中考化学实验探究题解题方法及复习策略的研究1

中考化学实验探究题解题方法及复习策略的研究1

中考化学实验探究题解题方法及复习策略的研究 广西梧州市第四中学 陈 波 543002‎ ‎[摘要] 为了提高学生对化学实验探究题的解题能力，初步形成科学探究思维和能力的素养。因此，本试图以梧州市2009年至2011年中考实验探究题为例，通过对试题的解释，结全自己多年教学实践，提出一些思路和方法，帮助学生做好中考的复习。‎ ‎[关键词] 中考化学 实验探究题 解题方法 复习策略 ‎ 本课题从几例中考实验探究题分析入手并做一些反思，旨在使我们把课程改革深入到平时的教学中，更有效指导学生进行中考复习，培养一批具有创新精神和科学探究能力的人才，加强学生学习化学的兴趣，并吸引他们加入到化学领域中来。‎ 1. 课题探究的理论基础 ‎1.1 探究学习理论 科学探究是由美国芝加哥大学教授施瓦布于1961年提出的。探究教学理论的代表人物有美国教育学家萨其曼、施瓦布和加涅等人。他们从不同角度论证了教学过程中“探究教学”的重要性，指出探究教学是一种在借鉴科学研究方法的基础上，结合教学法特征所创造的教学方法。‎ 一些学者也提出，探究学习是“学生在教师指导下，为获得科学素养以类似科学探究的方式所开展的学习活动” [1]； “是学生从问题或任务出发，通过形式多样的探究活动，以获得知识和技能、发展能力、培养情感体验为目的的学习方式” [2]； “是从学科领域或现实社会生活中选择和确立研究主题，创设一种类似于科学研究的情境，通过学生自主、独立地发现问题、实验、操作、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探索活动，获得知识、技能、情感和态度的发展，特别是探索精神和创新能力发展的学习方式和学习过程” [3]；等等。‎ ‎1.2 义务教育化学新课程理论 ‎《课程标准》的内容标准包括5个一级主题，其中第一个主题，就是“科学探究”。‎ 义务教育阶段化学课程中的科学探究，是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动。它涉及提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等八大要素。学生通过亲身经历和体验科学探究活动，激发化学学习的兴趣，增进对科学的情感，理解科学的本质，学习科学探究的方法，初步形成科学探究能力。‎ 科学探究既是义务教育阶段一种重要的学习方式，也是化学课程的重要内容，对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。学生参与科学探究的过程，其实就是学生发现问题、分析问题、解决问题的过程；而培养学生科学探究能力，实质上也就是培养学生分析问题、解决问题的能力。当前我国化学课程改革的一个中心议题就是如何将科学的探究过程和方法切实有效地融入化学课程之中，让学生在解决化学问题或者是利用化学知识进行科学探究或学习时，获得科学探究能力。‎ 2. 课题的背景与研究意义 化学实验是进行科学探究的主要方法，它的功能是其他教学手段无法替代的，随着国家素质教育的推进，了解科学探究的基本过程和方法，是中学生的一个重要的学习方法。但是在日常的教学过程中，我们发现：学生在学习中喜欢化学实验，但又不善于问题探究；喜欢做实验，但并没有真正理解化学实验的基本原理；探究活动中参与度较高，但在给定情境中提出有探究价值问题的能力并不强，实验设计及评价能力，甚至归纳、表达能力都差强人意，这些现象并非个别，具有一定的普遍性。‎ 近年来，从各地的中考试题可以看出，试题明显加强了对学生思维能力、自学能力和创新精神的考查，而且作为试题载体的有关反应及有关知识已不受教材的束缚，充分体现发了新课程中教材仅仅是一种教学资源的理念。