠色的離子方程式為________________________,溶液綠色緩慢加深,原因是MnO2被________(填化學式)氧化,可證明Ⅲ的懸濁液中氧化劑過量。

③取Ⅲ中放置后1 mL懸濁液,加入4 mL水,溶液紫色緩慢加深,發生的反應是

________________。

④從反應速率的角度,分析實驗Ⅲ未得到綠色溶液的可能原因____________________________________。

北京卷最具有特點的題是實驗探究題,本題就是按照科研正常的思路來設計的,通過這樣的題目培養學生的實驗技能和實驗探究能力。第19題,通過實驗室制氯氣的基礎實驗,展開相關實驗探究,研究不同實驗條件下物質顏色的變化,蘊含了反應規律及速率對化學反應的影響。通過應用對比實驗、變量控制等學科思想方法,進行實驗現象的分析和證據推理,得出相應結論。

2.教材情境示例

【例2】(2022年山東卷,6題)實驗室用基準Na2CO3配制標準溶液并標定鹽酸濃度,應選甲基橙為指示劑,并以鹽酸滴定Na2CO3標準溶液。下列說法錯誤的是

( )

A.可用量筒量取25.00 mL Na2CO3標準溶液置于錐形瓶中

B.應選用配帶塑料塞的容量瓶配制Na2CO3標準溶液

C.應選用燒杯而非稱量紙稱量Na2CO3固體

D.達到滴定終點時溶液顯橙色

【詳解】量筒的精確度不高,不可用量簡量取Na2CO3標準溶液,應該用堿式滴定管或移液管量取25.00 mL Na2CO3標準溶液置于錐形瓶中,A說法錯誤;Na2CO3溶液顯堿性,盛放Na2CO3溶液的容器不能用玻璃塞,以防堿性溶液腐蝕玻璃產生有粘性的硅酸鈉溶液而將瓶塞粘住,故應選用配帶橡膠塞的容量瓶配制Na2CO3標準溶液,B說法正確;Na2CO3有吸水性且有一定的腐蝕性,故應選用燒杯而非稱量紙稱量Na2CO3固體,C說法正確;Na2CO3溶液顯堿性,甲基橙滴入Na2CO3溶液中顯黃色,當滴入最后一滴鹽酸時,溶液由黃色突變為橙色且半分鐘之內不變色即為滴定終點,故達到滴定終點時溶液顯橙色,D說法正確。

本題情境取自高中化學人教版教材(2019)選擇性必修一65～66頁“酸堿中和滴定”,及89～91頁“實驗活動2—強酸與強堿的中和滴定”,實驗步驟、儀器、指示劑均直接來自教材,B選項“配制一定物質的量濃度的溶液”取自高中化學人教版教材(2019)必修一54～56頁。在滴定試劑上稍有變化,用Na2CO3取代了NaOH,考查了學生的實驗基礎知識和實驗探究能力。

3.工業生產情境示例

【例3】(2022年浙江卷1月,30題節選)某興趣小組用四水醋酸錳[(CH3COO)2Mn·4H2O]和乙酰氯(CH3COCl)為原料制備無水二氯化錳,按如圖流程開展了實驗(夾持儀器已省略):

已知:①無水二氯化錳極易吸水潮解,易溶于水、乙醇和醋酸,不溶于苯。

本題以陌生的無水二氯化錳制備為背景,不僅考查學生實驗的基礎知識、基本實驗操作、實驗方法,更重要的是考查學生的實驗思維能力,體現實驗題獨特的能力測評和素養價值。

4.資源利用情境示例

【例4】(2022年江蘇卷,16題節選)實驗室以二氧化鈰(CeO2)廢渣為原料制備Cl-含量少的Ce2(CO3)3,其部分實驗過程如下:

(3)通過中和、萃取、反萃取、沉淀等過程,可制備Cl-含量少的Ce2(CO3)3。已知Ce3+能被有機萃取劑(簡稱HA)萃取,其萃取原理可表示為

①加氨水“中和”去除過量鹽酸,使溶液接近中性。去除過量鹽酸的目的是____________________________________。

②反萃取的目的是將有機層Ce3+轉移到水層。使Ce3+盡可能多地發生上述轉移,應選擇的實驗條件或采取的實驗操作有________(填兩項)。

③與“反萃取”得到的水溶液比較,濾去Ce2(CO3)3沉淀的濾液中,物質的量減小的離子有________(填化學式)。

【詳解】①減少氫離子,使萃取的過程右移,促進Ce3+被萃取;②根據反萃取原理可知,應選擇的實驗條件是酸性條件,為了使Ce3+盡可能多地發生上述轉移,可以采用多次萃取;③“反萃取”得到的水溶液中含有濃度較大的H+和Ce3+,過濾后溶液中H+和Ce3+離子濃度較小,故答案為:H+、Ce3+。

