高梅英 曹義龍

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中關(guān)于高中化學(xué)課程性質(zhì)與基本理念一節(jié)明確提出：普通高中化學(xué)課程是與義務(wù)教育化學(xué)或科學(xué)課程相銜接的基礎(chǔ)教育課程，是落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)、發(fā)展素質(zhì)教育、弘揚(yáng)科學(xué)精神、提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體；化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生必備的科學(xué)素養(yǎng)，是學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展的重要基礎(chǔ)；化學(xué)課程對(duì)于科學(xué)文化傳承和高素質(zhì)人才的培養(yǎng)具有不可替代的作用。

一、陌生氧化還原方程式的考查價(jià)值及統(tǒng)計(jì)

在歷年化學(xué)高考題中，方程式書(shū)寫(xiě)都是熱門(mén)、高頻的考查形式，且陌生方程式書(shū)寫(xiě)的考查漸趨增多，難度漸趨增大，這也是隨著新課程改革不斷深入，高考試卷不斷由知識(shí)立意向能力立意轉(zhuǎn)化的必然結(jié)果。這種形式可以很好地考查學(xué)生的證據(jù)推理、模型認(rèn)知、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任等核心素養(yǎng)，所占分值的權(quán)重近幾年始終保持在較高的水平，這也是未來(lái)高考等級(jí)考的發(fā)展趨勢(shì)。

筆者對(duì)近年來(lái)北京市化學(xué)高考直接考查方程式書(shū)寫(xiě)的題目進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如下表：

年份 題號(hào)和分值2017年（11分）27.（1）① 陌生非氧化還原反應(yīng)，2分；② 陌生氧化還原反應(yīng)，2分；③ 陌生非氧化還原反應(yīng)，2分 （2）② 計(jì)算，但是應(yīng)用的卻是陌生氧化還原反應(yīng)中還原劑與氧化劑失電子得電子守恒的規(guī)律，1分 ③ 難度較大，考查的是同位素標(biāo)定，氧化劑有兩種的陌生氧化還原方程式的配平，2分28.（2）② 陌生氧化還原方程式書(shū)寫(xiě)，2分2018年（6分）26.（3）陌生非氧化還原反應(yīng)，2分；（5）陌生非氧化還原反應(yīng)，2分27.（1）陌生氧化還原反應(yīng)結(jié)合蓋斯定律的考查，2分2019年（6分）27.（1）陌生氧化還原反應(yīng)，2分28.（3）陌生非氧化還原反應(yīng)，2分；（8）陌生氧化還原反應(yīng)，2分2020年（16分）15.（1）① 陌生氧化還原反應(yīng)，2分；③ 陌生非氧化還原反應(yīng)，2分 （2）①陌生氧化還原反應(yīng)（電極反應(yīng)），2分17.（2）氧化還原反應(yīng)，雖不是陌生氧化還原反應(yīng)但需要通過(guò)所給信息（應(yīng)用得失電子守恒、原子守恒的規(guī) 律）進(jìn)行判斷后，再書(shū)寫(xiě)，2分 （3）① 陌生氧化還原反應(yīng)，2分18.（1）② 陌生氧化還原反應(yīng)，2分；（3）陌生電極方程式，2分19.（3）② 陌生非氧化還原反應(yīng)，2分2021年（6分）18.（2）③ 陌生氧化還原反應(yīng)，4分；④ 陌生氧化還原反應(yīng)，2分

二、對(duì)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題調(diào)研和問(wèn)題分析

2020年北京高考是新一輪高考綜合改革后的首次高考，化學(xué)等級(jí)考試題整體難度不大，但學(xué)生在解答第17題時(shí)，情況卻不太理想，尤其是第17題的第（3）問(wèn)，這種情況引起了筆者的思考，并促使筆者對(duì)學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)學(xué)生出錯(cuò)主要是因?yàn)樽C據(jù)推理及模型認(rèn)知的化學(xué)核心素養(yǎng)不夠。

筆者針對(duì)2020年北京高考等級(jí)考17題的原題（12分）對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題一一進(jìn)行剖析。

