透視情境維度 把準(zhǔn)問(wèn)題角度 形成思維模型
——試談化學(xué)反應(yīng)原理試題解題策略

王 潔

(江蘇省天一中學(xué) 214000)

化學(xué)反應(yīng)原理試題多以工業(yè)生產(chǎn)或前沿科技為情境，題目綜合應(yīng)用強(qiáng)、化學(xué)信息多(文本、圖表)、設(shè)問(wèn)角度活.化學(xué)反應(yīng)原理在江蘇近三年重大考試中的分布情況見(jiàn)表1.

表1

高頻考點(diǎn)有：ΔH計(jì)算或書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式，自發(fā)與ΔH、ΔS的關(guān)系；電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)，電極附近的反應(yīng)，pH變化，離子或電子的移動(dòng)與數(shù)目及相關(guān)計(jì)算，金屬的腐蝕與防護(hù)；平衡常數(shù)K的計(jì)算及與溫度的關(guān)系,根據(jù)K判斷平衡的移動(dòng)，比較濃度、物質(zhì)的量、壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)化率、百分含量等 ；四大平衡影響因素及其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用 ；判斷或計(jì)算溶液中的pH，調(diào)控溶液的酸堿性 ；溶液中的三個(gè)守恒，離子濃度大小比較；酸堿中和滴定及應(yīng)用；分析圖像從限度、速率角度討論反應(yīng)條件的選擇.

化學(xué)反應(yīng)原理試題情境主要包含四個(gè)維度：考察熱化學(xué)和電化學(xué)的化學(xué)反應(yīng)與能量情境；考察焓變、活化能、中間體(中間產(chǎn)物)和反應(yīng)速率的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理情境；考察化學(xué)反應(yīng)速率、方向限度和平衡移動(dòng)的情境；考察溶液中的離子反應(yīng)的情境.透過(guò)這些情境維度，分析和精準(zhǔn)把握問(wèn)題的角度，最后形成解決這類(lèi)問(wèn)題的思維模型，從而讓學(xué)生有法可依.下面具體從四個(gè)情境維度出發(fā)，通過(guò)典型考題來(lái)分析解題策略.

1 化學(xué)反應(yīng)與能量

這類(lèi)題命題角度主要有：根據(jù)能量圖像判斷焓變?chǔ)；結(jié)合蓋斯定律進(jìn)行ΔH計(jì)算或書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；結(jié)合背景材料或新型實(shí)用的電池結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行原電池原理、電解原理的問(wèn)題分析.

例1(2021江蘇高考節(jié)選 )CH4與CO2重整的主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

2CO(g) + 2H2(g) ΔH=246.5 kJ·mol-1

CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1

ΔH=-172.5 kJ·mol-1

①在CH4與CO2重整體系中通人適量H2O(g)，可減少C(s)的生成，反應(yīng)

4CO(g) + 8H2(g)

的ΔH=____.

此題考查角度為運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算ΔH.

例2(2020 新課標(biāo)Ⅰ卷節(jié)選)硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品， 接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序是SO2的催化氧化：

ΔH=-98 kJ·mol-1

回答下列問(wèn)題：(1)釩催化劑參與反應(yīng)的能量變化如圖1 所示， V2O5(s)與SO2(g)反應(yīng)生成VOSO4(s)和V2O4(s)的熱化學(xué)方程式為：____.

圖1

此題考察角度主要是運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算焓變，其信息的呈現(xiàn)方式在傳統(tǒng)的文字信息基礎(chǔ)上，增加了考查圖表信息.

解決以上利用蓋斯定律試題的思維模型如圖2所示.

圖2

2 反應(yīng)機(jī)理

2017年普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)在“化學(xué)反應(yīng)速率”章節(jié)中，要求“知道化學(xué)反應(yīng)是有歷程的，認(rèn)識(shí)基元反應(yīng)活化能對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響”.

例3(2020江蘇節(jié)選) HCOOH催化釋氫.在催化劑作用下， HCOOH分解生成CO2和H2可能的反應(yīng)機(jī)理如圖3所示.①HCOOD催化釋氫反應(yīng)除生成CO2外，還生成____(填化學(xué)式). ②研究發(fā)現(xiàn)：其他條件不變，以 HCOOK溶液代替 HCOOH催化釋氫的效果更佳，其具體優(yōu)點(diǎn)是____.

圖3

以上考查角度常以陌生反應(yīng)為載體，通過(guò)機(jī)理圖(“循環(huán)式”)考察對(duì)催化劑、反應(yīng)物、生成物的判斷，以及對(duì)反應(yīng)速率的影響.

