【风向标！】10年高考化学综合实验试题分析与思考！
化学是理论和实验并重的“认识物质和创造物质”的学科，与材料科学、生命科学、环境科学等紧密联系的科学。高考评价体系作为我国重要的选拔人才的途径，都涉及高考综合实验的考查 。高考综合实验试题作为每年必考内容，其中涉猎内容较为广泛，如对某些仪器的辨识和使用、根据某些化学物质理化性质数据结合基本理论推测其核心性质、分析某个反应是否发生、描述实验现象、推断实验结果等。高考评价体系是为科学服务选才，实现高考由“考知识”向“考能力”转换，高考综合实验试题这一特征尤为明显。高考综合实验试题在命题设置上有明确的区分度，综合性较强，一般具有两到三个左右一定难度和选拔功能的小题。试题在区域测试中难度值为0.55，区分度好，整个数据呈现正态分布，大部分学生得分聚集在7~8分左右，较好地达成了夯实基础、聚焦能力、培育素养的考查目标 ，师生对于解答这类题目均有一定程度上的困难。本文通过分析近10年高考综合实验试题，梳理试题结构、试题特点、呈现方式、主要考点等，这些归纳整理对教学目标的确定、情境素材的选取、课堂问题的设计、培育素养的方法、提升教学效果等具有重要的参考价值，并提出了提升中学化学实验能力培养的几点策略，为从事化学教学相关工作的各位老师培养学生的化学核心素养、提升教学水平提供有益参考。1 化学综合实验试题结构分析
全国Ⅱ卷高考化学综合实验试题一般为14~15分，含6~8个小问题。常见的命题方式有三种：
（一）一般以新物质制备为背景进行命题，试题涉及知识面较广，呈现方式和考查思路灵活多变，思维发散空间大，能够很好地考查运用综合化学实验基础知识解决问题的能力；
（二）将元素化合物知识与实验知识巧妙融合在一起进行命题，以探究物质的性质为背景，创新试题呈现方式，能充分考查发散思维能力和分析解决问题的能力；
（三）通过实验结果呈现相关的数据，以物质的组成和含量设问，将化学实验与化学计算有机结合在一起，进行命题；在综合实验试题考查过程中通常会将上述内容有机融合起来，充分体现化学的学科知识、能力、方法、思想、情感与价值观。
2 化学综合实验试题特点分析
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2.1 紧扣教材，考查必备实验知识，体现基础性
综合实验试题是以化学学科核心素养为导向，从中学基础知识出发，以《普通高等学校招生全国统一考试大纲（总纲）》《普通高等学校招生全国统一考试大纲（化学）》《普通高中化学课程标准（2017年版 2021年修订)》等为依据进行命题，充分诠释高考评价体系“一核四层四翼”（“一核”是高考的核心功能，即“立德树人、服务选才、引导教学”。“四层”为高考的考查内容，即“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”。“四翼”为高考的考查要求，即“基础性、综合性、应用性、创新性”。）方针。我们将2013-2022年全国Ⅱ卷综合实验试题中涉及的考查点进行了梳理（见表1）。
2.1.1 基本实验技能的考查
从表1中可以看出，试题主要是围绕着制备目标产物无机物或有机物展开，考查涉及实验常规操作的有：
（1）基础实验知识有常见制备仪器名称的辨识，如分液漏斗、滴液漏斗、三颈烧瓶、球形冷凝管、直形冷凝管等。
（2）仪器选用、组装规则，如反应中加热回流装置冷凝管的选择、蒸馏装置的选择及组装，酸、碱滴定管的选用、粗配溶液和精确配制仪器的选择等。
（3）实验操作的规范性及安全要求（如反应的三颈瓶加热时液体的体积不能超过加热容器容积的2/3，不能少于1/3）、安全管的使用及使用的意义、在加热反应装置中加入沸石的目的。