在中考中化学实验探究题是难度最大，综合性最强，陌生度高，情境新，设问角度变化多端，思维量大，此类型题不仅能很好地反映学生对化学双基知识和综合实验能力的掌握情况，而且还能有效地培养学生的科学精神，提高学生的科学素养，提高学生解决问题的创新能力。因此，此类题是近年来全国各地中考的热点题和压轴题目。‎ 1. 中考实验探究试题分析 自各地中考出现完整实验探究题开始，考查的角度从简单的根据质量守恒定律分析推理化合物的成分；或者从实验现象推判物质或写出反应的化学方程式；又或者是根据实验原理指出实验装置不足之处及改进方法，主要考查尾气处理装置的补充；整套实验装置中某一装置的错误及补充干燥装置或影响实验结果的用于吸收空气中某成分的装置等等；而2009年及2010年两年的梧州中考实验探究题，则通过教材中两个典型的实验，即空气中氧气含量的测定及木炭还原化铜实验中出现的问题展开多角度、多层次的探究活动，创新性解决问题方法的能力的考查，以科学、严谨的答题能力的要求。2011年通过金属活动性顺序知识点的情景中来探究一个全新的实验现象，并运用学过的知识来解决一些问题，从而实现由具体-抽象-具体的探究过程，使创新思维达到质的飞跃。‎ ‎ [2009年]‎ 某校化学兴趣小组的同学按照课本装置（见图1）做“测定空气里氧气的含量”实验。他们将燃烧匙内的红磷点燃后，立即伸入广口瓶中并把塞子塞紧，待红磷熄灭和冷却后，打开弹簧夹，观察集气瓶中水面变化，发现气体减少的体积小于1/5。这是什么原因呢？兴趣小组的四位同学就该现象做了如下探究。请你参与他们的探究，并回答有关问题：‎ 图1‎ ‎【提出问题】‎ 造成这个结果的原因是什么？如何改进？‎ ‎【猜想与假设】‎ 排除了属于偶然现象的原因之后，其中三位同学对原因做了如下猜想：‎ 小吴 小周 小施 对于这一现象的原因，你还能做出怎样的猜想？请写出你的一个合理猜想：‎ ‎ 。‎ ‎【分析与交流】‎ 对小周的猜想，大家一致认为小周的猜想不合理，并认为这样做的结果将使误差更大，原因是： 。‎ ‎【实验与结论】‎ ‎（1）小吴决定使用原装置重做实验，并在实验前重新检验了装置的气密性。小吴检验气密性的正确方法是： 。‎ ‎（2）为了验证小施的猜想，同学们将500mL的残余气体与足量灼热的铜粉充分反应，结果发现铜粉增重0.028g。（为避免残余气体中CO2及水蒸气可能造成的干扰，在实验前已将它们除去）‎ ‎ 由上述实验事实可知，残余气体中 氧气（填“有”或“没有”，如果选“没有”，后一个空填“0”）；残余气体中氧气的体积占 %（已知该条件下氧气的密度为‎1.4g/L）。‎ ‎【反思与评价】‎ 针对课本实验装置和操作的不足，小沈同学经过认真思考，改进并设计了如图2实验装置，与原来的装置相比较，请你说出新装置的两个优点：‎ ‎ （1） ；（2） 。‎ 图2‎ ‎[参考答案]：‎ ‎【猜想与假设】‎ ‎（1）可能是导管中的气体进入了广口瓶，而原来并没有计算这部分气体的体积；‎ ‎（2）可能是红磷的量不够，导致氧气没有耗尽；‎ ‎（3）可能是红磷熄灭后还没等冷却到室温，就打开了弹簧夹；‎ ‎（4）可能是氧气含量减少到一定程度的时候，红磷就不再燃烧了，使氧气没有耗尽；‎ ‎【分析与交流】‎ 酒精中含有碳元素，在燃烧时生成二氧化碳的体积与消耗氧气的体积一致，不会造成气体总体积的减少。‎ ‎【实验与结论】‎ ‎（1）将装置如原图所示重新装配，在烧杯中注入足量水，打开弹簧夹；用热毛巾捂住广口瓶，如果看到有气泡冒出；（或加上：撤掉热毛巾后，导管中将倒吸一段水柱）则装置的气密性良好。‎ ‎（2）有；4。‎ ‎【反思与评价】‎ ‎（1）装置简单、紧凑，操作方便，现象明显。‎ ‎（2）装置中直接有刻度，方便直接读取数据，利于数据比较；（凡是与体积相关的答法均属此列）‎ ‎（3）避免原装置的导管中存在空气，造成的体积误差；‎ ‎（4）让磷的燃烧在密闭体系中进行，不污染大气，绿色环保；‎ ‎（5）避免燃着的红磷在伸进广口瓶的时候造成热空气的散逸，影响实验的科学性。