用如下方法回收廢舊CPU中的單質(zhì)Au（金）、Ag和 Cu。

已知：① 濃硝酸不能單獨(dú)將 Au 溶解。

② HAuCl4 = H+ + AuCl4- 。

（1）酸溶后經(jīng)______操作，將混合物分離。

（2）濃、稀HNO3 均可作酸溶試劑。溶解等量的Cu消耗HNO3 的物質(zhì)的量不同，寫(xiě)出消耗HNO3物質(zhì)量少的反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________。

（3）HNO3-NaCl 與王水［V（濃硝酸）∶V（濃鹽酸） =1∶3］溶金原理相同。

（4）將溶金反應(yīng)的化學(xué)方程式補(bǔ)充完整：

Au+□NaCl+□HNO3 = HAuCl4+□___+□___+□ NaNO3

答案：Au+4NaCl+5HNO3 = HAuCl4+NO↑+2H2O+ 4NaNO3

學(xué)生的錯(cuò)因分析：不能根據(jù)信息正確判斷還原產(chǎn)物是NO；配平過(guò)程混亂，無(wú)法配平；因配平過(guò)程思維混亂，導(dǎo)致無(wú)法正確判斷缺少的產(chǎn)物是H2O；在對(duì)還原產(chǎn)物NO判斷無(wú)誤后，因?qū)Ω魑镔|(zhì)在反應(yīng)中所起作用不清，導(dǎo)致配平錯(cuò)誤。

三、建立陌生氧化還原方程式的書(shū)寫(xiě)模型

基于學(xué)生的問(wèn)題，在解答有關(guān)陌生方程式書(shū)寫(xiě)問(wèn)題時(shí)，教師可以建立以下的模型。

首先，判斷書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的反應(yīng)類(lèi)型。根據(jù)化合價(jià)有無(wú)變化，判斷是非氧化還原反應(yīng)（無(wú)化合價(jià)變化），還是氧化還原反應(yīng)，包括陌生電極反應(yīng)式（有化合價(jià)變化），對(duì)非氧化還原反應(yīng)還應(yīng)判斷出是酸堿反應(yīng)、沉淀反應(yīng)，還是絡(luò)合反應(yīng)。

其次，判斷書(shū)寫(xiě)反應(yīng)形式及核心反應(yīng)物和產(chǎn)物。一是無(wú)論哪種反應(yīng)，均要注意試題要求書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的形式——化學(xué)方程式還是離子方程式；二是根據(jù)題目信息，即文字信息、圖表信息等，正確寫(xiě)出反應(yīng)的核心反應(yīng)物、生成物的化學(xué)式或離子符號(hào)。

再次，根據(jù)反應(yīng)類(lèi)型不同，選擇不同配平方法。如是非氧化還原反應(yīng)，根據(jù)核心元素的原子守恒定律，配平部分物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)；再分析反應(yīng)環(huán)境是中性、酸性還是堿性，根據(jù)其他原子如H或O守恒配平即可，若書(shū)寫(xiě)離子方程式，也可據(jù)電荷守恒配平。

如是氧化還原反應(yīng)，首先找出核心物質(zhì)，是氧化劑、還原劑、還原產(chǎn)物還是氧化產(chǎn)物，當(dāng)然根據(jù)反應(yīng)的不同，上述物質(zhì)也可能是三種，如歧化反應(yīng)、歸中反應(yīng)；也可能是四種以上，如當(dāng)氧化劑或還原劑不只一種，亦或是還原產(chǎn)物、氧化產(chǎn)物不只一種；然后根據(jù)得失電子守恒（或化合價(jià)升降總數(shù)相等），求出得失電子（或升降價(jià)）的最小公倍數(shù)，先配平物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，再根據(jù)據(jù)原子守恒和反應(yīng)環(huán)境判斷并書(shū)寫(xiě)出其他反應(yīng)物或產(chǎn)物。這部分是學(xué)生最易忽視，或雖重視了但遇到具體情況時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)判斷失誤的環(huán)節(jié)，更需在平時(shí)訓(xùn)練中多加重視。