（4）使用化学仪器或化学品的注意事项：如浓酸的稀释、防倒吸操作的方法等、易氧化试剂的保存等。
（5）实验室一般事故的预防与应急处理方法：有毒有害物质的处理、尾气处理、反应已经在进行但没有加入沸石的处理方法等。
综合实验试题侧重于基础实验仪器装置和实验操作的考查，体现出将无机实验和有机实验融合考查，实验分析过程中有机物和无机物都涵盖其中，非常凸显学科内知识的融合，人文环保理念等紧扣教材，考查必备实验知识，引导教学回归基础，培养化学学科基本素养 。
2.1.2 实验基础知识的考查
从表1中可以看出，围绕物质制备的基础实验理论知识有：
（1）化学反应或除杂过程中的方程式书写；
（2）在制备过程中精确控温的方法及控制化学反应速率方法；
（3）常见阴离子（SO 4 2- 、Cl - ）的检验方法及实验现象的描述，常见阳离子（Fe 2+ 、Fe 3+ ）的检验方法及实验现象的描述；
（4）常见指示剂的选择（碘量法）及终点判断等（氧化还原滴定）；
（5）影响平衡移动的因素等。
综合实验在基础知识上的考查主要集中在实验过程中所要解决的实际问题，解决的方法与过程等。
2.2 融合考点，考查学科关键能力，体现综合性
关键能力在化学学科的表现为对化学的理解能力、学科思维能力、信息加工及处理能力、归纳与推理能力、迁移应用能力、实践能力、探究与创新能力 。为了确保学生关键能力的区分度，在化学综合实验试题的命制中通常会以探究物质的性质为背景，将元素化合物知识与实验知识巧妙融合在一起，通过实验结果呈现相关数据，然后经计算得出物质的组成和含量测定，试题内容丰富、形式多样能充分考查学生发散思维能力和分析解决问题的能力。
2020年全国Ⅱ卷化学综合实验试题27题苯甲酸的制备及分析为例：
（1）需要根据试题中给出信息提取关键信息，甲苯不溶于水，结合已有知识钾盐易溶于水，归纳推理得出当回流不再出现油珠时，判断反应已完成时的原因是：不溶于水的甲苯已经完全被高锰酸钾氧化。
（2）苯甲酸的纯度计算及产率计算需要根据题中所给相关参数，甲苯的密度及相对分子质量、苯甲酸的相对分子质量、实验步骤中纯度测定的数据来进行数据处理，在计算苯甲酸的产率时还需要考虑纯度。
（3）根据试题中的苯甲酸的溶解度，微溶于冷水，易溶于乙醇，易溶于热水，提取关键信息苯甲酸微溶于冷水，易溶于热水，知识迁移苯甲酸的溶解度受温度影响较大，可以通过重结晶的方法来提纯。考查了通过已知信息提取关键信息，整理及迁移运用能力。在考查关键能力的同时培养了学生严谨仔细科学品质。
近十年全国Ⅱ卷化学综合实验试题呈现方式多样、多角度整合学科知识、多视角设置问题、多途径展开实验探究、多层次检测化学思维，较好诠释了试题综合性。
2.3 问题导向，重视真实情境创设，体现应用性
化学学科核心素养是指学生面对不确定的、复杂的真实情境时调用必备知识、关键能力和正确的价值观念来解决实际问题的能力，真实情境的创设可以检测出学生核心素养的水平。同时真实情境的创设有助于激发学生运用所学知识解决实际问题，激励学生学习更深层次的科学知识。近十年高考化学综合实验试题倾向于以科技前沿、生产、生活中实际问题为素材作为测试载体，以解决实际问题为测试点，以化学知识为解决问题的工具，引导学生运用关键能力和合适的思维方法，解释实验现象、解决实际问题、“举一反三”等综合解决问题的能力，从而减少教学中学生机械刷题作用，引导学生进行深度学习。