解決以上機(jī)理題的思維模型如圖4所示.

圖4

3 化學(xué)反應(yīng)速率、方向限度和平衡移動(dòng)

近幾年化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡試題的呈現(xiàn)形式常結(jié)合圖表、圖像考查考生的綜合分析能力和解題能力，綜合性較強(qiáng).命題角度主要有：能書(shū)寫(xiě)平衡常數(shù)表達(dá)式，能進(jìn)行平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率的簡(jiǎn)單計(jì)算，能利用平衡常數(shù)和濃度商的關(guān)系判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡及平衡移動(dòng)的方向；能運(yùn)用濃度、壓強(qiáng)、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響規(guī)律，推測(cè)平衡移動(dòng)方向及濃度、轉(zhuǎn)化率等相關(guān)物理量的變化；能從限度、速率等角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)條件進(jìn)行綜合分析.

例4(2018江蘇節(jié)選)反應(yīng)相同時(shí)間NOx的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如圖5所示，在50～250℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是____；當(dāng)反應(yīng)溫度高于380℃時(shí)，NOx的去除率迅速下降的原因可能是____.

圖5

此題考察角度從速率角度討論反應(yīng)條件的選擇.此處沒(méi)有出現(xiàn)可逆反應(yīng)，強(qiáng)調(diào)的是反應(yīng)相同時(shí)間，去除率的大小用化學(xué)反應(yīng)速率理論來(lái)解釋.溫度影響化學(xué)反應(yīng)速率，影響催化劑的活性.

解決以上速率和平衡理論應(yīng)用的思維模型如圖6所示.

圖6

4 溶液中的離子反應(yīng)

近幾年高考試題中，水溶液中的離子反應(yīng)和平衡呈現(xiàn)的形式多以表格形式、圖像形式和實(shí)驗(yàn)形式.綜合性較強(qiáng)，思維性較強(qiáng).命題角度主要有：能從電離、離子反應(yīng)、平衡的角度分析溶液的性質(zhì)；進(jìn)行溶液pH的簡(jiǎn)單計(jì)算，正確測(cè)定溶液pH，調(diào)控溶液的酸堿性；綜合運(yùn)用離子反應(yīng)、平衡原理，分析和解決生產(chǎn)、生活中有關(guān)電解質(zhì)溶液的實(shí)際問(wèn)題；電離常數(shù)、水的離子積、水解常數(shù)、Ksp的關(guān)系及其計(jì)算；pH曲線的理解與應(yīng)用等.

例5(2021江蘇11)室溫下，通過(guò)下列實(shí)驗(yàn)探究NaHCO3、Na2CO3溶液的性質(zhì).

實(shí)驗(yàn)1：用pH試紙測(cè)量0.1mol·L-1NaHCO3溶液的pH，測(cè)得pH約為8.

實(shí)驗(yàn)2：將0.1mol·L-1NaHCO3溶液與0.1mol·L-1CaCl2溶液等體積混合，產(chǎn)生白色沉淀.

實(shí)驗(yàn)3：向0.1mol·L-1Na2CO3溶液中通入CO2，溶液pH從12下降到約為9.

實(shí)驗(yàn)4：向0.1mol·L-1Na2CO3溶液中滴加新制飽和氯水，氯水顏色褪去.

下列說(shuō)法正確的是( ).

B. 實(shí)驗(yàn)2中兩溶液混合時(shí)有：

C. 實(shí)驗(yàn)3中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為:

此題考察四個(gè)獨(dú)立的溶液，溶液有單一溶液或混合溶液(考慮反應(yīng))，常涉及二元弱酸或含“弱”的鹽.涉及電離平衡常數(shù)和水解平衡常數(shù)、沉淀溶解平衡、離子反應(yīng)、離子濃度的大小比較.

解決以上離子反應(yīng)和平衡的思維模型如圖7所示.

圖7

總之，考察化學(xué)反應(yīng)原理試題的核心知識(shí)不變，平時(shí)復(fù)習(xí)中要夯實(shí)基礎(chǔ)，形成解題的思維模型.另外要關(guān)注高考題，精選試題，熟悉高考的考查方式和內(nèi)容；創(chuàng)設(shè)和研讀新情境、抓住信息、聯(lián)系理論.重視看圖、畫(huà)圖、析圖，訓(xùn)練文字表達(dá)的方式分析反應(yīng)原理.經(jīng)過(guò)這樣的復(fù)習(xí)，相信學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)能更好的理解，促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的進(jìn)一步提升.