‎ ‎[题析]‎ ‎ 本题从实验中发现所测空气中氧气的体积小于1/5的问题入手，猜想造成这一现象的原因，根据小周的猜想：如果将固体的红磷换成液体的酒精就可以消除这个现象。考题指出这一猜想并不合理，认为这样做的结果将使误差更大，要求考生答出原因：酒精中含有碳元素，在燃烧时生成CO2的体积与消耗O2体积一致，不会造成气体总体积的减少。题目通过设计的问题情景，考查了学生掌握基础知识的程度。接着通过检验教材中测定空气中氧气含量的装置的气密性，从一个独特物角度去考查学生的灵活思维及实验动手能力。正确的方法是：⑴将装置如原图重新装配，在烧杯中注入足量水，打开弹簧夹，用热毛巾捂住广口瓶，如果看到有气泡冒出{撤掉热毛巾后，导管中将倒吸一段水柱}，则气密性良好 ‎。为了验证小施的猜想，可能是残余气体中仍存在氧气的原因。题目给出：同学们将500mL的残余气体与足量灼热的铜粉充分反应，结果发现铜粉增重0.028g。（为避免残余气体中CO2及水蒸气可能造成的干扰，在实验前已将它们除去），问残余气体中 氧气（有或无）；若有，残余气体中氧气的体积占 %（已知氧气的密度为‎1.4g/L），在此题目考查了学生的计算能力及定量分析实验的超前意识。 ‎ ‎ [2010年]‎ 止水夹 澄清的 石灰水 C+CuO 梧州市某中学化学兴趣小组按照课本实验方法（如图3甲），做木炭与氧化铜反应实验时，发现很难观察到紫红色铜的生成，却往往有暗红色固体出现。他们决定对这个实验进行探究和改进。‎ ‎ ‎ C+CuO 澄清的 石灰水 ‎ ‎ 乙 图3‎ 甲 ‎【提出问题】暗红色的固体是什么？如何选择合适的条件，使木炭还原氧化铜的实验现象更明显？‎ ‎【查阅资料】铜有+1和+2两种化合价，通常情况下，氧的化合价为-2，碳的化合价为+4或-4。‎ ‎【猜想与假设】‎ ‎（1）同学们认为这种暗红色固体可能是一种化合物，并猜测它的化学式为 。‎ ‎（2）同学们还认为，通过改变反应物的状态、质量比，以及反应装置，可以使该实验现象更加明显，减少出现暗红色固体的情况。‎ ‎【分析与交流】‎ ‎（1）小吴建议用超细炭粉与氧化铜粉末进行实验。你认为这样建议的原理是 。‎ ‎ （2）小周建议用图3的乙装置替代甲装置。与甲相比较，乙装置中将试管直立放 ‎ 置的作用是 。‎ ‎（3）对下列三种氧化铜和碳的质量比例，小施建议选择 (填选项序号)的比例。‎ A. 32︰3 B. 40︰‎3 C. 48︰3‎ 你认为小施这样选择的理由是 。‎ ‎【实验与结论】‎ 同学们决定按改进后的方案进行实验，他们在检验了乙装置的 后，往试管中加入已干燥的药品并开始加热，当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时， （填“可以”或“不能”）确定氧化铜和炭粉已经开始反应。‎ 不久，即可看到试管底部变红热，停止加热后，仍能看到红热现象，并沿试管底部自下而上蔓延，这个现象说明该反应是 （填“吸”或“放”）热反应。‎ 待反应结束，先将导气管从石灰水中取出，然后关闭止水夹，让产物自然冷却。若不关闭止水夹，可能出现的问题是 。‎ 待产物冷却后，同学们终于找到了期待已久的紫红色铜珠，实验获得了圆满成功。‎ ‎[参考答案]：‎ ‎【猜想与假设】‎ Cu2O （Cu‎4C、Cu‎2C等）‎ ‎【分析与交流】‎ ‎（1）这是固体反应物间的反应，使用颗粒更小的反应物，可以增加表面积，有利于反应 的进行。‎ ‎（2）有利于集中加热，获得持续高温。‎ ‎（3） A 反应中炭粉会与试管内的氧气反应而部分消耗，故稍过量的炭粉有利于反应 的进行。‎ ‎【实验与结论】‎ 气密性 不能 放 空气会进入反应的试管中，使生成的依然灼热的铜重新被氧化。