近十年高考化学综合实验试题注重选取新材料、新药物、新催化技术的真实情境，呈现生产、生活中的实际问题。如2021年全国Ⅱ卷以新材料为情境，氧化石墨烯具有稳定的网状结构，在能源、材料等领域具有重要的应用前景，给出了研发过程中常见的制备氧化石墨烯的方法（氧化剥离）。将反应容器三口瓶置于冰水浴中并缓慢加入反应物高锰酸钾的原因、该反应为典型的放热氧化还原反应，冰水浴和分批缓慢加入高锰酸钾是为了防止反应速率过快（学生学习了基础知识，控制化学反应速率的方法如降温、减小反应物的浓度等，本小题是逆向考查，分批缓慢加入高锰酸钾并使用冰水浴的这样做的目的是什么）；同时该题还考查了除去剩余原料的方法、判断产物是否洗涤干净的方法等。2020年全国Ⅱ卷以食品工业中常见的防腐剂为情境，苯甲酸可做食品防腐剂，以及实验室制备粗产物苯甲酸的方法及分析方法，需在实验过程中解决的问题有反应的三颈烧瓶容积的选择、加热过程中冷凝装置的选用、根据已知物质信息提取关键信息判断反应完成的标志、除去反应的杂质方法、纯化有机物的方法等。2019年全国Ⅱ卷以一种生物碱咖啡因及实验室提取茶叶中咖啡因为情境，需在实验室提取咖啡因中应解决的问题有加快化学反应速率的方法（增大接触面积）、加入沸石的目的、实验室使用易挥发和易燃有机物的注意事项、选用索氏提取器萃取的优点等。这些试题以科技前沿、生产、生活中实际问题为素材为背景，在新的实验情境中，考查了学生在对反应容器容积的选择、控制反应速率的方法、反应结束以后或过程中根据物质的性质除去杂质的方法等基本的实验操作激发学生运用所学知识解决实际问题，激发学生学习更深层次的科学知识。
2.4 情境迁移，在基础知识上延伸，体现创新性
创新是化学实验的灵魂，在新情景中以必备知识为生长点进行创造性思维的能力，也是高考综合实验题重点考察的内容。在高中学了常见的提纯有机化学物的方法：蒸馏、萃取、重结晶等，液-固萃取是用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程，中学阶段最常使用的萃取仪器是分液漏斗，萃取所得的有机化合物视其性质可利用蒸馏、重结晶等方法纯化。2019年全国Ⅱ卷高考综合实验试题从基础知识萃取出发，选用索氏提取器萃取一种生物碱咖啡因，索氏提取器利用溶剂回流及虹吸原理，固体物质连续不断地被纯的溶剂所萃取，效率较高。能否在有限的时间内从熟悉的萃取原理出发迅速理解新实验仪器（索氏提取器）的工作原理是本题的要考察的关键能力，也是学生“科学探究与创新意识”这一化学核心素养的直接体现。2021年全国Ⅱ卷高考综合实验试题问题（3）步骤Ⅱ中的加热采用油浴不使用热水浴原因是，本小题利用这个实验中用油浴不用水浴的设问，由水浴加热的优点及缺点推出使用油浴的原因。由这些例子可以发现高考综合实验试题所考查的实验知识是以中学化学实验知识为自然生长点的延伸及拓展，考察学生对实验知识的创新性应用，主要包含大学化学实验技能以及现代实验仪器的使用，这有益于学生了解科研工作者所处的实验环境及工作方法，体验科研工作的魅力与乐趣。
3 化学综合实验能力培养策略
通过分析近十年全国Ⅱ卷综合实验试题的特点，发现近年来化学试题充分发挥化学学科特点，精选试题情境，弘扬学科核心价值，创新呈现形式，优化设问方式，聚焦学科核心素养，突出考查关键能力，落实了立德树人的根本任务。基于对全国Ⅱ卷高考化学综合实验试题的考查特点和命题方式进行多层次、多角度分析，为日常教学和高三实验复习和有效备考提供思路与建议。
3.1 开设演示实验和学生实验，培养学生基本实验技能
新版化学教材中有众多实验方法科学、实验效果明显且适合中学开展的实验。但鉴于中学教学任务紧张，所有开设所有实验有具有较大的困难。这时就需要教师选大部分实验在课堂教学中进行演示，老师演示实验的专业性对于增长学生见识、掌握基础的实验知识具有至关重要的作用。在日常教学中，通过教师演示加理论知识学习，学生已经基本学会了化学实验相关知识，要想更深层次上掌握化学实验，开展学生实验必不可少。首先，教师可以根据教学安排和教学大纲每学期开展一到两次学生实验活动，有助于学生掌握基础实验知识及基本操作技能，具体内容包括实验室基本常识（安全守则、事故的处理、废液处理等）、溶液的配制、酸碱中和滴定（含数据记录与数据处理）、常见的阴阳离子鉴定、有机物官能团的鉴定、混合物分离、苯甲酸的重结晶及过滤、碘水的萃取、有机化合物的制备，教师可以进行顺序的调整和整合，充分利用时间使学生动手实验的效果最大化。这些课程的开设有助于初步掌握实验室常规操作的要点和基本原理，养成良好的实验习惯，培养严谨求实的科学态度。
