高考化学实验试题的创意与设计，本文主要内容关键词为：创意论文,试题论文,化学实验论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
分析近几年的高考化学试题，不难发现综合性实验试题其内容通常是给出新的实验装置完成某一定性或定量实验，要求运用已有知识理解实验的原理；或者是给出适当的信息要求设计出新的实验过程或实验装置。这2类试题近几年来交替出现。因为实验本身是新的，是教材上不曾出现过的，因此都带有信息题的性质，都需要根据试题中提供了一些可供选择的实验药品、实验仪器、实验装置或和实验方案，要求学生通过分析和综合、比较和论证、类比和创新，设计、评价实验装置和实验方案。此类试题因为能较好体现能力立意，突出考查实验能力和创新能力，受到了高考命题专家的青睐和中学教师的好评。2003年全国高考理科综合能力测试卷的33题、2003年上海市高考化学试卷的27题的命题再次证明了这一点。
一、高考实验装置、操作的创意与设计的要求
为了达到某种特殊的实验目的，有时需要利用一些常用的仪器，通过进行必要的改进和装配，以完成合乎实验要求的创意与设计。这需要我们认真分析领悟实验意图，灵活掌握有关仪器的组成、结构、性能特点等，然后匠心独运，巧妙创意。
实验创意与设计的基本要求是：①科学性——实验原理、实验操作程序和方法必须正确；②安全性——尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险的操作；③可行性——所选用的药品、仪器、设备、方法等，在中学现有的实验条件下能够得到满足；④简约性——装置简单，实验步骤和药品用量少，能在短时间内完成。依据上述要求设计（选出）安全性好、药品易得、操作简便、装置简单、现象明显、产品纯净的最佳方案。
二、高考实验装置、操作的创意与设计例释
对于实验设计题，要求学生联系（联想、联靠）所学过的实验知识、操作技能、基本装置，进行知识类比、迁移和重组，全面、周密地思考才能设计出正确的实验装置、实验方案和回答提出的问题。下面通过具体几个实例探讨之。
1.启普发生器原理式反应器的设计
启普发生器的操作原理是利用气压知识使固、液接触或脱离，控制对气体反应随即产生或停止，使之控制反应的发生。若无启普发生器，可根据启普发生器反应原理设计出多种简易启普发生器。
装置（Ⅰ）～（Ⅴ）：若打开活塞，则酸液与块状固体接触，发生反应，产生的气体由支管导出；若关闭活塞，则酸液与块状固体脱离接触，反应自行停止。需要时再打开活塞，又可以使气体发生。
装置（Ⅵ）：依靠铜丝向下或向上提取，使固、液接触或脱离，控制反应产生或停止，实现对反应的控制。
高考回顾：1995年上海市高考题考查了给出实验仪器、药品设计装置（Ⅲ）；2002年上海市高考题考查了装置（Ⅰ）的适用范围；2001年全国理综卷考查了装置（Ⅱ）操作及用途。
2.防止液体倒吸发生装置的设计
在某些实验中，由于吸收液的倒吸，会对实验产生不良的影响，如玻璃仪器的炸裂，反应试剂的污染等，因此，在有关实验中必须采取一定的措施防止吸收液的倒吸。防止倒吸一般采用下列措施：
（1）切断装置：将有可能产生液体倒吸的密闭装置系统切断，以防止液体倒吸。如隔离式装置（Ⅰ）、（Ⅱ）。
（2）设置源头化解装置：在接近液面的导气管一端连一个具有容积较大、蓄液能力强的仪器（如漏斗、干燥管等），且让其接触液面。如装置（Ⅲ）、（Ⅳ）。
（3）设置蓄液装置：当吸收液发生倒吸时，倒吸进来的吸收液被预先设置的蓄液装置贮存起来，以防止吸收液进入受热仪器或反应容器。这种装置又称为安全瓶。如装置（Ⅴ）。
（4）设置平衡压强装置：为防止反应体系中压强减小，引起吸收液的倒吸，可以在密闭装置系统中连接一个能与外界相通的装置，起着自动调节系统内外压强差的作用，防止溶液的倒吸。如图（Ⅵ）。
高考回顾：1993年全国高考卷考查了装置（Ⅲ）防倒吸的原因，1996年全国高考卷考查了装置（Ⅴ）；1997年全国高考卷考查了用装置（Ⅵ）作安全瓶防止倒吸和检查装置是否堵塞。
3.测量气体的体积装置的设计
利用气体不溶于某些液体的性质（如H[，2]不溶于水，Cl[，2]不溶于饱和食盐水），可用排液法粗略测量气体的体积。根据给出的仪器和实验目的不同，可设计如下多种量气装置。
实验操作水平的高低决定了测量误差的大小。为减少量气误差，应注意：
装置（Ⅰ）：反应后应恢复到室温再读数，实验前集气瓶应充满水。气体体积即量筒中水的体积。
装置（Ⅱ）：读数时应上下移动乙管，使甲、乙2管液面相平。读取反应前后甲管中液面体积读数的差值即为气体体积。
装置（Ⅲ）：测量收集到气体体积，应先使气体冷却至室温，再慢慢将量筒下移，使量筒内外液面高度相同，再读取读数。
