化學變化與能量守恒思想在高考試卷中的體現

吳曉紅　陳有鑫　姜正毅

[摘要]化學變化和能量守恒思想貫穿著整個高中化學學習過程。中學化學教師應回歸教材，夯實學生的化學基礎，同時強化思維教學，加強化學變化和能量守恒習題的剖析，提升學生的化學學科素養。通過對高中化學課程標準和2016年高考考綱的分析，從化學變化與能量守恒的角度審視2016年新課標Ⅱ卷11題、26題（3）中的化學變化和能量守恒思想。

[關鍵詞]化學變化；能量守恒；新課標Ⅱ卷；學科素養

[中圖分類號]G633.8 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2017）05-0077-02

基礎化學教育以提高學生的科學素養為根本宗旨。而課改已從科學素養逐漸進人“核心素養時代”。化學變化和能量守恒則是高中化學學習中的基本思維方法之一。物質與物質之間之所以能夠相互轉化是因為過程中發生了化學反應，進行了化學變化這一復雜過程。化學反應宏觀上可以理解為舊物質與新物質轉化的過程，微觀上實質就是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成，亦可以描述為最外層電子的運動狀態發生了改變，同時伴隨著能量的變化。本文主要從化學變化和能量守恒兩個視角分析2016年高考新課標Ⅱ卷中化學學科核心素養的體現，并通過新課標Ⅱ卷11題、26題（3）中特定的問題淺析學生在化學學科學習過程中自身素養的體現，以幫助學生盡快走進“核心素養時代”，使教師適應新課改的步伐。

一、2016年高考理綜卷化學學科核心素養的體現能量守恒的能力分析

筆者認為，化學學科核心素養是建立在高中化學課程標準基礎之上的，同時2016年高考化學考試大綱對學生學科知識等能力做了明確的要求，通過實現學生知識、態度與STEM理念的有機結合，體現PISA科學素養評估的核心要素。但是，在化學變化與能量守恒這一學科核心素養中，從化學變化與電能、熱能的相互轉化考查學生的思維品質，不僅僅是建立在學生知識基礎之上，而且需要以學生為中心，從學生的學習品質和學習能力綜合考量，體現化學學科核心的素養。

我們可以把物質轉化過程比作是貯存在物質本身內部的能量（化學能）轉化為熱能、光能等不同形式的能量釋放出來，抑或是熱能、光能等不同形式的能量轉化為物質本身內部能量（化學能）被貯存起來的過程。釋放能量和貯存能量的過程最終是為了保持化學變化過程中能量的守恒。而教師的教與學生的學均需要很好的銜接，只有明白了其中的化學變化和能量轉化關系，才能使學生在學習過程中提升自身的學科素養和個人學習品質。

二、2016年高考理綜化學卷中的化學變化與能量守恒

1.化學變化與電能

化學能與不同形式的能量可以相互轉化。能量可以以不同的形式存在于自然界中，比如化學能、電能等，不同形式的能量在一定條件下是可以相互轉化的。例如原電池的設計使用，在物質相互變化的過程中把化學能轉化為電能，可以理解為將物質本身的能量轉化為電能，是一個釋放能量的過程；電解池則是將電能轉化為化學能的過程，同樣可以理解為將電能轉化為物質本身的能量，是一個貯存能量的過程。因此，化學能是諸多不同形式能量的其中一種，是可以同其他形式能量進行相互轉化的，是以物質變化為基礎而變化的。

[例1]（2016·新課標Ⅱ卷，11）Mg-AgCl電池是一種以海水為電解質溶液的水激活電池。下列敘述錯誤的是（ ）。

A.負極反應式為Mg一2e^-=Mg²⁺

B.正極反應式為Ag⁺+e^-=Ag

C.電池放電時Cl^-由正極向負極遷移

D.負極會發生副反應Mg+2H₂O=Mg（OH）₂+H₂↑

教師在教學過程中需具備化學學科知識，具有STEM的相關理論基礎，在幫助學生奠定核心知識的同時對學生閱讀題目和做題的方法進行引導，并且對知識本身具有宏觀概括能力和對知識的外延性具備一定的控制力。本題中涉及原電池的電極反應方程式的書寫判斷，在分析過程中需要從其本質到特征再次回到本質。

2.化學變化與熱能

能量的轉化是以物質轉化為基礎的。物質的轉化遵循質量守恒定律，在物質變化的過程中能量的轉化同樣遵循能量守恒定律，即能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在能量轉化或轉移的過程中其總量不變。高中化學教學過程中化學熱力學問題與能量守恒定律密切相關，尤其以蓋斯定律的運用為重。

[例2][2016·新課標Ⅱ卷，27（3）]聯氨（又稱肼，N₂H₄，無色液體）是一種應用廣泛的化工原料，可用作火箭燃料。回答下列問題：

（3）①2O₂（g）+N₂（g）=N₂O₄（1） △H₁

②N₂（g）+2H₂（g）=N₂H₄（1） △/H₂

③O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（g） △H₃

④2N₂H₄（1）+N₂O₄（1）=3N₂（g）+4H₂O（g） △H₄=-1048.9 kI·mol^-1

上述反應熱效應之間的關系式為△H₄=_____。

分析本題需具備化學變化的實質基礎知識，清楚物理學科和化學學科的聯系，以及能量守恒在化學中的運用。教師應引導學生在學科認知基礎上建立實際問題的解決模式，指導學生在學習過程中明白化學與工業生產的關系，認識STEM理念在高中化學中的作用和地位。在新課程改革下，結合新的教學理念和新的觀點對學生的核心素養進行培養，建立化學變化的過程和過程中能量守恒的核心概念和相互關系，在強化基礎知識的同時運用蓋斯定律建立化學變化和能量守恒之間的數學推理關系式，提升學生的認知。通過教師的引導和學生的自行建構，學生體會感知學科間的相互聯系，提升教師本身的科學素養，實現共同發展。

三、小結

“變化觀念與平衡思想”這一基本思維方法，要求學生能夠認識物質是在不斷運動的，物質變化是在一定條件下進行的；能夠從內因和外因、量變與質變等方面較為全面地分析物質的化學變化過程，關注化學變化中的能量與能量之間的轉化關系；能從不同視角對紛繁復雜的化學變化進行分類研究，逐步揭示各類變化的特征和規律；能用對立統一、聯系發展和動態平衡的觀點考察、分析化學反應，預測在一定條件下某種物質可能發生的化學變化。因此，教師在教學過程中，讓學生理解并領會化學變化守恒思想，通過相關的邏輯推理、演算，進行驗證和解釋，將對學生的化學學習起著非常重要的作用。

（責任編輯 羅艷）