3.2 重视课堂实验探究，提升综合实验能力
实验探究，旨在通过观察实验现象，分析现象，挖掘实验背后的本质，有助于发展学生证据推理能力。在日常教学中，注重培养实验探究的能力，以“乙醇教学片断为例”：
【师】初中我们知道乙醇的分子式为C 2 H 6 O，它比我们熟知的C 2 H 6 多一个氧原子，如果说C有且只能形成4个化学键，H有且只能形成1个化学键，那么氧原子呢？
【生】2个
【师】由此，请根据老师提供的教具在C 2 H 6 的基础上你能动手搭建出C 2 H 6 O的所有可能结构吗？（看哪一组完成得又快又准）
【师】有请这一小组的同学，向大家展示你们的成果，并说出搭建思路。
【生1】C有且只能形成4个化学键，H有且只能形成1个化学键，O只能形成2个键
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【师】：这两种结构中，有一种为乙醇，有一种为二甲醚，结合前面已有知识，谁能代表乙醇分子结构，依据是什么？
【生】乙醇可以与水以任意比例互溶，乙醇的结构构成上应该与水更相似，因此含有氧氢原子团的为乙醇，另一种为甲醚。
【师】按你的推测老师将二甲醚加入水中，观察实验现象。
【师】观察到了什么实验现象？
【生】分层
【师】从而证明了你的猜测是正确的。书写结构简式的时候，氧氢键省略，碳氧键可以省略，也可以不省略。由此我们可以写出乙醇的结构简式。该分子结构中与烃分子相比不同的原子团是什么？
【生】氧氢原子团。
【师】我们将氧氢原子团称为羟基，是乙醇的官能团
在这个教学案例中，学生活动是根据提供的教具在已知的C 2 H 6 结构上动手搭建出未知的C 2 H 6 O的所有可能结构，发展了学生实验探究、迁移应用和证据推理能力。在学生搭建出推测其可能的分子结构的基础上，教师又通过问题设计，引导学生从定性角度分析分子结构，二甲醚与水不互溶属于“宏观辨识”，推理得出乙醇分子与水更相似含有羟基官能团属于“微观探析”。老师通过学生在学生活动中的表现，对学生课堂学习质量和化学学科核心素养的发展水平给予准确的把握。
3.3 选取真实情境，突出价值观念引领
真实问题情境的创设促使学生在面对生活实际问题或学习探索问题时，组织整合相应的知识与能力、运用不同的技术方法解决问题，提高学生综合素质。真实问题蕴含着学科知识问题的复杂性以及独特的价值取向 。在复习阶段，教师可以设计一些富含育人价值的内容。下面以某次教学实际设计的综合实验试题为例分析素养与真实情境的结合情况。
例1：乙酸异戊酯主要用于调味、制革、人造丝、胶片和纺织品等加工工业。工业上以及实验室以冰醋酸和异戊醇为原料制备乙酸异戊酯的一种方法如下：
相关物质的有关数据如下表所示：
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实验过程：向如图反应装置中加入4.4g（0.05mol）异戊醇、6.8g(0.11mol)冰醋酸1.3mL浓硫酸，搅拌下加热回流；待反应完全后，所得反应液经水洗分出水层，有机层再用10%的碳酸钠溶液洗涤，至水溶液对pH呈碱性为止，然后用饱和氯化钠溶液洗涤。分出水层、酯层，酯层加入无水硫酸镁固体干燥；过滤即可得粗产物。
