能这样使用pH试纸吗

——对2016年北京高考卷12（化学）题的解析

高考试题对中学化学教学的影响及导向性作用，不但是最直接的、也是号令性的。其题型及知识范围的些许变化，都是一线教师及教学研究人员的关注点。他们必须将高考题用作，对教学进行“能力提升”及“查缺补漏”的一个工具，而在自己的教学中将其吸纳进来。

如果在某道高考题中传递出了一些错误的信息，那其影响用“贻害无穷”来形容，是绝对不会过分的。

最近才了解到，对2016年北京高考卷中的一道电化学题，教师们有过一些看法和讨论。重点放在了实验的真实性及实验现象的解释上^[1][2]。

其实还应该看到，这个题中有一些对化学教学影响更为深远的问题。

为讨论问题方便，这里先把该试题摘录如下：

 

这只是一道选择题，考虑到后面还有许多分值更高的综合性考题，学生是不会在这道题上花费很多时间的。

一、实验结果表述中的问题

  这两个所谓的“电解实验”都是装置简单，试剂常见的非常规化学实验。用到的化学材料是一条pH试纸，用到的试剂只是氯化钠和硫酸，涉及到的化学实验操作也仅是pH试纸的使用，而铁钉及铜球只能算是一些日常用品或材料。

但正是在“试纸使用”这个最基本的化学实验操作上，命题者对“正统的实验教学”给予了沉重地一击。

看来，应该再复习一下，究竟应该如何来正确地使用pH试纸了。

在化学实验教学中，试纸（石蕊试纸、醋酸铅试纸、碘化钾-淀粉试纸、pH试纸等）的使用，是一项极为普通的操作。由于其使用方法过于简单，反而容易被学生所忽视，所以也是不规范操作现象最常出现的一个地方。

学生不考虑实际需要而整条地使用试纸，用手指尖夹持着沾有试液的试纸，把试纸浸泡在试液中，这都是一些极为常见的错误操作的表现。

与其他试纸的使用相比较，在pH试纸的使用中，实验结果判定的不规范，则是更容易出现问题的一个地方。

严谨且有教学经验的教师，一般都要就此而认真地叮嘱学生：

第一，pH试纸是粗略确定溶液酸碱度的工具。所以不能只看其颜色的变化。这种测试工作的目的是要得到溶液的具体pH数值，并以此作为测试工作的结果。

   测试就是要读出试液的pH值，且必须要由色阶板来确定其pH值。

第二，由于不同厂家或不同批次试纸的色阶板，都可能有区别。所以，试纸润湿并变色后，应与其所附的标准“色阶板”作比较，由相近色阶数值可确定出被测溶液的pH值。也就是说，在测试时不但必须用色阶板，且必须是该试纸所对应的色阶板。

第三，对于一般的“广泛pH试纸”（pH测试范围为1-14）来说，不可读出5.5或5.3，这样的小数。因为pH试纸达不到这样的测试精度（精确pH试纸除外）。

尽管教师千叮咛万嘱咐，一些学生在实验报告中写“pH试纸变红（或变蓝色）”的情况还时有发生。

而本题的实验一，恰恰就给学生做出了一个对pH试纸可以“看颜色”的示范。看到这个题的学生会普遍认为，看来“在某些情况下记录pH试纸的颜色”还是可以的。咱们教师还振振有词地说“这不行、那不行”干什么？

总之，在高考题中出现这种少数学生才会犯的低级实验结果记录错误，是该题的一个无法被人容忍的“硬伤”。

应该用各点位（a、b……）处具体的pH数值，作为实验一的实验现象描述。

二、该试题是否有正确的答案

原题就两个实验给出了4个备选的答案。让学生从中找出一个“不合理”的答案来。其中究竟哪个是不合理的呢？当然是需要学生逐个去判别的。

选项A，认为“a、d处发生的反应是，2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-”。

从a、d处pH试纸呈碱性，就可以知道，这个反应确实是进行了。这个解释是合理的。

选项B，认为“b处发生了反应，2Cl^--2e^-=Cl₂↑”。

这个实验一电解的就是氯化钠溶液，是Na⁺离子与Cl^-离子在承担着溶液导电的任务（这两种离子浓度如果低，溶液的电阻就大；浓度再低，电解就不能进行）。作为一个电解氯化钠溶液的实验，在阳极上通常都会产生氯气。何况这个电极处的试纸颜色还被褪去了呢？这是Cl₂存在的最显著标志。这个解释也是合理的。