最后是配平方程式。據(jù)原子守恒配平其他物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，如果是離子方程式或電極反應(yīng)式，電荷守恒就是經(jīng)常優(yōu)先考慮的配平方法，如烴或烴的含氧衍生物做燃料電池負(fù)極反應(yīng)物時(shí)，堿性條件下書(shū)寫(xiě)負(fù)極反應(yīng)式，要優(yōu)先使用電荷守恒配OH-的化學(xué)計(jì)量數(shù)，再使用原子守恒配平H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)，使配平更簡(jiǎn)單。配平的一般順序：金屬元素→非金屬元素（除H、O之外）→H（O）→O（H），因題而異，靈活運(yùn)用。

四、應(yīng)用模型解決問(wèn)題

下面我們用以上模型來(lái)分析2020年北京高考化學(xué)等級(jí)考第17.（3）題的陌生方程式書(shū)寫(xiě)。首先判斷要書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的反應(yīng)類(lèi)型是氧化還原反應(yīng)并找出核心物質(zhì)，根據(jù)題目中“HNO3-NaCl 與王水［V（濃硝酸）∶V（濃鹽酸） = 1∶3］溶金原理相同”的證據(jù)，及王水中的硝酸濃度約為原來(lái)濃HNO3濃度的1/4，應(yīng)視作稀硝酸，按HNO3的一般還原規(guī)律，還原產(chǎn)物應(yīng)為NO。

然后標(biāo)價(jià)，求總數(shù)：

再看環(huán)境，確定其他參與或生成的物質(zhì)：

最后按原子守恒配平方程式：

根據(jù)Cl-守恒，NaCl化學(xué)計(jì)量數(shù)為4；根據(jù)Na+守恒，NaNO3化學(xué)計(jì)量數(shù)為4；根據(jù)N原子守恒，HNO3最終化學(xué)計(jì)量數(shù)為1+4=5 ；根據(jù)H或O原子守恒，H2O的計(jì)量數(shù)為2。完成方程式的配平。

學(xué)生在配平復(fù)雜的氧化還原方程式時(shí)，往往缺乏上述配平的邏輯思維，導(dǎo)致配平過(guò)程混亂，最后無(wú)法完成配平任務(wù)。

2020年高考是北京市對(duì)選科實(shí)行等級(jí)考的第一年，題目相對(duì)要簡(jiǎn)單，而2021年北京高考化學(xué)等級(jí)考的難度明顯增大，對(duì)陌生氧化還原方程式的書(shū)寫(xiě)考查難度更是前所未有地加大了定量的考查，這已經(jīng)不是學(xué)生簡(jiǎn)單地掌握了陌生氧化還原方程式的書(shū)寫(xiě)模型就能順利解決的問(wèn)題了。

這樣的變化符合《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系說(shuō)明》的相關(guān)要求，而且這應(yīng)該也是今后高考的出題方向，《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系說(shuō)明》明確了“一核”“四層”“四翼”。“一核”即“立德樹(shù)人，服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”的考查目的，是對(duì)素質(zhì)教育中高考核心功能的概括；“四層”即“核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)”，是素質(zhì)教育目標(biāo)在高考中的提煉。［1］因此教師日常教學(xué)就要注意培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

下面筆者利用前文所述書(shū)寫(xiě)陌生氧化還原方程式的書(shū)寫(xiě)模型，分析2021年北京市高考等級(jí)考化學(xué)中的第18題中相關(guān)考點(diǎn)。原題：

（1）由鈦白粉廢渣制備鐵黃，流程如下：

資料：iii．0.1mol·L-1Fe2+生成Fe（OH）2，開(kāi)始沉淀時(shí)pH = 6.3，完全沉淀時(shí)pH = 8.3

0.1mol·L-1Fe3+生成FeOOH，開(kāi)始沉淀時(shí)pH = 1.5，完全沉淀時(shí)pH = 2.8

（2）制晶種：向FeSO4溶液中滴加氨水，先出現(xiàn)白色沉淀，后變?yōu)榛揖G色。加氨水至pH = 6時(shí)，開(kāi)始通入空氣，溶液pH隨時(shí)間的變化曲線如圖

