湖南 周學(xué)興

離子平衡選擇題主要的呈現(xiàn)形式有文字?jǐn)⑹?、濃度或溫度變量曲線、pH-V滴定曲線、分布分?jǐn)?shù)曲線、pH-對(duì)數(shù)滴定曲線、導(dǎo)電能力滴定曲線、沉淀滴定曲線、沉淀溶解平衡曲線、Kw平衡曲線九大類型。由離子平衡題中信息的呈現(xiàn)，可以看出高考化學(xué)試題由理想化情境向半理想化情境，最終到去理想化，即真實(shí)情境的方向發(fā)展。筆者總結(jié)了離子平衡題中離子濃度大小比較與三大守恒運(yùn)用的規(guī)律技巧，嘗試歸納了高考化學(xué)命題方向，以期能給高三教師及學(xué)生一點(diǎn)選題或命題的方向。

高考試題始終貫徹教育部提出的“高考考試要凸顯育人導(dǎo)向”的理念，充分體現(xiàn)《考試大綱》修訂精神，依據(jù)《考試說明》，立足中學(xué)化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，堅(jiān)持“一核四層四翼”，堅(jiān)持“立德樹人、服務(wù)選拔、導(dǎo)向教學(xué)”這一核心立場(chǎng)。

2019年高考化學(xué)試題積極貫徹全國(guó)教育大會(huì)精神，把握新時(shí)代的育人方向，落實(shí)新時(shí)代的育人要求，助力培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的考生。持續(xù)深化高考考試內(nèi)容改革，全面落實(shí)“一核四層四翼”高考評(píng)價(jià)體系的要求，精選試題情境，呈現(xiàn)真實(shí)問題，加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵能力的考查，彰顯教育改革的鮮明導(dǎo)向。尤其是在情境設(shè)置方面，有以下亮點(diǎn)：選取我國(guó)古代文化和科技典籍中有關(guān)情境，增強(qiáng)文化自信；呈現(xiàn)我國(guó)科學(xué)家發(fā)表的世界領(lǐng)先的科技成果，增強(qiáng)科技成就感；精挑文獻(xiàn)，展現(xiàn)最新成果，增長(zhǎng)知識(shí)見識(shí)。

2019年高考試題中，考查考生綜合素質(zhì)，促進(jìn)全面發(fā)展，通過問題的精心設(shè)置，在考查化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理的同時(shí)，測(cè)評(píng)學(xué)科關(guān)鍵能力，評(píng)價(jià)科學(xué)態(tài)度和價(jià)值理念等學(xué)科素養(yǎng)，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)和思想道德品質(zhì)的全面提升和發(fā)展。

離子平衡問題是高考熱點(diǎn)考題，選擇題中對(duì)離子平衡的考查常出現(xiàn)在最后一題的位置，具有較好的區(qū)分度，難度較大。從信息呈現(xiàn)形式角度分析，離子平衡選擇題主要有文字?jǐn)⑹鲱?、圖象分析類，近十年具體考查情況見表1。

表1 近十年離子平衡選擇題的考查情況

由表所述，不難發(fā)現(xiàn)，離子平衡選擇題的呈現(xiàn)形式由以文字?jǐn)⑹鲱悶橹?，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐詧D象分析類為主，符合了新課程標(biāo)準(zhǔn)、考綱不斷修訂的目的。

1.離子平衡選擇題類型及示例

離子平衡選擇題主要有文字?jǐn)⑹?、濃度或溫度變量曲線、pH-V滴定曲線、分布分?jǐn)?shù)曲線、pH-對(duì)數(shù)滴定曲線、導(dǎo)電能力滴定曲線、沉淀滴定曲線、沉淀溶解平衡曲線九大類型。具體示例，見表2。

表2 近五年題型與高考真題考查情況匯總

由離子平衡題的呈現(xiàn)形式，可以看出高考化學(xué)試題由理想化情境向半理想化情境，最終到去理想化情境，即真實(shí)情境的方向發(fā)展，這也符合技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀。在真實(shí)情境為高考命題基本框架的前提下，今后的命題一定是以曲線為主，尤其是可以用先進(jìn)儀器表征的方式對(duì)高中化學(xué)必備知識(shí)的考查，以新表征手段來進(jìn)行曲線表征，即高起點(diǎn)；以考查必備知識(shí)為方向，即低落點(diǎn)。

筆者在文章中主要總結(jié)了比較微粒濃度大小的方法、對(duì)高考化學(xué)試題命制的看法以及如何選編習(xí)題展開了闡述。

2.例談微粒濃度大小的比較

筆者總結(jié)了梯隊(duì)法、定量計(jì)算法、三大守恒法來比較微粒濃度的大小關(guān)系。

2.1 梯隊(duì)法

梯隊(duì)法是從定性角度迅速判斷常規(guī)溶液中的離子濃度大小的方法。其基本認(rèn)知模型，見圖1。

圖1 梯隊(duì)法認(rèn)知模型

【例1】10 mL 0.1 mol/L NaOH與10 mL 0.1 mol/L CH3COOH混合，混合溶液中微粒的大小關(guān)系是______________。