选项C，认为“c处发生了反应，Fe-e^-=Fe²⁺”。

考虑到铁丝的d处，进行的是得电子还原反应，在铁丝的另一端c处进行的必然是失电子的氧化反应。这个结论也是合理的。

选项D，认为“根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜”。

实验一告诉我们的结论是，在电解装置的两极间，加入一个有一定线度的导体后，就相当于形成了两个电解装置。

这样实验二中就相当于有3个电解装置。“n处有气泡产生”也说明各装置中的电极反应确实都在进行着。

所以，在n球的左侧，必然有Cu被“腐蚀”成Cu²⁺离子而进入溶液。这些Cu²⁺离子会在m球的右侧得电子，以单质的形式析出。当然m球左侧的变化与n球左侧的变化是相同的。这个选项也是合理的。

四个选项居然都是合理的了。不存在“不合理”的情况。

学生要想得分，那就只能再从这4个选项中，必须再找出一个有“瑕疵”的才行。这就是要学生在鸡蛋里挑骨头了。如果考虑答题时间的科学分配，一般学生多是把这个分值较低的题先放一放。等其他的题都答完后，再仔细考虑它。

当其他的题都答完后，学生当然会对这个题接着进行，再思考和再分析如下：

对选项A，作为电解池的阴极，除了H₂O得电子外，还可能有其他的反应吗？当然还可能有反应，Na⁺+e^-=Na。因为在汞阴极法电解食盐水时，进行的就是这个反应。在分解电压较大时，这个反应是必然会进行的。只不过这个反应的产物金属钠，在水溶液中不可能存在（会马上与水反应掉）。但是，这个反应必然是在进行着的。

既然是“挑骨头”，就姑且把这个反应看做是。选项A隐含的一点不那么完美的地方吧。

对选项B，从实验现象看“b处溶液显酸性，局部还褪色”，用氯气与水的反应来解释是没有什么问题的。由于单质氯歧化反应进行的相对比较快，Cl₂+H₂O=HCl+HClO，这会导致溶液呈酸性。继而进行的是比较慢的漂白过程。

在b处是否还有其他反应发生呢？当分解电压十分大时，当然还可能发生反应2H₂O+4e^-=O₂+4H⁺，及反应3H₂O+6e^-=O₃+6H⁺。这两个反应都会导致溶液显酸性，后者还有一定的漂白作用。

虽然，一般学生都会把这些反应看做是电解食盐水时的副反应，但也可以把这看作是答案B的不够全面的一个理由。

选项C的不足是，当a处产生的OH^-离子迁移到c处时（两点间那么近），可能的反应是，Fe+2OH^--2e^-=Fe(OH)₂↓。随之还有Fe(OH)₂被空气氧化的一些现象。如果能预先估计到这些现象的发生，其实验时间一定会再延长一些的。在实验设计的“合理性”方面是存在着一些问题。

选项D的不足是“m处能析出铜”的说法，也有两处不够严密的地方。

一是，在刚开始反应时，m球的右侧也会有氢气生成（可能是实验者没有观察到），其左侧有铜的溶解（与n球一样）。只是在反应一段时间后，n球给出的Cu²⁺离子移动到m球处，其右侧才会有铜的析出。

二是，不能只看到m球右侧有铜析出。m球左侧铜的溶解也一直同时在进行中的。只看到有一侧铜的析出，看不到另一侧铜的失去，也是一种“短视”。

作为实验现象的观察及分析，四个答案都只是不够全面，也没有发现到有什么可以被称为“不合理”的地方。

一轮分析下来，学生只好在慌乱中随便圈上一个答案。就算尽力了。其实用这个题来考化学教师，它们也会是众说纷纭，而得不到最终答案的。

当看到标准答案是B时，他们的第一反映肯定会是，这是无法接受的。

难道“b处溶液显酸性”就说明，在b处一定有氧气生成了吗？氯气也可以使水溶液呈酸性。

即便在b处有氧气生成，写出“反应，2Cl^--2e^-=Cl₂↑”，就是“不合理”的、连其“褪色”的能力也否认掉了？难道生成氧气不只是它一个副反应吗？

让学生在4个都是基本合理的答案中，硬要选出一个“不合理”的答案来。这是命题者的一厢情愿，一般教师都是不会承认它的。

这个题没有正确答案。

尽管一些教师用氯水滴在pH试纸上，可以观察到了红圈的形状与电解食盐水时的情况有所不同，证明了题设实验情境的真实性。但是，这也证明了“红圈可以是氯气独自造成的”。仅从题目中“b处变红”这4个字，无法得出“肯定有氧气生成”这样的结论。

更准确地说，这个实验中氯气的存在，会掩蔽掉氧气物理及化学性质的表现，妨碍人们对其作出“有氧气生成的反应在发生”这样的判断。

三、从其他方面看该试题的“合理性”

