高考化学开放性问题设计研究

高考化学开放性问题设计研究湖北省广水市第一高级中学 黄爱武 高中化学开放性试题是近年来出现在化学高考试卷中、用于考查学生能力的一种新题型。针对其答案多、变化灵、信息广、迁移快等特点,恰当地设计此类试题必将会为化学教学和考试改革的探索和研究开创一个全新的局面。化学开放性试题是巩固学生基础知识、基本技能和培养学生创新能力的重要手段,也是解决化学习题课效率偏低的重要方法之一。它要求学生运用发散思维以寻求多方面解决问题的办法,使学生在解决问题的过程中,体验乐趣,领悟知识,激发求知欲和创新精神,是实施创造教育的一条非常有效的途径,也是培养学生创造能力的一种良好的手段。随着新课程改革的深入,高中化学开放性试题正引起广泛的关注和应用。教育部考试中心在高考题型功能和题型改革的研究中，已高度重视关注开放型试题，强调答案的多样化，提倡考生从多个角度、多个层次回答问题。正如新课标中叙述： “能形成学生积极探究的问题情景，鼓励学生多角度、多侧面、多层次地思考问题，有助于充分调动学生的潜在能力”。现就常见的几种类型开放性试题例析如下。一、答案开放性试题（2010年福建卷25题）工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动： 探究一（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移人硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是 。（2）另称取铁钉6.0 g放入15.0 mL浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液X并收集到气体Y。甲同学认为X中除外还可能含有。若要确认其中的，应先用_(选填序号）。aKSCN溶液和氯水 b铁粉和KSCN溶液 c浓氨水 d酸性溶液乙同学取336ml（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应：然后加入足量溶液，经适当操作后得干燥固体233g。由于此推知气体Y中 的体积分数为_。探究二分析上述实验中体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含有和Q气体。为此设计了下列探究实验状置（图中夹持仪器省略）。 （3）装置B中试剂的作用是_。（4）认为气体Y中还含有Q的理由是_（用化学方程式表示）。（5）为确认Q的存在，需在装置中添加M于_（选填序号）。 aA之前 bA-B间 cB-C间 dC-D间（6）如果气体Y中含有，预计实验现象应是_。（7）若要测定限定体积气体Y中的含量（标准状况下约有28ml ），除可用测量 体积的方法外，可否选用质量称量的方法？做出判断并说明理由_。解析：本题综合考查元素化合物知识、提出假设并设计实验方案的能力和文字表达能力，开放性较强。主要考查了：浓硫酸的强氧化性，C、S与Fe及其化合物的性质。提纯除杂方法及除杂提纯剂的选择、实验结果的处理等知识。设计实验的能力及文字表达能力。（1）铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，浓硫酸有较强的氧化性能使铁钉钝化阻止反应进一步进行。（2）+2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色，溶液中已经有+3价铁离子，选择a会造成干扰，选c会造成两种沉淀，受氢氧化铁颜色的影响无法辨别（3）A除去，B可以检验A中是否完全除去 （4）（4）C+2H2SO4（浓） CO2+2SO2+2H2O（5）Q为，它与二氧化硫一样都能使澄清石灰水便浑浊，选择a或b受二氧化硫的影响无法判断Q的存在；选择d，Q被碱石灰吸收。（6）氢气还原氧化铜会生成水蒸气能使白色的硫酸铜粉末变蓝（7）中学阶段的质量称量选择托盘天平，分度值0.1g，无法精确称量出差量。答案如下： （1）铁钉表面被钝化 （2） d 66.7% （3）检验SO2是否除尽 （4）C+2H2SO4（浓）CO2+2SO2+2H2O （5）c （6）D中固体由黑变红和E中固体自由变蓝 （7）否，用托盘天平无法称量D或E的差量 可，用分析天平称量D或E的差量二、知识拓展型开放性试题此类试题的特点是：随着知识面的拓宽，思维能力的发展，处在不同阶段的同学可得出不同的答案。解题的关键在于对已学化学知识、规律进行分类组织、有序存储，解题时要及时联想、重组、转化。（2013年安徽卷8题）实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示（省略夹持和净化装置）。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是选项A中的物质B中的物质C中收集的气体D中的物质A浓氨水CaONH3H2OB浓硫酸Na2SO3SO2NaOH溶液C稀硝酸CuNO2H2OD浓盐酸MnO2Cl2NaOH溶液【答案】B【解析】该装置分别为固液不加热制气体，向上排空气法收集气体，以及采用防倒吸的方法进行尾气处理。A、氨气不能使用向上排空气法，错误；B、正确；C、铜与稀硝酸反应需要加热，且NO2吸收不宜使用防倒吸装置，错误；D、制取氯气需要加热，错误。三、条件(信息)选择型开放性试题 此类试题的特点是：题目中提供多种信息，其中用于解题的信息为有用信息，对解题无用的信息为多余(或干扰)信息。解题的关键是：识别各种信息，排除干扰思路的多余信息，联系旧知，合理有序地选择运用有用信息。（2009年安徽卷28题）Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好pH和Fe2+浓度的废水中加入H2O2 ，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。现运用该方法降解有机污染物p-CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响。【实验设计】控制p-CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298K或313K(其余实验条件见下表)，设计如下对比实验。（1）请完成以下实验设计表(表中不要留空格)。实验编号实验目的T/KpHc/10-3mol.L1H2O2Fe2为以下实验作参照29836.00.30探究温度对降解反应速率的影响 298106.00.3【数据处理】实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如右上图。