解析探究性试题 培育学科核心素养

浙江 方大学

科学探究活动是学生学习化学的一种方式，科学探究是化学学科核心素养的重要组成部分。《普通高中化学课程标准》(2017年版)给化学探究活动提出了明确的要求，即认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动；能发现和提出有探究价值的问题；能从问题和假设出发，依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论；能和同学交流实验探究的结果，提出进一步探究或改进的设想；能尊重事实和证据，破除迷信，反对伪科学；养成独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神。

探究型试题涉及的知识一般为课内知识，其中注重的是真实情境下研究问题、分析问题的过程和方法，设问点可以是问题的名称，信息、数据整合与应用，实验过程的完善、分析、比较、评价和改进，对给出实验现象的解释(尤其是异常现象的解释),根据实验对未知实验现象的大胆预测等。随着课程改革和高考改革的进行，培养学生终身学习的能力、信息搜集与数据整合的应用能力、探究能力将越来越被重视。现结合高考试题对探究型试题的命题基本原则、呈现过程、常见题型进行分析。

一、基本原则

(1)真实性原则：所设计的情境应该源于真实的生产、生活、实验，不能凭空捏造。情境和有价值的实验密切关联，体现探究性和实用性。

(2)科学性原则：要想某个实验更能够说明问题，一般要设计一个对照性的实验；所设计的实验中的平行反应，试剂的取用应该是等量的；对多因素影响的实验，要研究某个因素的影响，要人为控制条件，使众多变量中，只能在单因子的变量条件下探究等。

(3)体验性原则：让学生经历探究的全过程或某些关键环节，再现一个从困顿到澄明的问题解决过程，在解题过程中认识到科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动，达到有效评价学生探究素养的目的。

二、探究过程

科学探究过程包括提出问题和假设、设计方案、实施实验、获取证据、分析解释或建构模型、形成结论及交流评价等核心要素。教师应指导学生从问题和假设出发，明确研究目的，依据研究目的设计方案，基于证据进行分析和推理。

三、常见题型

1.数据图形分析探究型：(2017·北京·26·节选)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程如图1：

图1

资料：TiCl4及所含杂质氯化物的性质

化合物SiCl4TiCl4AlCl3FeCl3MgCl2沸点/℃58136181(升华)3161 412熔点/℃-69-25193304714在TiCl4中的溶解性互溶———微溶难溶

(1)氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。

①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)，氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据图2判断：CO2生成CO反应的ΔH________(填“>”“<”或“=”)0，判断依据：_______。

②氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有________。

(2)精制过程：粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。如图3所示：

物质a是____________，T2应控制在____________。

【点评】本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握流程中发生的反应、混合物分离提纯为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意反应原理与实验的结合。

备考建议：(1)观察数据、图形要全面、仔细；(2)结合原有知识，分析角度要全面；(3)影响变量要遵循“多定一变”的原则。

2.实验方案选择评价型：(2017·江苏·19)某科研小组采用如图4方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低,对实验的影响可忽略)。

(1)“氧化”阶段需在80℃条件下进行,适宜的加热方式为____________。

(2)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2，该反应的化学方程式为____________。

HNO3也能氧化Ag，从反应产物的角度分析,以HNO3代替NaClO的缺点是____________。

(3)为提高Ag的回收率,需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤,并____________。

(4)若省略“过滤Ⅰ”,直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水,则需要增加氨水的用量,除因过量NaClO与NH3·H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应),还因为____________。

(5)请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案:____________(实验中须使用的试剂有:2 mol·L-1水合肼溶液,1 mol·L-1H2SO4)。

(1)“氧化”阶段需在80℃条件下进行，不超过水的沸点，则适宜的加热方式为水浴加热，故答案为水浴加热。

(3)为提高Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中，减少Ag的损失。故答案为将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中。

(4)若省略“过滤Ⅰ”，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量NaClO与NH3·H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应)，还因为未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl-，不利于AgCl与氨水反应。故答案为未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl-，不利于AgCl与氨水反应。

(5)由信息③可知，从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案为向滤液中滴加2 mol·L-1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 mol·L-1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置、过滤、洗涤、干燥。故答案为向滤液中滴加2 mol·L-1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 mol·L-1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置、过滤、洗涤、干燥。

【点评】本题考查混合物分离提纯，为高频考点，把握流程中发生的反应、混合物分离提纯方法、实验技能为解答的关键，侧重分析能力和实验能力的考查，注意信息的应用及实验设计。

备考建议：(1)根据题的要求，利用自己的知识，仔细分析流程图中每步操作的实验原理和物料进出。(2)对实验方案优劣评价的角度常见有绿色化学(环保)、原子经济、实验条件的可行性等。

向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。

(1)检验产物

①取少量黑色固体，洗涤后，(填操作和现象)，证明黑色固体中含有Ag。

②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有。

(2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3+，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+，乙依据的原理是(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验：

①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：

序号取样时间/min现象ⅰ3产生大量白色沉淀;溶液呈红色ⅱ30产生白色沉淀,较3 min时量少;溶液红色较3 min时加深ⅲ120产生白色沉淀,较30 min时量少;溶液红色较30 min时变浅

(资料：Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)

②对Fe3+产生的原因作出如下假设：

假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3+；

假设b：空气中存在O2，由于(用离子方程式表示)，可产生Fe3+；

假设d：根据现象，判断溶液中存在Ag+，可产生Fe3+。

③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。

实验Ⅰ：向硝酸酸化的溶液(pH≈2)中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液。3 min时溶液呈浅红色，30 min后溶液几乎无色。

实验Ⅱ：装置如图。其中甲溶液是________，操作及现象是________。

(3)根据实验现象，结合方程式推测实验ⅰ～ⅲ中Fe3+浓度变化的原因：________。

【点评】本题涉及物质的性质探究，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，注意把握物质的性质以及实验的严谨性和可行性的评价。

备考建议：(1)对于题中的异常现象要根据自己的原有知识进行大胆的排查、推测。(2)推测的正确性要靠实验来验证，如果题中给出验证实验，要仔细分析其是否合理；如果题中没给出验证实验，自己要设计合理的实验验证。