高考作为一种国家层面的知识及能力的选拔性水平测试，其试题应该有一定的难度、广度及新颖性。但是，其科学性、有效性、导向性，则是更为重要的评价标准。

从这些方面来看，这道试题也是有一些问题的。

1. 试卷构成与效果

这个题有相当高的难度。因为不但是学生，就是教师也不会接触过这样的实验。何况还是以这种形式展现出来的。

估计，真正能想通并回答出这个题的学生，可能远比命题者估计的要少很多。

用试题的难度、区分度、效度（指的是水平高的学生反而容易答错）来衡量。其中有那一条会合格呢？

把这样一个知识的综合性很强，要有较强归纳和类比能力，才能做出判断的题，以选择题的形式给出，也不合适。

对这种“特殊”的高考题（一份卷中也就是一两个），也应该有一个“试做”的机制来约束及检查一下才好（办法总是可以找得到的）。

把奥化比赛中才适用的题搬到高考中来，是不合适的。

2. 实验的目的性

教师在上每次实验课时，都要告诉学生本次实验的目的是什么？在批准学生提出的实验申请时，不但会问问其实验目的是什么，还多要帮助他明确一下。

这道题的两个实验，其实验目的是什么呢？这对给学生讲这个题的教师，也是一个考验。尽管教师可以说出，在电解槽中放入一个导电体后，就相当于将其分为了两个电解槽。

但是，这也是有条件的。问题还在于，在好端端的电解槽中为什么要放入一个导电体呢（副反应还多，电解产物还不便于收集）？

教师本想说，这个一个学生的实验。但是想一想，也不行。因为哪个实验不是经过教师的批准和同意其实验方案后，才得以进行的呢？

恐怕只能说，这是一个“趣味”实验，或是一个学生的“恶作剧”了。

教师再想一想，这样说也不好。这样的实验怎么能用来作为高考题呢？

高考题还是尽量联系一些科研或生产的实际才好。

3. 实验的科学性

这两个实验作为一类极为罕见的“非常规”实验，有许多地方是不符合科学常识的。

在滤纸条上进行电泳实验是很经典的，可以清楚地看到不同离子在移动距离上的差别。

但在试纸条上进行这个电解实验的目的是什么呢？只有一个减少食盐水用量的作用（用考虑这个问题吗？）。但是，其后果及副作用则是溶液的内阻急剧地变大（溶液的截面积变小造成的），气体产物的观察、收集、检测都成了问题。

从几位教师的重复实验看，这两个实验都要用较高的电压。在这种很高的外加电压情况下，在一支电极上同时会有多种反应产物生成，也是必然的。

4. 对化学教学的干扰

中学化学教学中，对电化学知识的介绍本来就很有限。在不介绍电极电势概念及能斯特方程的情况下，对许多实际问题都无法进行深入地讨论。何况还有一个随反应条件不同而可变的过电位的时时存在。

前几年考题中的“铁闸生锈”、“Fe²⁺在阳极上的失电子”，都给教学造成了一定程度的麻烦。使中学教师不讲这些内容还不行，讲也讲不明白。

教师要知道电化学问题的复杂性，对与其相关的一些实际问题要有敬畏之心。作为一个能自发进行化学反应的原电池，其涉及的影响因素还是较少、也简单一些的；作为电解池则要复杂很多，因为能斯特方程描述的都是一个个的平衡，电解过程则是这些平衡的一个集合；而电镀则是一门“技艺”，是很难用某几个化学原理把其描绘的十分清楚的。

电化学内容在化学教学中的扩张应该“打住”。

高考题是化学教学大纲的最鲜活的诠释。也不要再通过它把一些稀奇古怪的东西塞进教学中来了。

四、讲解这个题时还要注意的一个问题

该考题的题干是以化学实验记录或报告的形式给出的。由于篇幅及考核的内容所限，只能给出“实验装置”、“实验现象”这样的两个部分，同时进行了一些“隐藏”和“简化”的处理，这都是可以理解的。

一般教师也知道，作为完整的科学实验记录，是应该同时将溶液浓度、外加电压、试纸长度、通电时间、甚至直流电源型号等内容，也记录下来。

但是，对于学生来说就不是这样了。他们也会仿照着，用这样的形式及语言来写实验报告。

所以，教师在讲这个题时一定要指出，这是“某学生实验报告的一部分，作为考题有些重要内容还被故意省略掉了”。

应该对这个“实验报告”表述的不完整及不规范性，加以判定和确认。因为多数学生是没有这种判别能力的。

参考文献

[1] 陈荣聪 对一道北京高考电化学试题的实验验证和启示 化学教学 2017.4

[2] 姚志斌 对一道北京卷电化学试题的再解析 化学教学 2017.9