（3）0-t1時(shí)刻，pH幾乎不變，t1-t2時(shí)刻，pH減小，結(jié)合方程式解釋原因：______。

（4）pH = 4時(shí)制備晶種，t3時(shí)刻之后，再通空氣，pH幾乎不變，c（Fe2+）仍然減小，但c（Fe3+）在增加，c（Fe2+）的減小量大于c（Fe3+）的增加量，結(jié)合總方程式說(shuō)明原因：_______。

本題考查的是還原劑+2價(jià)Fe被O2氧化為+3價(jià)Fe的陌生方程式的書(shū)寫(xiě)，難點(diǎn)是學(xué)生要根據(jù)題目已知條件ⅲ，以及通入空氣后溶液pH隨時(shí)間變化的曲線圖這兩個(gè)證據(jù)，正確推理出兩種價(jià)態(tài)Fe的具體存在形式。若解決了上述難點(diǎn)問(wèn)題，再結(jié)合前述模型來(lái)書(shū)寫(xiě)方程就變得很容易。

0-t1時(shí)刻，溶液pH基本維持6.0，據(jù)已知ⅲ，溶液中+2價(jià)Fe有兩種存在形式Fe2+、Fe（OH）2，+3價(jià)Fe為FeOOH。若反應(yīng)物為Fe2+，按離子方程式的電荷守恒判斷，必然生成H+，而題目中pH幾乎不變，故反應(yīng)物為Fe（OH）2，按上述書(shū)寫(xiě)模型，很容易寫(xiě)出該方程為：4Fe（OH）2+ O2= 4FeOOH↓ +2H2O，c（H+）不變。

t1-t2時(shí)刻，pH：6.0→4.0，據(jù)已知ⅲ，按上述分析，還原劑應(yīng)為Fe2+，氧化產(chǎn)物為FeOOH，很容易寫(xiě)出方程式：4Fe2++O2+6H2O = 4FeOOH↓+8H+，c（H+）增大。

pH=4時(shí)，根據(jù)已知ⅲ，+2價(jià)Fe的存在形式為Fe2+；根據(jù)t3時(shí)刻后pH幾乎不變，說(shuō)明無(wú)H+消耗或生成；根據(jù)c（Fe2+）仍然減小，但c（Fe3+）在增加，說(shuō)明Fe3+為氧化產(chǎn)物；c（Fe2+）的減小量大于c（Fe3+）的增加量，據(jù)Fe原子守恒，說(shuō)明Fe3+只是氧化產(chǎn)物之一，+3價(jià)Fe還有FeOOH的形式；反應(yīng)前后Fe2+與Fe3+保持電荷守恒；故按配平模型，分以下幾步完成整個(gè)離子方程式的書(shū)寫(xiě)。

1）Fe2++O2= Fe3++FeOOH↓；

2）4Fe2++O2=Fe3++FeOOH↓（依據(jù)：得失電子守恒、電荷守恒、Fe元素守恒）；

3）12Fe2++ 3O2+ 2H2O = 8Fe3++ 4FeOOH↓（依據(jù)H、O原子守恒，配平方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)為最簡(jiǎn)整數(shù)比）。

故答案為：12Fe2++3O2+2H2O = 8Fe3++4FeOOH↓，c（H+）不變，消耗的Fe2+多，生成的Fe3+少。

筆者應(yīng)用前文給出的模型對(duì)2020年北京高考等級(jí)考第17題（3）和2021年第18題（2）三個(gè)較為復(fù)雜方程式的配平步驟進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)筆者以后的教學(xué)產(chǎn)生了良好啟發(fā)。

陌生方程式的考查未來(lái)應(yīng)該仍將是高考的重點(diǎn)考查形式，如果教師從高一開(kāi)始就注意采用本文中的模型方法，不斷對(duì)學(xué)生進(jìn)行有意識(shí)的訓(xùn)練，學(xué)生在三年后可達(dá)到較好的模型認(rèn)知水平，并具有應(yīng)用模型解決高考相關(guān)問(wèn)題的能力。