2022年高考化学实验试题的情境化分析——以2022年全国12套高考化学试题为例

张市场

(山东省聊城市茌平区第一中学)

2019年《中国高考评价体系》指出情境是考查载体,要求学生能够在真实情境中运用所学解决问题,展现综合素质。新高考以来,情境化已成为试题命制的发展趋势之一,有效的情境创设可以最大化地发挥情境的作用,实现高考由传统的“知识立意” “能力立意”评价向“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”综合评价的转变。

在化学实验试题中通过实物图片、模型图像、工艺流程图、文字信息描述等,创设实验探究情境、日常生活情境、化学史料情境等,引发学生的学习兴趣,使学生在轻松的学习情境中获得知识。化学一线教师和教育研究者应在研究命题意图、探究实验试题特点、推导命题规律的基础上,挖掘出试题背后所隐藏的学科核心素养内容,并强化学生对于化学学科能力的训练,使认知结构完善。因此,有必要就高考化学中的化学实验题进行情境化分析。

2022年全国高考化学试卷有——全国甲卷、全国乙卷;新高考卷:广东卷、福建卷、重庆卷、江苏卷、辽宁卷、湖南卷、湖北卷、河北卷、海南卷、山东卷;自主命题:北京卷、天津卷、浙江卷、上海卷,共计17套卷(浙江卷1月、6月两套)。除福建卷、重庆卷、河北卷、天津卷、上海卷5套卷外,统计已经发布的12套试卷,作为样本研究分析。

一、题型结构、分值比重分析

对2022年全国高考化学12套题实验题题型结构、分值进行统计分析,结果如表1。

表1 2022年全国高考化学实验题题型结构、分值比重分析

2022年高考化学在实验原理的理解、实验方案的设计、实验操作目的等方面加强了设计,考查学生的实验能力和科学探究能力,充分发挥对高中实验教学的积极导向作用,引导教学重视实验探究。例如全国甲卷第27题实验题考查硫化钠的纯化,兼顾实验原理、实验操作、化学方程式的书写、硫化物的性质、晶体的获取的设计与探究。从试题的题型结构来看,每套试卷均有1～5道实验选择题,注重考查教材中的基础实验,以山东卷5道为最多,其次为北京卷。每套试卷均有1～3道非选择题的实验综合题,主要以书本中必考的“化学实验”为基础,考查学生实验探究的能力,以浙江卷1月考试中3道为最多,其次为浙江卷6月、海南卷。

由图1信息可得:从2022年12套化学试卷中实验试题所占分值为17～30分,得出各地实验试题所占比重差别较大。每套试卷的实验试题都涉及选择题和填空题这两种题型,选择题考查了学生对实验室制备常见物质的方法的应用,以及如何对重点考查的化学物质进行检验、鉴别、分离和提纯,还有常用仪器的使用方法,常用试剂的选择、作用分析与评价等基础知识的掌握情况;填空题一般考查重难点知识,试题中会出现陌生的实验装置、情境或实验流程、不同的设问方式,通过这些考查学生的关键能力。

图1 2022年全国高考化学实验题题型结构、分值比重分析

二、实验试题的情境化分析

(一)实验试题的情境分类

教育部教育考试院命题专家评析2022高考题时说,“2022年高考化学试题坚持将课程标准作为命题的主要依据,以陌生的情境考查学生熟悉的知识内容,既满足高等学校选拔要求,又有利于学生实际水平的发挥,引导学生从不同角度认识化学反应规律,有效促进基础教育与高等教育的衔接。” “试题素材情境取材广泛,围绕与化学关系密切的材料、生命、环境、能源与信息等领域,通过对应用于社会生产实践中化学原理的考查,充分体现出化学学科推动科技发展和人类社会进步的重要作用,凸显化学学科的社会价值。”

参考已有研究,结合化学学科特点,以教材和日常生活中具体情境内容作为依据,将实验试题中的情境类型分为:实验化学情境、教材情境、工业生产情境和资源利用情境四种。实验试题真实情境呈现方式分类如表2所示。

表2 实验试题真实情境呈现方式分类

(二)实验试题的典型情境示例

1.实验化学情境示例

【例1】(2022年北京卷,19题节选)某小组同学探究不同条件下氯气与二价锰化合物的反应。

资料:

ⅲ.Cl2的氧化性与溶液的酸碱性无关,NaClO的氧化性随碱性增强而减弱。

实验装置如图(夹持装置略)。

序号物质aC中实验现象通入Cl2前通入Cl2后Ⅰ水得到无色溶液产生棕黑色沉淀,且放置后不发生变化Ⅱ5% NaOH溶液产生白色沉淀,在空气中缓慢变成棕黑色沉淀棕黑色沉淀增多,放置后溶液变为紫色,仍有沉淀Ⅲ40% NaOH溶液产生白色沉淀,在空气中缓慢变成棕黑色沉淀棕黑色沉淀增多,放置后溶液变为紫色,仍有沉淀