（1）仪器A的名称为 三颈烧瓶，反应过程中冷却水应从 b(填“a”或“b”)口出。
（2）冰醋酸过量的目的 该反应是可逆反应，冰醋酸沸点低，易损失，增加冰醋酸的量，可提高异戊醇的转化率。
（3）用10%的碳酸钠溶液洗涤的目的 除去冰醋酸和硫酸，溶解异戊醇，降低乙酸异戊酯的溶解度。
（4）分离出水相和有机相操作名称为 萃取，用饱和氯化钠洗涤的目的 氯化钠可以降低酯在水中的溶解度，防止乳化，有利分层，便于分离。
（5）分水器的优点是 可及时分离出水,拉动平衡向右进行，有利于反应物向生成物转化。(任写一点)。
选取的素材是一种与人们生活息息相关的化工原料乙酸异戊酯。问题（1）是常见仪器的辨识以及冷凝管的使用方法，考查的是学生辨识常见仪器及使用方法。问题（2）是通过题目所给的材料，获取该反应为可逆反应，同时获取冰醋酸的沸点数据、推断出冰醋酸的沸点低，易挥发，加入2倍的冰醋酸提高异戊醇的转化率，培养了学生的动态平衡观念。通过设问引导学生形成生产实际中所要考虑的最佳投料比，实现最大的经济效益，促进知识向能力和素养转化。问题（3）注重碳酸钠显碱性、低级醇溶于水、酯类物质的溶解度等基础知识的组织和整合，将所学知识转化为解决问题的关键能力。问题（4），考查常见的有机相水相的分离方法萃取，加入饱和的氯化钠进行洗涤的目的，利用“盐析效应”，降低了酯类物质在水中的溶解度，有利于油/水两相更好分离，防止乳化现象的产生。问题（5），分水器在高中实验器材中没有出现，没有明确的答题指向性，开放性较大，给学生自主判断和推理留下思维的空间。根据仪器装置图，分水器的作用是将冷凝管冷凝回流下来的液体流到分水器中，有机相在上层当反应一段时间后可回到反应瓶中，而生成物水留在分水器，拉动平衡向右进行，有利于反应物向生成物转化，提高生成物的产率。
此题以一个经典有机物的合成为背景，试题在区域测试中难度值为0.55，区分度好，整个数据呈现正态分布，大部分学生得分聚集在7~8分左右，较好地达成了夯实基础、聚焦能力、培育素养的考查目标。设问由浅入深层层递进，既考查了化学基础知识，又考查了学生对信息的提取整合能力，同时通过学生的回答信息可以推断学生的学科观念水平。解决真实问题是对学生高级思维和创新能力的锻炼，也是发展和检验化学学科核心素养的重要方式。
3.4 重视开展高水平的研究性学习，全面提升化学学科核心素养
高水平的研究性学习的开展，对发展学生特长和全面提升学生化学学科素养有特别重要的意义，尤其对科学探究和创新意识的培养具有至关重要的作用。教师要善于协助学生科学选题和完成相应的实验探究活动。近几年学生感兴趣的研究性活动如下：学生对“洗涤剂的制作及洗涤效果对比”蔬菜水果中的维生素C含量的测定”“自来水中钙镁离子含量的测定与水中微量元素与人体健康”“海带中碘的存在形式并提取碘”“暖宝宝的发热奥秘”“花朵中的变色精灵”等课题。学生们对这些课题的研究热情较高，能够积极参与相关的研究。研究性学习的一般步骤有发现问题、提出问题、查阅资料、设计实验、实验实施与改进、实验方案评价与分享等。
以“自来水中钙、镁离子含量测定（水的总硬度）的”为例（因篇幅限制，仅展示关键内容）：
发现问题：学生发现家里的烧水壶很容易形成水垢，结在水壶上面，不仅影响美观，还担心，摄入过多的钙镁离子是否不利于身体健康。
查阅资料：热水壶烧过多次水后，生成难溶解的碳酸钙(CaCO 3 )和氢氧化镁(Mg(OH) 2 )沉淀下来，有时也会生成MgCO 3 。这样就形成了水垢。水中钙、镁离子测定一般采用配位滴定法（也叫络合滴定法），在pH≈10的氨缓冲溶液中，以铬黑T（EBT）为指示剂，用EDTA标准溶液直接测定Ca 2+ 、Mg 2+ 总量。……