【答案】c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(CH3COOH)>c(H+)

【解析】模型認(rèn)知，如圖2所示：

圖2

【例2】10 mL 0.1 mol/L NaOH與20 mL 0.1 mol/L CH3COOH混合，混合溶液中微粒的大小關(guān)系是______________。

【答案】c(CH3COO-)>c(Na+)>c(CH3COOH)>c(H+)>c(OH-)

【解析】模型認(rèn)知，如圖3所示：

圖3

采用梯隊(duì)法的關(guān)鍵離不開溶質(zhì)分析法和判斷溶液酸堿性或計(jì)算確定溶液的主要平衡，對(duì)于復(fù)雜的離子平衡體系，有時(shí)候并不能利用梯隊(duì)法得出正確的大小關(guān)系。這個(gè)時(shí)候需要有更加精準(zhǔn)的方法，比如定量計(jì)算法、三大守恒法。

2.2 定量計(jì)算法——三步法

構(gòu)建三步法，巧解離子平衡常數(shù)相關(guān)計(jì)算，具體內(nèi)容如下：

第一步：書寫平衡方程式——電離平衡、水解平衡、難溶電解質(zhì)的溶解平衡等方程式；

第二步：書寫平衡常數(shù)表達(dá)式——包含題給常數(shù)和待求常數(shù)、濃度商；

第三步：利用題給數(shù)據(jù)或者圖象中關(guān)鍵點(diǎn)代入表達(dá)式——常常需要數(shù)形結(jié)合分析，運(yùn)用數(shù)學(xué)思維解決問題。

離子平衡題，難在分析方法上，不容易切入。需要積累經(jīng)驗(yàn)，學(xué)會(huì)正確地切入此類習(xí)題，也要大膽嘗試。定量法，既可以進(jìn)行離子平衡的相關(guān)計(jì)算，也可用于離子濃度大小的比較。

2.3 三大守恒法

有時(shí)候兩個(gè)微粒之間的比較需要運(yùn)用到守恒法，比如醋酸鈉溶液的電荷守恒，根據(jù)溶液呈堿性，可比較出醋酸根濃度與鈉離子濃度的大小。三大守恒主要運(yùn)用的是恒等式、不等式尤其是多種微粒濃度大小的比較，筆者構(gòu)建了解題認(rèn)知模型如圖4所示：

圖4

【例3】(2020·山東考前模擬·14)25℃時(shí)，向10 mL 0.10 mol·L-1的一元弱酸HA(Ka=1.0×10-3)中逐滴加入0.10 mol·L-1NaOH溶液，溶液pH隨加入NaOH溶液體積的變化關(guān)系如圖5所示。下列說法正確的是

( )

圖5

A.a點(diǎn)時(shí)，c(HA)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+)

B．溶液在a點(diǎn)和b點(diǎn)時(shí)水的電離程度相同

C.b點(diǎn)時(shí)，c(Na+)=c(HA)+c(A-)+c(OH-)

D.V=10 mL時(shí)，c(Na+)>c(A-)>c(H+)>c(HA)

【答案】A

該題的A項(xiàng)、C項(xiàng)均運(yùn)用了守恒法，同時(shí)A項(xiàng)還運(yùn)用了定量計(jì)算的思想。簡(jiǎn)而言之，這幾種對(duì)于離子平衡題的基本方法，是學(xué)生嘗試做題的必備技能，是最重要的審題的方向。

3 化學(xué)反應(yīng)的宏觀表征

由離子平衡高考題不難發(fā)現(xiàn)，化學(xué)反應(yīng)的表征目前在考題中的體現(xiàn)主要有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表征、技術(shù)圖象表征兩種形式。

3.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表征

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表征是最原始的宏觀表征，常見于北京卷化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題。如2019年北京卷第28中，化學(xué)小組實(shí)驗(yàn)探究SO2與AgNO3溶液的反應(yīng)。

(1)實(shí)驗(yàn)一：用如圖裝置(夾持、加熱儀器略)制備SO2，將足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反應(yīng)，得到無色溶液A和白色沉淀B。

①濃H2SO4與Cu反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________。

②試劑a是________。

(2)對(duì)體系中有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)分析得出：沉淀B可能為Ag2SO3、Ag2SO4或二者混合物。(資料：Ag2SO4微溶于水；Ag2SO3難溶于水)

實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證B的成分

①寫出Ag2SO3溶于氨水的離子方程式：________________________。

②加入鹽酸后沉淀D大部分溶解，剩余少量沉淀F。推斷D中主要是BaSO3，進(jìn)而推斷B中含有Ag2SO3。向?yàn)V液E中加入一種試劑，可進(jìn)一步證實(shí)B中含有Ag2SO3。所用試劑及現(xiàn)象是________。

途徑1：實(shí)驗(yàn)一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，隨沉淀B進(jìn)入D。

①向溶液A中滴入過量鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀，證明溶液中含有________：取上層清液繼續(xù)滴加BaCl2溶液，未出現(xiàn)白色沉淀，可判斷B中不含Ag2SO4。做出判斷的理由：____________________。