（2）请根据右上图实验曲线,计算降解反应在50-150s内反应速率：v(p-CP)= molL1s1【解释与结论】（3）实验表明温度升高，降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton法所用试剂H2O2 的角度分析原因： 。（4）实验得出的结论是：pH=10时，。【思考与交流】（5）实验时需在不同时间从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中信息，给出一种迅速停止反应的方法： 。解析：本题源自教材“影响化学反应速率的因素”的实验探究，是一种新型探究题，本题明确给出了“探究有关因素对降解反应速率的影响”，且“实验设计”“数据处理”“结论与解释”和“思考与交流”等一系列探究过程充满了无穷魅力。主要考查的知识点有，单因素实验设计、速率的计算、pH的应用、温度对反应速率的影响等。该类试题特点：综合性较强，多与化学平衡相结合。通过对实验方案的甄别、单因子变量设计、定性和定量实验相结合等方式，强化实验能力考查，要求学生具有从图、表中获取信息，并能够迅速提取到有用信息，利用信息解决有关问题的能力。答案如下：（1）实验编号实验目的T/KpHc/10-3mol.L1H2O2Fe2为以下实验作参照29836.00.30探究温度对降解反应速率的影响31336.00.30探究酸度对降解反应速率的影响298106.00.3（2）v(p-CP)= 8106 molL1s1（3）H2O2 温度高时不稳定，故虽然高温能加快化学反应速率，但温度过高就会导致H2O2分解，没了反应物，速率自然会减小。（4）pH=10时，浓度不变，说明化学反应速率为0，化学反应停止。（5）调节pH=10即可。四、条件增补型开放性试题 此类试题的特点是：解答题目的条件不够，需要增加补充必要的条件才能正确解出合理的答案，补充的条件可能是一个，也可能是多个的组合。解题的关键是：认真审题，把握内在联系，依据解题途径增加补充恰当的条件。(2013高考安徽卷) 11.一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO:MgSO3(s) + CO(g) MgO(s) + CO2(g) +SO2(g) H0该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后，若仅改变图中横坐标x的值，重新达到平衡后，纵坐标y随x变化趋势合理的是选项xyA温度容器内混合气体的密度BCO的物质的量CO2与CO的物质的量之比CSO2的浓度平衡常数KDMgSO4的质量（忽略体积）CO的转化率【答案】【解析】该反应为正方向体积增加且吸热。A、升高温度，平衡正向移动，气体的质量增加，密度增大，正确；B、增加CO的量，平衡正向移动，但压强增大，转化的量，没有上一平衡多，故比值减小，错误；C、平衡常数只与温度有关，错误；D因MgSO4为固体，增加其量，对CO的转化率等相关问题。五、综合开放型开放性试题 此类试题的特点是：题给一定情境，但条件不确定(条件多余或条件不足)、内涵可拓展、结论多样性，这类试题称为综合开放型开放性试题。解题的关键条件、内涵、结论都在情境中合理寻找与正确设定。(2011高考安徽卷)地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环境问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用Fe粉和KNO3溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。(1)实验前：先用0.1 molL1 H2SO4洗涤Fe粉，其目的是_，然后用蒸馏水洗涤至中性；将KNO3溶液的pH调至2.5；为防止空气中的O2对脱氮的影响，应向KNO3溶液中通入_(写化学式)。(2)下图表示足量Fe粉还原上述KNO3溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、pH随时间的变化关系(部分副反应产物曲线略去)。请根据图中信息写出t1时刻前该反应的离子方程式_。(3)该课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：溶液的pH；假设二：_；假设三：_；(4)请你设计实验验证上述假设一，写出实验步骤及结论。(已知：溶液中的NO3-浓度可用离子色谱仪测定)【解析】(1)因为铁易生锈，即铁表面会有铁的氧化物等杂质，所以要用硫酸除去铁表面的氧化物等杂质；氧气具有强氧化性，会氧化生成的Fe2，为防止该反应的发生必需通入一种保护性气体且不能引入杂质，因此可以选用氮气；(2)由图像可知该反应的离子方程式是：4Fe10HNO=4Fe2NH4+3H2O；t1时刻后，随着反应的进行，溶液中pH逐渐增大，继续有Fe2生成，但从图像上看Fe2的浓度却在减小，原因是Fe2的水解消耗了Fe2，使Fe2浓度降低；(3)影响反应速率的外界因素比较多，例如温度、浓度、溶液的酸碱性、固体的表面积等等；(4)要验证假设一，需要固定其他条件不变，例如硝酸的浓度、反应的温度、铁的表面积都必需保持一致，然后在相同时间内测量溶液中NO3-的浓度(依据提示：溶液中的NO3-浓度可用离子色谱仪测定)来判断pH不同时对脱氮反应速率有没有影响。【答案】(1)除去铁粉表面的氧化物等杂质(2)4Fe10HNO3-=4Fe2NH4+3H2O生成的Fe2水解(或和溶液中OH结合)(3)温度铁粉颗粒大小(4)实验步骤及结论：分别取等体积、等浓度的KNO3溶液于不同的试管中；调节溶液呈酸性且pH各不相同，并通入氮气；分别向上述溶液中加入足量等质量的同种铁粉；用离子色谱仪测定相同反应时间时各溶液中NO3-的浓度。若pH不同的KNO3溶液中，测出的NO3-浓度不同，表明pH对脱氮速率有影响，否则无影响。(本题属于开放性试题，合理答案均可) 综上所述,开放型试题是考察学生各种能力的一个重要的题型,也是今后高考突出的一个重点.中国教育教学研究学会教学作品评比活动参赛作品登记表类别+名称 论文+高考化学开放性问题设计研究） 通讯地址 湖北省广水市第一高级中学 单位 湖北省广水市第一高级中学姓名 黄爱武手机 13277612835邮编 432700评审费汇款银行名称及汇款时间 中国农业银行湖北省广水市东大支行 2014/7/46