(4)根据资料ⅱ,Ⅲ中应得到绿色溶液,实验中得到紫色溶液,分析现象与资料不符的原因:

原因一:可能是通入Cl2导致溶液的碱性减弱。

①用化学方程式表示可能导致溶液碱性减弱的原因

,

但通过实验测定,溶液的碱性变化很小。

②取Ⅲ中放置后的1 mL悬浊液,加入4 mL 40% NaOH溶液,溶液紫色迅速变为绿色,且绿色缓慢加深。溶液紫色迅速变为绿色的离子方程式为________________________,溶液绿色缓慢加深,原因是MnO2被________(填化学式)氧化,可证明Ⅲ的悬浊液中氧化剂过量。

③取Ⅲ中放置后1 mL悬浊液,加入4 mL水,溶液紫色缓慢加深,发生的反应是

________________。

④从反应速率的角度,分析实验Ⅲ未得到绿色溶液的可能原因____________________________________。

北京卷最具有特点的题是实验探究题,本题就是按照科研正常的思路来设计的,通过这样的题目培养学生的实验技能和实验探究能力。第19题,通过实验室制氯气的基础实验,展开相关实验探究,研究不同实验条件下物质颜色的变化,蕴含了反应规律及速率对化学反应的影响。通过应用对比实验、变量控制等学科思想方法,进行实验现象的分析和证据推理,得出相应结论。

2.教材情境示例

【例2】(2022年山东卷,6题)实验室用基准Na2CO3配制标准溶液并标定盐酸浓度,应选甲基橙为指示剂,并以盐酸滴定Na2CO3标准溶液。下列说法错误的是

( )

A.可用量筒量取25.00 mL Na2CO3标准溶液置于锥形瓶中

B.应选用配带塑料塞的容量瓶配制Na2CO3标准溶液

C.应选用烧杯而非称量纸称量Na2CO3固体

D.达到滴定终点时溶液显橙色

【详解】量筒的精确度不高,不可用量简量取Na2CO3标准溶液,应该用碱式滴定管或移液管量取25.00 mL Na2CO3标准溶液置于锥形瓶中,A说法错误;Na2CO3溶液显碱性,盛放Na2CO3溶液的容器不能用玻璃塞,以防碱性溶液腐蚀玻璃产生有粘性的硅酸钠溶液而将瓶塞粘住,故应选用配带橡胶塞的容量瓶配制Na2CO3标准溶液,B说法正确;Na2CO3有吸水性且有一定的腐蚀性,故应选用烧杯而非称量纸称量Na2CO3固体,C说法正确;Na2CO3溶液显碱性,甲基橙滴入Na2CO3溶液中显黄色,当滴入最后一滴盐酸时,溶液由黄色突变为橙色且半分钟之内不变色即为滴定终点,故达到滴定终点时溶液显橙色,D说法正确。

本题情境取自高中化学人教版教材(2019)选择性必修一65～66页“酸碱中和滴定”,及89～91页“实验活动2—强酸与强碱的中和滴定”,实验步骤、仪器、指示剂均直接来自教材,B选项“配制一定物质的量浓度的溶液”取自高中化学人教版教材(2019)必修一54～56页。在滴定试剂上稍有变化,用Na2CO3取代了NaOH,考查了学生的实验基础知识和实验探究能力。

3.工业生产情境示例

【例3】(2022年浙江卷1月,30题节选)某兴趣小组用四水醋酸锰[(CH3COO)2Mn·4H2O]和乙酰氯(CH3COCl)为原料制备无水二氯化锰,按如图流程开展了实验(夹持仪器已省略):

已知:①无水二氯化锰极易吸水潮解,易溶于水、乙醇和醋酸,不溶于苯。

本题以陌生的无水二氯化锰制备为背景,不仅考查学生实验的基础知识、基本实验操作、实验方法,更重要的是考查学生的实验思维能力,体现实验题独特的能力测评和素养价值。

4.资源利用情境示例

【例4】(2022年江苏卷,16题节选)实验室以二氧化铈(CeO2)废渣为原料制备Cl-含量少的Ce2(CO3)3,其部分实验过程如下:

(3)通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程,可制备Cl-含量少的Ce2(CO3)3。已知Ce3+能被有机萃取剂(简称HA)萃取,其萃取原理可表示为

①加氨水“中和”去除过量盐酸,使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是____________________________________。

