化学实验命题发展的新方向，本文主要内容关键词为：命题论文,化学实验论文,方向论文，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。
2002年《考试说明》对理科综合能力测试中的“设计和完成实验的能力”作了更明确的阐述，其考查主要分为以下两个方面：
第一，独立完成实验的能力。包括理解实验原理、实验目的，了解实验仪器和试剂，掌握实验方法步骤，会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题，会观察、分析和解释实验中产生的现象、数据，并得出合理的实验结论。
第二，能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法以及使用过的仪器，设计简单的实验方案处理相关的实验问题。
在实际命题中，化学实验内容往往会成为考查“设计和完成实验的能力”的一个重点，以下几种形式是这个考查目标新的发展方向。
一、以相互联系的课本实验为素材，向小课题研究方向发展
广义地讲，一个化学实验就是一个微型的课题，这一点已经在高考中有所体现。做每一个实验之前，首先应了解该实验的目的、理解该实验的原理、熟悉该实验所要用到的实验仪器和试剂。实验过程中记录实验现象，分析和研究实验数据。实验结束后完成实验报告。这一系列的程序看起来好象是流水帐，实际上，其中包含着一般的科学研究的方法和步骤。所以理科综合能力测试中，常有一些实验试题是从这个角度入手来编制的。
例1 某同学做同周期元素性质递变规律实验时， 自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象如下表。
实验方案实验现象
①用砂纸擦后的镁带与沸水A.浮于水面,熔成小球,在水面
反应,再向反应液中滴加酚酞
上无定向移动,随之消失,溶液变
成红色
②向新制的H[,2]S饱和溶液中 B.产生大量气体,可在空气中燃烧,
滴加新制的氯水 溶液变成浅红色
③钠与滴有酚酞试液的冷水反 C.反应不十分剧烈,产生的气体可
应 以在空气中燃烧
④镁带与2mol·L[-1]的盐酸 D.剧烈反应,产生的气体可以在空
反应气中燃烧
⑤铝条与2mol·L[-1]的盐酸 E.生成白色胶状沉淀,继而沉淀消失
⑥向氯化铝溶液中滴加氢氧化 F.生成淡黄色沉淀
请你帮助该同学整理并完成实验报告。
（1）实验目的：_______________。
（2）实验用品：仪器___________；
药品________________。
（3）实验内容：（*填写题给信息表中的序号）
（4）实验结论：________________。
（5）请用结构理论简单说明具有上述结论的原因。
（6）请你补充一组简单易行的实验方案， 证明此周期中另外两种元素的性质递变规律。
解析：该试题相当于一个研究性小课题，同学们对题给表格中所列出的6个小实验的有关实验现象和反应原理是熟悉的。 如果仅仅是要求答出每个小实验的现象、写出反应式等，想必绝大多数同学不会有困难。但题中给出的每个小实验只是研究课题中的一个研究步骤，而且步骤不完整、步骤的排列凌乱，要求从中整理、分析得出整个研究课题的目的、结论，并且补充欠缺的实验项目等，考查能力的要求就大大提高了。
（1）先分析每个实验可得出的结论：①镁跟水反应的难易、 氢氧化镁的碱性强弱；②Cl[,2]能从H[,2]S中置换出S； ③钠跟水反应的难易、氢氧化钠的碱性强弱；④、⑤可分别得出镁、铝跟盐酸置换反应的难易；⑥氢氧化铝是一种两性氢氧化物。把上述分析结果连成一个整体来看，可发现这6 个实验都是研究第三周期元素的单质和化合物的性质，从中可定性地比较出钠、镁、铝三种元素的金属性强弱的氯、硫两种元素的非金属性强弱。所以，这一套实验的目的是“验证第三周期元素从左到右金属性递减、非金属性递增的规律。”
（2）回忆每个实验过程可知，这些实验要用到的仪器有：试管、 酒精灯、砂纸、镊子、小刀、胶头滴管等。要用到的药品有：镁条、钠、铝条、新制氯水、新制饱和硫化氢溶液、2mol·L[－1]的盐酸、2mol·L[－1]的NaOH溶液、蒸馏水、酚酞、2mol·L[－1]的AlCl[,3]溶液。
（3）根据元素周期表第三周期元素的排列顺序， 可确定实验操作顺序和相关的实验现象等（如下表）。
（4）金属性：Na＞Mg＞Al；
非金属性：S＜Cl.