设计并实施实验，钙、镁离子的测定：用移液管移取100.00 mL的自来水于锥形瓶中，加入5mL氨性缓冲溶液和3~4滴以铬黑T（EBT）为指示剂……直到终点（紫红色~纯蓝色）……
数据分析与反思：计算得到自来水的总硬度为390mg/L，国家标准为450mg/L，对比可见，该地区的自来水是符合国家饮用水标准的。钙、镁离子是人体必需的常量元素，摄入一定量的钙、镁离子对身体是有益的。钙、镁摄入过多，由于人身体内的竞争抑制，会严重影响铁、锌、镁、磷的生物利用率，还会引起尿路结石、高钙血症、碱中毒等危害。
活动评价：该研究型学习从日常的“生活小事”水垢入手，发展了学生发现问题的能力。查阅水垢形成原因及水中总硬度的测定方法运用现有的“酸碱中和滴定的知识”迁移应用实践“水的总硬度的测定”，发展了学生的实验探究能力与创新能力。数据的分析与反思，通过“自来水的总硬度”的数值与国家标准进行对比，同时科普了钙镁离子对人体健康的影响，提高了学生的辩证思维能力，同时也向学生展示了“化学教学必须重视人与自然和谐共生”。
4 结束语
通过研究近十年高考化学综合实验试题发现：高考化学综合实验试题考查单独整体比例合理，既注意整体难度的把控，又注意区分度的调控。各个试题都从精选情境引入，从基础知识、基本概念、基本原理出发，聚焦化学学科核心素养，创新试题形式，不断优化设问方式，适度增加试题的开放性和灵活度，着重考查关键能力，有利于引导基础教育改革和高考综合改革稳步实施。
高考综合实验试题主要是对学生实验能力的考查，通常通过设计实验方案、描述实验操作目的、推测实验现象、计算实验结果等方式完成。高考综合实验试题对于学生来说主要难点在于（1）在新的情境上出现的仪器感到陌生，而涉及的仪器通常出现在实验装置图中，与装置图有关的设问通常在第一个小题；（2）文字描述：通常有实验现象描述、实验结果、原因等，难点在于表达的全面性、准确性、专业性等；（3）计算：纯度、产率等，主要的问题在于在相对有限的时间内，紧张特别容易忽略一些隐含条件（如计算收率的时候忘记把纯度带入），计算量相对较大，容易出错。针对高考综合实验试题中解决的难点，化学教师可从以下四个方面着手：（1）注重“举一反三”，针对高考综合实验试题中新的仪器、装置其实是高中所学基础装置的延伸、拓展，要善于引导学生对实验仪器进行改进，同时在课堂教学中要向学生展示新仪器，并引导学生说出跟之前所学仪器的区别及优缺点。（2）重视有效信息与学科必备知识的系统关联，提升文字表达能力 ；（3）积极开展探究性教学，提升科学问题解决能力：（4）积极开展社会性科学议题项目化学习，提升学生社会科学问题解决能力。
本文对近十年高考综合实验试题试题结构、试题特点进行总结并提出了培养中学化学综合实验能力培养策略及教学体会。在教学过程中加强教学与日常生活情境的联系，挖掘情境的学科育人价值；精心挑选前沿学术探索情境素材，体味化学创造物质的魅力；深度挖掘教材中的实验探究素材，体会科学研究的一般程序及方法；精心挖掘化学史料中有价值的科研现场，外显科学家创新解决问题的思维。高考综合实验贯彻落实《深化新时代教育评价改革总体方案》要求，试题保障基础性，增强灵活性，聚焦学科核心素养，创新试题呈现方式，着重关键能力考查，引导减少死记硬背和“机械刷题”现象，倡导深度学习。希望本文为教师培养学生化学核心素养提供参考，助力化学拔尖人才培养。
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尽快补订2023年《化学教育》！
温馨提醒
（1）若留家庭地址，请保证居住小区有自己的信箱且正常使用，以便邮政投递；
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