②反萃取的目的是将有机层Ce3+转移到水层。使Ce3+尽可能多地发生上述转移,应选择的实验条件或采取的实验操作有________(填两项)。

③与“反萃取”得到的水溶液比较,滤去Ce2(CO3)3沉淀的滤液中,物质的量减小的离子有________(填化学式)。

【详解】①减少氢离子,使萃取的过程右移,促进Ce3+被萃取;②根据反萃取原理可知,应选择的实验条件是酸性条件,为了使Ce3+尽可能多地发生上述转移,可以采用多次萃取;③“反萃取”得到的水溶液中含有浓度较大的H+和Ce3+,过滤后溶液中H+和Ce3+离子浓度较小,故答案为:H+、Ce3+。

本题利用生产生活中的废旧资源回收利用情境引入试题,在陌生环境下考查了过滤、萃取、反萃取、滴定等实验操作及实验探究能力。体现了资源利用的环保理念,渗透了“科学态度与社会责任” “科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。

(三)实验试题的情境化分析

2022年全国12套化学实验试题情境统计如表3所示。

表3 2022年高考化学实验试题的情境化分析

图2 2022年高考化学实验试题的情境化分析

图3 2022年高考化学实验试题的情境类型占比分析

从图表可以得出,2022年高考实验试题以“工业生产” “实验化学” “教材” “资源利用”等作为情境,且以“实验化学”情境37%占比最多。试题情境的选材与教材内容、日常学习、生活经验和社会大环境分不开,也体现了情境的广泛性和有用性,学生能通过对社会生活中的热点问题的关注形成绿色化学的观念。由此,学生要主动关注与化学相联系的社会热点情境,并积累素材,能利用化学知识内容创造性地解答生活难题,注重学科素养和关键能力的培养。

三、化学实验试题情境化教学建议

新高考中学科素养更加突出,将从情境的选取、试题的立意等多个方面对实验试题创新,更加关心学生提出与解答问题的能力、分析材料信息的能力、总结结论过程中表现出来的综合素质和核心素养。所以在实验教学的设计、实验评价能力的促进和学习实验的方法的交流讨论方面,要求我们在教学实践时付出努力。

(一)从教材情境出发

在实验教学时,回顾教材内的实验情境,对物质的制备实验、实验基础知识、实验操作的方法及其意义、实验原理等进行巩固,并引导学生整合。如探究实验室制备氯气的方法、验证二氧化硫的性质、乙酸与乙醇制备乙酸乙酯并进行收集纯化。引导学生合理地进行拓展,传统且经典的教材案例虽然能够起到一定的启蒙作用,但若是过于注重采用书本上面的典型案例作为化学实验的主要授课内容,知识面的拓展将会受到很大的限制,同时也不容易提起学生自主学习的积极性。

(二)以实验化学情境探究

积极开展探究性教学,提升科学问题解决能力。化学是一门以实验为基础的科学,中学化学教师在日常教学过程中针对常规实验进行深度探究,有利于培养学生的科学问题解决能力。无论是高校招生制度改革、高中育人方式改革,还是指导教学的中小学课程标准,或指导命题评价的高考评价体系,都将目标指向创新人才的培养,指向创造性思维的培育。

例如在高三一轮复习“陌生氧化还原反应方程式的书写”中,实验小魔术引入——“水”变“可乐”(稀硫酸酸化的H2O2溶液+KI溶液),观察到的现象是什么?生成物是什么?学生分组讨论微观原因,书写离子方程式,总结书写陌生氧化还原反应方程式的思维模型:电子守恒—电荷守恒—原子守恒。运用思维模型解决问题:“火龙果”变“凉白开”(KMnO4溶液+H2O2溶液),问题:通过现象推测的产物是什么?H2O2只做氧化剂吗?加入稀硫酸后再次观察现象,氧化性、还原性还与什么有关?书写离子方程式。深入探究:“冒泡的雪碧”(H2O2溶液+MnO2),问题:H2O2体现什么性质?正向配平与逆向有何区别?总结书写的思路和方法。真实实验情境,引发探究问题,认识思路结构化,深入探究,在解决问题中发展结构化思路,诊断并发展学生的认知水平。

(三)应用于化工生产情境

人教版(2019)高中化学必修第一册和必修第二册中的教材情境包含了工业制氢氧化钠、海水中提取溴、电子工业中制作印刷电路板等化工实际情境。化学实验多放大应用于工业生产,在实验题中通过工艺流程图和文字信息创设化工实际情境是必然趋势。可以让学生从理解反应原理、原料的选择和处理、生成物的纯化与收集、尾气的处理等角度进行思考,培养学生综合的核心素养。