‎ ‎[题析]‎ 该考题对学生进行考查时有三个闪光点。第一是根据题目给出【查阅资料】：铜有+1和+2两种化合价，通常情况下，氧的化合价为-2，碳的化合价为+4或-4。猜测暗红色固体化合物的化学式。目的是要求学生根据化合价写化学式方面化学用语运用的能力。氧化铜为黑色的，应排除，只有可能是氧化亚铜或碳化铜又或碳化亚铜，即Cu2O 、Cu2C、Cu4C三种。第二是改进的装置出自教师用的教参书中，可能教师都没有跟学生讲过，学生根据改进的装置将试管直立放置的作用的考查要求学生具有一种创新的思维方式。答案是：有利于集中加热，获得持续高温。第三个闪光点：对实验中氧化铜和碳的质量比例，应选择A. 32︰3，B. 40︰3 ，C. 48︰3。理由是 。根据化学方程式进行计算，氧化铜与碳恰好反应比例是B. 40︰3 。但是考虑到试管中有空气存在，一部分碳粉会与空气中的氧气反应，因此碳粉在实验田中需稍过量，或氧化铜的量应少一些，所以答案应选择A. 32︰3 。这里既考查了学生的计算能力，也考查了学生根据实验的实际情况，全面分析后得出正确的答案，难度极高。‎ ‎[2011年]‎ 梧州市某中学化学活动小组的同学，学习了课本“金属活动性顺序”后非常感兴趣，便向老师提出进行拓展探究的要求，老师欣然同意。于是在老师指导下，同学们进行了下面实验：‎ ‎（1）同学们把一片用砂纸打磨过的铝片浸入硫酸钠溶液中，过一会取出，将观察 到 ，原因是 ；铝片须打磨的目的是 ；‎ ‎（2）同学们又把一片用砂纸打磨过的铝片浸入硝酸汞溶液中，过一会取出，发现铝片表面 长出了一层白色毛刷状物质而且不断地生长。‎ ‎【提出问题】这种白色毛刷状物质是什么？有什么性质？ ‎ ‎【猜想与讨论】‎ ‎（1）小吴认为这种白色毛刷状物质是被Al置换出来的Hg，大家对此表示反对，理由是 ；‎ ‎（2）小周从这种毛刷状物质会不断地生长，猜测这种物质是Hg不断地与空气中的O2反应生成的HgO，但小施提出了反对，理由是 ；‎ ‎（3）小施认为这种物质是Al与空气中的某些气体发生反应的产物，其化学式可能是 。小施在老师建议下，设计了下面实验进行探讨：‎ ‎【实验与结论】‎ 实验操作 实验现象 结论 取一些毛刷状物质放入水中 无明显变化 ‎ ‎ 取一些毛刷状物质放入稀盐酸中 毛刷状物质慢慢溶解 化学方程式是___________‎ 取一些毛刷状物质放入氢氧化钠溶液中 毛刷状物质慢慢溶解 此毛刷状物质能与氢氧化钠溶液反应 ‎【反思】‎ 通过实验，同学们知道了白色毛刷状物质具有的一些化学性质，但是依然不清楚白色毛刷状物质是什么，于是向老师请教，老师笑而不语，建议他们上网查找答案。‎ 同学们通过网络终于找到了满意的答案，也学到了获取知识的新途径。‎ ‎[参考答案]：‎ ‎（1） 铝片表面无明显现象 金属活动顺序铝排在钠后面 ‎ 去掉铝片表面的氧化膜 ‎【猜想与讨论】‎ ‎（1）Hg是一种液态的银白色金属，与白色毛刷状物质的颜色及状态不符 ‎（2）HgO是红色粉末（或常温下汞难与氧气反应）‎ ‎（3）Al2O3 [AlN、Al2(CO3)3等其他合理答案同样给分]‎ ‎【实验与结论】 ‎ ‎ 毛刷状物质不溶于水也不与水反应(答案不完整不给分)‎ ‎ Al2O3 + 6HCl ＝ 2AlCl3 + 3H2O （其他对应合理答案同样给分）‎ ‎[题析]‎ 本题通过金属活动性顺序知识点的内容，创设出二个问题情境，前一个铝片浸入硫化钠溶液的问题情境，考查了有关金属活动顺序的知识，难度不大，后一个铝片浸入硝酸汞溶液中，过一会取出后，发现铝片表面长出了一层白色毛刷状物质而且不断地生长的问题情境展开探究，白色毛刷状物质是汞吗？显然不是，因为汞是银白色液体金属；它是氧化汞吗？也不是，因为氧化汞是红色粉末；或者从汞的化学性质不活泼，在常温下是不与氧气反应的。