（5）Na、Mg、Al、S、Cl，原子核外都有三个电子层，但最外层电子数依次为1、2、3、6、7，原子半径随电子数增多而减小， 所以核对最外层电子的吸引力依次增强，失电子能力减弱，得电子能力增强。
（6）第三周期还有硅、磷两种元素， 要完整的比较出这些元素的金属性和非金属性，必须要补充实验。联系元素最高价含氧酸的酸性与元素非金属性的关系，可以从比较硅酸、磷酸、硫酸的酸性强弱来比较Si、P、S元素的非金属性强弱。在中学化学知识范围内可设计出下列三种方案：
方案一：测定0.1mol.L[－1]的Na[,2]SiO[,3]、Na[,3]PO[,4]、Na[,2]SO[,4]的pH，由此判断三种盐溶液的水解能力，得出硅酸、磷酸、硫酸三种最高价含氧酸的酸性强弱顺序，进而得出硅、磷、硫三种元素非金属性强弱的顺序。
方案二：测定硅酸、硫酸、磷酸溶液的pH。
方案三：在硅酸钠溶液中滴加磷酸溶液，可发生反应：SiO[2－][,3]＋H[,3]PO[,4]＝H[,2]SiO[,3]↓＋HPO[2－][,4]。
在磷酸镁沉淀中滴加稀硫酸溶液，沉淀可溶解：Mg[,3]（PO[,4]）[,2]＋4H[＋]＝3Mg[2＋]＋2H[,2]PO[－][,4]。
二、定性与定量问题交织于一体，从“理想化”向“真实化”方向发展
中学化学中所涉及的实验大多是经过严格挑选，实验条件经过较周密的设计，实验现象、实验结果等基本上说一是一，与真实的科学研究有相当的距离。实际上，实验现象的分析推测、实验结果的研究处理等都会涉及到定量问题，同一实验在不同条件下可能会产生不同的结果，许多实验试题在这一方面作了突破，使试题中所涉及的问题跳出“理想化”，更趋真实性。
例2 无水亚硫酸钠隔绝空气受热到600℃便开始分解，分解产物是硫化钠和另一种固体。某学生将无水亚硫酸钠受热后的试样溶于水制成浓溶液，用下图所示的实验装置进行实验。他向试样溶液中缓缓地逐滴加入稀盐酸，根据实验现象判断固体试样含有什么成分。
（1）无水亚硫酸钠受热分解的反应式是_________；装置中氢氧化钠溶液的作用是___________。
（2）如果加热温度低于600℃，在向所得固体的试样溶液中缓缓滴加稀盐酸至足量，所观察到的现象是__________。解释上述现象的离子方程式是___________。
（3）如果加热温度在600℃以上，在向所得固体的试样溶液中缓缓滴加稀盐酸至足量，若观察到硫酸铜中出现黑色沉淀，则其它装置中可能出现的现象是：
试样溶液：___________；解释这种现象的离子方程式是_______。品红溶液：____________；出现这种现象的原因是__________；滴加足量盐酸后，烧瓶内除Cl[－]离子外，另一种浓度较大的阴离子是（填离子符号）___________；检验烧瓶中的这种离子的实验步骤是________。
（4）若加入了足量的稀盐酸后， 品红溶液和硫酸铜溶液中仍无明显的现象发生，原因是___________。
解析：亚硫酸钠在600℃以上可分解，这在中学化学中未介绍， 但根据题示信息可推出分解产物。根据
另一种固体”，可从硫元素化合价变化进行推理分析，另一种固体中硫元素的化合价应高于＋4价，所以这种固体是Na[,2]SO[,4]。
（1）反应式为：
从中可得出，装置中会产生SO[,2]、 H[,2]S等气体，考虑到这些气体都不能直接排放到空气中，所以氢氧化钠溶液的作用是吸收SO[,2]或H[,2]S。
（2）温度低于600℃时，Na[,2]SO[,3]不能分解。滴入盐酸时，盐酸可跟Na[,2]SO[,3]反应产生SO[,2]气体。所以现象为：当盐酸滴到一定量时，试样溶液中开始不断地冒出气泡，品红溶液中有气泡冒出并开始逐渐褪色，稍后硫酸铜溶液也有气泡冒出。离子方程式是：
（3）温度高于600℃时，Na[,2]SO[,3]开始分解，所得固体可能是Na[,2]SO[,3]、Na[,2]S等的混合物。滴入稀盐酸时，SO[2－][,3]、S[2－]可在酸性条件下转化为单质硫。根据“硫酸铜中出现黑色沉淀”可得出，烧瓶中没有SO[,2]放出。所以试样溶液出现的现象是：有淡黄色沉淀生成并有气泡冒出。SO[2－][,3]＋2S[2－]＋6H[＋]＝3S↓＋3H[,2]O，S[2－]＋2H[＋]＝H[,2]S↑。品红溶液不褪色；因为加热后的固体试样中所含亚硫酸钠和硫化钠的物质的量之比小于1∶2，在酸性溶液中反应，Na[,2]S过量，产生气体只含H[,2]S，不含SO[,2]。另一种浓度较大的阴离子是SO[2－][,4]；取烧瓶内上层清液，滴入盛有BaCl[,2]溶液的试管内，出现白色沉淀，说明含有SO[2－][,4]。