装置（Ⅳ）：实验中水面要没过漏斗颈，量筒中装满水，反应在漏斗中进行，生成气体的体积即为量筒内气体的体积。
装置（Ⅴ）：用于测量混合气体中被吸收（或不被吸收）的体积分数。读数时球形容器和量气管液面相平，量气管内增加的水的体积等于不被反应管吸收的气体的体积。
高考回顾：1994年全国卷考查了装置（Ⅰ）；1997年上海卷考查了装置（Ⅱ）；1998年全国卷考查了装置（Ⅳ）；2001年全国卷考查了装置（Ⅲ）；2003年上海卷考查了装置（Ⅴ）。
4.喷泉实验装置的设计
喷泉实验的本质形成压强差而引发液体上喷，为此可设计多种不同的装置和采用不同的操作（如使气体溶于水、热敷或冷敷、生成气体、发生气体体积减小的反应等）来使喷泉产生。
装置（Ⅱ）：改变了胶头滴管的位置。胶头滴管挤入少量水于试剂瓶中，即可使少量溶液沿导管进入烧瓶中，导致大量的NH[，3]溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。
装置（Ⅲ）：隐去了胶头滴管。打开止水夹，用手（或热手巾等）捂热烧瓶，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉。（开放性问题，或用浸冰水的手巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶中，瓶内氨溶于水）
装置（Ⅳ）：在锥形瓶中加入能产生气体的物质，使锥形内气体压强明显增大，将液体压入烧瓶而产生喷泉。
装置（Ⅴ）：在水槽中加入能使水温升高的物质，致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。
装置（Ⅵ）：在导管中通入一定量的H[，2]S和SO[，2]，现象为：有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液喷到烧瓶内。
装置（Ⅶ）：打开①处的止水夹并向烧瓶中缓慢通入等体积的气体HCl后关闭该止水夹，待充分反应后再打开②处的止水夹。观察到先有白烟产生，后产生喷泉。
装置（Ⅷ）：先挤压胶头滴管，再打开a、c活塞，然后打开b活塞，可产生双喷泉现象。
高考回顾：全国、上海卷多次考查装置（Ⅰ）；2001年上海卷考查了变形装置图（Ⅳ）、（Ⅴ）；2002年全国理综卷考查了新情景装置（Ⅲ）。
5.具有特殊作用的实验改进装置的设计
（1）防堵塞安全装置：为防止分液漏斗中的液体不能顺利流出，用橡皮管连接成连通装置（见恒压式Ⅰ）；为防止粉末或糊状物堵塞导气管，可将棉花团置于导管口处[见防阻式（Ⅱ）、（Ⅲ）]。
（2）液封装置：为防止气体从长颈漏斗中逸出，可在发生装置中的漏斗末端套住一支小试管（见液封式Ⅳ）。
（3）防污染安全装置：灼烧式可用于除尾气CO；吸收式可用于除Cl[，2]、H[，2]S等；切断式、漏斗式适用于吸收极易溶于水的气体（如NH[，3]、HBr等）；收集式可用于收集有毒气体，防止有毒气体进入空气中。
高考回顾：1992年广东卷考查了用液封式（Ⅳ）制备H[，2]S气体；1993年全国卷考查了用漏斗式（Ⅳ）吸收HBr；1993年上海卷考查了用切断式（Ⅲ）吸收HCl；1995年上海卷考查了用恒压式（Ⅰ）制备N[，2]和用收集式（Ⅴ）收集N[，2]；2000年上海卷考查了用灼烧式（Ⅰ）除去尾气CO；2000年全国卷考查了用吸收式（Ⅱ）吸收有毒Cl[，2]。
6.Fe（OH）[，2]的制备操作装置的设计
Fe（OH）[，2]是一种白色沉淀，在空气中或在含有氧气的水溶液中很容易被氧化而变色，难以观察到它的本来颜色。对此实验可设计如下4种装置，其中装置（Ⅲ）、（Ⅳ）因反应中生成的H[，2]充满装置中，即能驱赶溶解在溶液中的O[，2]，且外界空气不容易进入装置中，使生成的Fe（OH）[，2]沉淀能较长时间保持白色。
装置（Ⅱ）：苯（或汽油）的作用是防止空气中的O[，2]进入亚铁盐溶液中。
装置（Ⅲ）：打开止水夹使产生的H[，2]充满C管（赶去试管溶液中O[，2]）中，再关闭止水夹，使FeSO[，4]溶液压入NaOH溶液中，再打开止水夹。
装置（Ⅳ）：阳极反应：Fe-2e[-]=Fe[2+]，阴极反应：2H[，2]O+2e[-]=H[，2]↑+2OH[-]，溶液中反应：Fe[2+]+2OH[-]=Fe（OH）[，2]↓，产生的H[，2]有利于排去溶液中的O[，2]，液面上的苯层使溶液与空气隔开。
高考回顾：2003年全国理综卷考查了用装置（Ⅲ）制备Fe（OH）[，2]的反应原理及操作。
本文讨论的是高考试题中一些典型实验设计题的变迁与创意，此外如气体的发生装置、收集装置，有机物的制备与合成装置，冷凝回流装置，物质性质实验装置等变式设计，因篇幅所限就不再一一分析。