本題利用生產生活中的廢舊資源回收利用情境引入試題,在陌生環境下考查了過濾、萃取、反萃取、滴定等實驗操作及實驗探究能力。體現了資源利用的環保理念,滲透了“科學態度與社會責任” “科學探究與創新意識”的化學學科核心素養。

(三)實驗試題的情境化分析

2022年全國12套化學實驗試題情境統計如表3所示。

表3 2022年高考化學實驗試題的情境化分析

圖2 2022年高考化學實驗試題的情境化分析

圖3 2022年高考化學實驗試題的情境類型占比分析

從圖表可以得出,2022年高考實驗試題以“工業生產” “實驗化學” “教材” “資源利用”等作為情境,且以“實驗化學”情境37%占比最多。試題情境的選材與教材內容、日常學習、生活經驗和社會大環境分不開,也體現了情境的廣泛性和有用性,學生能通過對社會生活中的熱點問題的關注形成綠色化學的觀念。由此,學生要主動關注與化學相聯系的社會熱點情境,并積累素材,能利用化學知識內容創造性地解答生活難題,注重學科素養和關鍵能力的培養。

三、化學實驗試題情境化教學建議

新高考中學科素養更加突出,將從情境的選取、試題的立意等多個方面對實驗試題創新,更加關心學生提出與解答問題的能力、分析材料信息的能力、總結結論過程中表現出來的綜合素質和核心素養。所以在實驗教學的設計、實驗評價能力的促進和學習實驗的方法的交流討論方面,要求我們在教學實踐時付出努力。

(一)從教材情境出發

在實驗教學時,回顧教材內的實驗情境,對物質的制備實驗、實驗基礎知識、實驗操作的方法及其意義、實驗原理等進行鞏固,并引導學生整合。如探究實驗室制備氯氣的方法、驗證二氧化硫的性質、乙酸與乙醇制備乙酸乙酯并進行收集純化。引導學生合理地進行拓展,傳統且經典的教材案例雖然能夠起到一定的啟蒙作用,但若是過于注重采用書本上面的典型案例作為化學實驗的主要授課內容,知識面的拓展將會受到很大的限制,同時也不容易提起學生自主學習的積極性。

(二)以實驗化學情境探究

積極開展探究性教學,提升科學問題解決能力。化學是一門以實驗為基礎的科學,中學化學教師在日常教學過程中針對常規實驗進行深度探究,有利于培養學生的科學問題解決能力。無論是高校招生制度改革、高中育人方式改革,還是指導教學的中小學課程標準,或指導命題評價的高考評價體系,都將目標指向創新人才的培養,指向創造性思維的培育。

例如在高三一輪復習“陌生氧化還原反應方程式的書寫”中,實驗小魔術引入——“水”變“可樂”(稀硫酸酸化的H2O2溶液+KI溶液),觀察到的現象是什么?生成物是什么?學生分組討論微觀原因,書寫離子方程式,總結書寫陌生氧化還原反應方程式的思維模型:電子守恒—電荷守恒—原子守恒。運用思維模型解決問題:“火龍果”變“涼白開”(KMnO4溶液+H2O2溶液),問題:通過現象推測的產物是什么?H2O2只做氧化劑嗎?加入稀硫酸后再次觀察現象,氧化性、還原性還與什么有關?書寫離子方程式。深入探究:“冒泡的雪碧”(H2O2溶液+MnO2),問題:H2O2體現什么性質?正向配平與逆向有何區別?總結書寫的思路和方法。真實實驗情境,引發探究問題,認識思路結構化,深入探究,在解決問題中發展結構化思路,診斷并發展學生的認知水平。

(三)應用于化工生產情境

人教版(2019)高中化學必修第一冊和必修第二冊中的教材情境包含了工業制氫氧化鈉、海水中提取溴、電子工業中制作印刷電路板等化工實際情境。化學實驗多放大應用于工業生產,在實驗題中通過工藝流程圖和文字信息創設化工實際情境是必然趨勢。可以讓學生從理解反應原理、原料的選擇和處理、生成物的純化與收集、尾氣的處理等角度進行思考,培養學生綜合的核心素養。