（4）品红溶液和硫酸铜溶液中都没有明显现象， 说明在烧瓶中没有放出SO[,2]，也没有放出H[,2]S，进而可推出，加热后的固体试样中所含亚硫酸钠和硫化钠的物质的量之比恰好等于1∶2，在酸性溶液中两者恰好完全反应，不产生H[,2]S和SO[,2]。
三、实验试题的取材更侧重于生活和生产实际，向知识的应用性方向发展
化学知识和化学实验手段在生活、生产等方面都有极其广泛的应用，中学化学中许多实验方法就可直接应用于解决实际问题。当然实际问题本身，与学科中所学到的内容是有一定距离的，以实际问题为素材所编制的实验试题更强调知识的应用性，问题的复杂性会更大。
例3 中央电视台每晚十时四十五分《晚间新闻》之后， 都要预报42个重点城市的空气质量，预报中一般是将这些城市空气中的SO[,2]含量和可吸入颗粒的含量（可用g·cm[－3]表示）分为8个等级。目前，测定空气中SO[,2]含量时主要用一些氧化还原反应。
假如给你一个气体流速管（单位时间内通过气体的体积恒定，且无除尘和吸收气体作用），请你设计一个实验装置，测定你所在地区空气中SO[,2]和可吸入颗粒的含量。已知：SO[,2]气体与酸性KMnO[,4]溶液反应时，MnO[－][,4]被还原为Mn[2＋]，SO[,2]被氧化为SO[2－][,4]。
现有药品：0.1mol·L[－1]的酸性KMnO[,4]溶液、颗粒吸附剂、品红试液、pH试纸。
现有仪器：密闭容器用“□”表示，敞口仪器用
表示； 导管用“—”或
表示；气体流速管用“ ”表示。
（1）配制200mL0.1mol·L[－1]的酸性KMnO[,4]溶液需用到的仪器有玻璃棒、_________、___________、__________等，玻璃棒的作用是__________、_________。
（2）画出测定空气中SO[,2] 和可吸入颗粒含量的实验装置图（并指出仪器中的药品）。
（3）若气体流速管中气体流速为a cm[3].min[－1]，当t min 时，200mL0.1 mol·L[－1]的酸性KMnO[,4]溶液恰好褪色。求空气中SO[,2]的含量（g·cm[－3]）。
（4）若要测定空气中可吸入颗粒的含量， 需要测出的数据有__________。
空气中SO[,2]的含量还可用检测管测定，其原理是：与指示剂KIO[,3]发生作用，可能发生的反应（未配平）有：
①KIO[,3]＋SO[,2]＋H[,2]O—I[,2]＋H[,2]SO[,4]＋KHSO[,4]
②KIO[,3]＋SO[,2]＋H[,2]O—KI＋H[,2]SO[,4]
（5）检气管是按照上述二个化学方程式中的________ 方程式设计的。如果是按另一方程式设计实验程序，能检测出空气中的二氧化硫的含量吗？____________（填“能”或“不能”或“无法确定”），理由是___________。
（6）若用KIO[,3]溶液来吸收SO[,2]，为了能够准确地测定空气中的二氧化硫的含量，拉动采样器的手柄时应该注意__________，理由是__________。
解析：试题以天气预报切入，以大气中SO[,2]和可吸入尘粒的测量为素材，使人感到既亲切又新颖。虽然有关的实验操作方法、化学反应原理都是中学化学中常见的内容，但要把学到的知识用来解决这一实际问题，还是有一定的难度。
（1）回忆有关“一定物质的量浓度溶液的配制”实验， 可得出还需要的仪器有：容量瓶、胶头滴管、烧杯、托盘天平；玻璃棒的作用是“搅拌、引流”。
（2）由于空气中的固体尘粒容易被其它溶液吸收， 所以应先通过颗粒吸附剂，再通过酸性高锰酸钾溶液，实验装置图如下：
（3）SO[,2]跟酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式为：
5SO[,2]＋2MnO[－][,4]＋2H[,2]O＝2Mn[2＋]＋5SO[2－][,4]＋4H[＋]
0.02molKMnO[,4]可跟0.05molSO[,2]完全反应，所以空气中SO[,2]的含量为：
（0.05×64）／at＝（3.2／at）（g·cm[－3]）
（4）除了空气的流速外，还应测出吸收前和吸收后颗粒吸附剂、 棉花和盛放仪器的质量。
（5）反应①中生成的产物有I[,2]，使溶液变棕色，反应②中每种产物都显无色，所以可根据反应①设计SO[,2]的检气管。不能按反应②来设计检气管，因为该反应不能使溶液的颜色发生变化。
（6）能否准确测定的关键是SO[,2]能否被完全吸收，要使SO[,2]完全被吸收，拉动采样器的手柄时应该注意既不能太快，也不能太慢。太快时，SO[,2]不容易被充分氧化；太慢时，IO[－][,3]易被还原成I[－]。
从以上数例分析可看出，有关实验内容的试题，往往会综合考查多方面的能力，所以在化学学习中，要学会独立地做好基本实验，学会自主思考，还要利用实验选学课，接触一些与实际问题联系比较紧密的实验小课题，从中增强才干，提高综合能力。