‎ 小施认为该物质是铝与空气中某些气体发生反应的产物的提示后，可以推出其化学式可能是： Al2O3 或AlN或Al2(CO3)3等（可能是铝与O2、N2、CO2反应的产物），至此，题目层层设问，由易渐难，充分培养了学生分析、概括能力和逻辑思维能力，领悟科学探究的过程与方法。增进了学生探究的兴趣，激发学生探究的欲望。‎ ‎【实验与结论】结论中应答毛刷物不溶于水也不与水反应。此点考查了学生答题须遵循严谨性，培养学生从小严谨治学的科学素养，最后老师对于学生的请教笑而不语，建议上网查找答案，这里体现了出题老师对学生进行的学法指导的良苦用心。‎ ‎ 综合历年来梧州市中考化学实验探究题分析得出：⑴出题内容以教材中基本实验为基础，对实验内容进行拓展，对物质的组成、性质设疑后探究。⑵注重考查实验装置的改进和评价，注重实验方案的设计及评价。⑶有结合计算手段进行定量分析、探究的趋势。⑷题型从简单的物质成分探究或某个实验装置特点及改进发展到解决实验问题进行多层次、多角度综合分析探究及评价地考查发展。‎ 1. 中考实验探究题复习的策略 ‎4.1 了解题型分类及解题思路。‎ 题型分类：⑴ 制备性探究实验，例如有关O2、CO2实验室制取气体的探究。⑵ 验证性探究实验。例如物质鉴别实验探究，有关中和反应实验的探究，有关金属活动性实验探究。⑶探索性实验，例如判断真假黄金、制取O2催化剂的选择、食品包装中“干燥剂”的探究、化学魔术、铜绿的成分探究、塑料袋成分－聚乙烯、聚氯乙烯的鉴别、易拉罐中金属成分的探究、固体酒精是否是酒精的探究、面包、糕点中使用的发酵的探究。总之，生活中物质的组成、性质的探究均属。⑷ 判断型探究题。例如A、B是初中化学学过的两种黑色物质，将它们按下图所示流程进行实验：‎ A+B 气体C 红色固体D 高温 加A 气体E 高温 请根据图中物质间的转化关系，试推断出下列物质的化学式：‎ A B C D E ‎ ‎[答案]：A： CuO B：C C：CO D：Cu E：CO2‎ 实验探究思路：⑴ 审清题意，明确实验目的。⑵ 弄清反应原理，充分利用题目给出和信息{资料}。⑶ 围绕主要问题思考选择适当的实验方法。⑷ 选择需要的仪器与药品。⑸ 设计合理的实验装置和实验探究操作步骤。⑹ 记录实验现象，分析实验结果，得出正确的结论。‎ ‎4.2 要求学生熟悉教材中实验原理及装置的特点。‎ ‎4.3强化实验探究题型的训练，教师应对学生进行审题、解题方法、思维方式训练的指导，注意答题的科学性、严谨性，答题要简明扼要。简单地说就是要做到“三会”：⑴ 会审题目。明确题探究的目的，探究的问题是什么，然后利用所学化学知识和题目提供的信息，加工后准确答题。⑵ 会思考。善于多角度综合思维，学会逆向思维方法。⑶会答题。回答问题要严谨，要全面，在保证科学性上，力求简明扼要，一语中的。‎ ‎4.4 今后中化学实验探究题考查方向研究。‎ ‎4.4.1 仍然是以课本实验为基本及实验拓展为出题的方向。‎ ‎4.4.2 运用一些化学知识及题目提供的资料，设计一些简单的实验去解决实际生活中的问题。‎ ‎4.4.3 以试题目作为载体的不受教材束缚，有关反应及有关知识的探究，如推断型探究题等。‎ 注释：‎ ‎［1］徐学福．探究学习的内涵辨析[J]．教育科学，2002，(3) ：p36‎ ‎［2］李亦菲，杨宝山．如何认识探究学习与研究性学习的关系[J] ．学科教育，2002，(12)：p36‎ ‎［3］肖川．论学习方式的变革[J]．教育理论与实践，2002，(3)：p44‎ 参考文献：‎ ‎［1］中国人民共和国教育部．基础教育课程改革纲要(试行) [M]．2002年．‎ ‎［2］中华人民共和国教育部．全日制义务教育化学课程标准(实验稿)[M]．北京：北京师范大学出版社，2001年版．‎ ‎［3］吴俊明主编．新课程理念与初中化学课程改革[M]．长春：东北师范大学出版社，2002年版．‎