②實(shí)驗(yàn)三的結(jié)論：____________________。

(4)實(shí)驗(yàn)一中SO2與AgNO3溶液反應(yīng)的離子方程式是____________________________。

(6)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論：______________。

【試題感悟】

真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能直觀的表征微觀過程，但又有許多過程現(xiàn)象是相似的，故需要進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證，此類題經(jīng)常出現(xiàn)在高考化學(xué)試題中，真實(shí)的表達(dá)了化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究過程，創(chuàng)設(shè)了真實(shí)地情境。

3.2 技術(shù)圖象表征

吳文中等老師通過繪制分布分?jǐn)?shù)曲線、滴定曲線預(yù)測(cè)反應(yīng)的微觀、宏觀過程，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。我們的考題，也可能是利用計(jì)算機(jī)模擬了實(shí)驗(yàn)的過程，這是很多科學(xué)研究工作必經(jīng)的過程。所以這種信息呈現(xiàn)形式也會(huì)出現(xiàn)在我們的高考試題中。比如2019年全國(guó)卷Ⅰ第28題設(shè)置了“我國(guó)學(xué)者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應(yīng)歷程”的真實(shí)情境，考查曲線新穎又不失基礎(chǔ)。

3.3 實(shí)際圖象表征

實(shí)際的圖象的繪制離不開手持儀器、計(jì)算機(jī)等重要的設(shè)備，可以真實(shí)的表征微觀過程，并體現(xiàn)在曲線上，但實(shí)際情況曲線往往是不光滑的。高考試題中往往是通過真實(shí)圖象和模擬圖象兩種形式表征微觀過程，繼而考查學(xué)生的必備知識(shí)、關(guān)鍵能力，尤其是創(chuàng)新能力，詳見表3。

表3 實(shí)際圖象對(duì)比“處理化”圖象示例

4 高考預(yù)測(cè)

綜上分析，由離子平衡題的發(fā)展歷程變化，為我們命題、選題、高三備考提供了最有力的復(fù)習(xí)依據(jù)。應(yīng)該立足教材基礎(chǔ)，將教材知識(shí)與化學(xué)學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀緊密結(jié)合在一起，抓住新型表征手段在化學(xué)中的運(yùn)用及新型化學(xué)理論知識(shí)開拓，將素養(yǎng)真正寄托于教學(xué)過程中。比如2019年全國(guó)卷Ⅰ第10題涉及固體界面上強(qiáng)酸的吸附和離解是多相化學(xué)在環(huán)境、催化、材料科學(xué)等領(lǐng)域研究的重要課題，考查了HCl氣體分子在253 K冰表面吸附和溶解過程的新知識(shí)，指出HCl在該條件下為弱酸，實(shí)際上是吳國(guó)慶教授2007年10月30日在黃山市的講座《某些化學(xué)基本概念的新進(jìn)展》談到德國(guó)科學(xué)家Gerhard Ertl的觀點(diǎn)“硝酸在水的表面是弱酸”。進(jìn)一步表明關(guān)注化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展的重要性。

這就決定了我們?cè)诮窈竺}或選題過程中，要“去理想化”的尋找真實(shí)情境的素材，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境；或“半理想化”的命題，并逐步向真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)命題發(fā)展?；谥匾拿}方向，筆者展開了原創(chuàng)試題的命制。在編制試題的過程中離不開真實(shí)的科學(xué)文獻(xiàn)、大學(xué)教材、高考真題等。高考真題是基于真實(shí)情境命制的，是值得我們深挖的。筆者基于大學(xué)分析化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)原理選講等素材，展開契合高考命題特點(diǎn)的命題。具體示例如下：

命題角度一：高考題改編

下面從水溶液中離子平衡的表征方式的角度，選擇與2019年高考題類似的考查方式，通過溶液電導(dǎo)率表征混合酸的滴定過程。查閱了分析化學(xué)相關(guān)資料。試題如下：

向20.00 mL未知濃度的HCl、CH3COOH混合溶液逐滴滴加0.100 mol/L NaOH溶液，混合溶液的電導(dǎo)率(導(dǎo)電能力)如圖所示，下列敘述錯(cuò)誤的是

( )

A.b、c兩點(diǎn)水的電離程度：c>b

B.原溶液中c(CH3COOH)=0.050 mol/L

C.a→b是HCl恰好被NaOH溶液中和的過程

D.c點(diǎn)：c(Na+)>c(Cl-)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-)

【答案】D

命題角度二：原創(chuàng)試題(節(jié)選)

(5)采用原子吸收分光光度法測(cè)定乳酸亞鐵中鐵的含量。

①已知不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)含鐵溶液的濃度c與A(吸光度)的關(guān)系如圖所示：

②取上述實(shí)驗(yàn)所得乳酸亞鐵晶體(摩爾質(zhì)量=288 g/mol)樣品mg，利用容量瓶配成100 mL溶液，取25 mL待測(cè)溶液，并加入上圖所示M點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)含鐵溶液25 mL(忽略因溶液混合造成的體積變化)，利用原子吸收分光計(jì)測(cè)定混合溶液的吸光度為A1。則產(chǎn)品的純度為________(用m、A0、A1、c0表示)。