一道原創化學反應原理加試題的命制及教學啟示

王星喬 周千紅 包朝龍

摘 ? ?要：根據浙江省選考化學反應原理加試題的命題特點原創命制的模擬試題的測評情況表明，教學中教師應采取搭建信息—知識連接通道、構建圖象表征的思維模型、培養學生化工生產思維等措施，有助于學生突破反應原理加試題的難點。

關鍵詞：化學反應原理;信息—知識連接通道;思維模型

“化學反應原理”從熱力學、動力學等方面探索化學反應的規律及人類對其控制與利用，對于提升學生“變化觀念與平衡思想”素養具有無可替代的作用。因此，化學反應原理成了浙江省化學選考的必考題。

一、浙江省選考化學反應原理加試題內容分布

依據《普通高中化學課程標準（2017年版）》[1]、《浙江省普通高中學業水平考試暨高考選考科目考試說明》[2]，結合近幾年浙江選考化學反應原理加試題的考查內容，將2020年前的6份化學反應原理加試題考查內容作如下劃分與編碼：化學反應與熱能（A-1）、化學反應與電能（A-2）、化學反應的方向與限度（B-1）、化學反應速率（B-2）、化學反應的調控（B-3）、電離平衡（C-1）、水解平衡（C-2）、圖表分析與作圖（D），具體見表1。從表1可知，浙江省選考化學反應原理加試題以實際工業或生活應用材料為情境，考查化學反應與能量變

化、化學反應方向與限度、反應速率、化學平衡移動等相關內容，較少涉及“水溶液中的離子反應與平衡”。試題要求綜合運用化學反應速率和化學平衡，解決生產、生活和科學研究中的實際問題，注重圖表信息的獲取與輸出（作圖、語言表述能力）。

二、原創試題呈現*

（一）試題

三、試題分析報告

（一）素材來源

（1）題干背景及平衡常數數據來源于參考文獻[3]。

（2）題（3）中有關一定條件下CH3OH轉化率及CO、CO2選擇性隨溫度變化情況來源于參考文獻[4]。

（二）雙向細目表

學科核心素養的劃分根據《普通高中化學課程標準（2017年版）》，化學學科基本能力的劃分依據《浙江省普通高中學業水平考試暨高考選考科目考試說明》，命題雙向細目表見表3。

（三）命題特色

（1）題設情境的真實性：以當前最熱的新能源為背景，數據圖表來源于文獻資料。

（2）考查知識的全面性：涵蓋了化學反應原理模塊中最核心的知識，如化學反應的方向、蓋斯定律、化學反應速率和平衡移動原理、平衡常數及計算等。

（3）題干設問的科學性：設問與答案是科學的，設問與題干情境高度吻合，如題干中“研究主要集中在提高催化劑活性和降低尾氣中CO含量”，和問（2）、問（3）的對應匹配。

（4）信息給予的巧妙性：信息給予的方式是多樣的，如文字、圖、表等，形式巧妙，隱含的信息也不少，例如題（1）、（2）考查學生對有效信息理解和吸收能力。

（5）問題設置的復雜性：真實的問題往往是復雜的，問（2）、問（3）對學生的綜合分析能力要求較高，體現了加試題的選拔功能。

（四）測評情況

寧波市直屬高中共有2949人參加了寧波市2018年新高考選考化學適應性考試，總體情況及其中兩所學校（一所重點中學、一所普通中學）的相關數據見表4。

各小題學生答題情況如下。

第（1）小題：此題得分率較高，說明學生對化學反應與熱能、化學反應方向、化學平衡常數等內容掌握程度較好，具有一定的獲取信息、處理信息的能力。

第（2）小題：總體得分率較低，多數學生知道CO含量會明顯減少，但不能與題干信息“研究主要集中在提高催化劑活性和降低尾氣中CO含量”相匹配。此外，“甲醇轉化率高”這一得分點很少有學生能夠踩到。

第（3）小題：總體得分不高，但重點中學平均得分明顯高于普通中學，說明區分度尚可。其中題①錯誤集中在漏選B選項，題②較多學生作圖終點計算錯誤，少數學生未考慮到溫度升高“先于260℃曲線達到平衡”。

第（4）小題：重點中學得分率明顯高于普通中學，錯誤原因主要集中在以下兩方面：一是得失電子數目判斷錯誤;二是部分學生不會書寫甲酸的化學式或錯寫成甲醇。

四、教學啟示

（一）搭建信息—知識連接通道

題（2）要求學生解釋“甲醇水蒸氣重整制氫較甲醇直接分解制氫（反應Ⅱ）的先進之處”，這類試題要求學生將已學知識和題給信息進行有效整合，解釋、評價化工生產過程中的實際問題，浙江選考反應原理加試題通常含有此類試題，稱為“說理題”，是學生在問題解決過程中時常遇到的一個難點，障礙在于未能在信息（平衡常數）、知識（平衡轉化率）間建立有效的連接通道。多年的教學實踐表明，構建“說理題”分析思維模型是搭建信息—知識連接通道的有效途徑。從化工生產實際來看，要求是“原理可行、速率較快、轉化率高、成本較低、綠色環保”，這也是“說理題”的通常考查維度;與之相關的化學反應原理知識有“化學反應的方向”“化學反應速率”“化學平衡的移動”，這是“說理題”的通常答題角度。當然，在考查維度與答題角度之間，需要結合題給信息進行有效匹配，具體見圖4。

以浙江省2017年11月反應原理加試題第（3）小題“x1顯著低于x2的原因是 ? ? ?”一問為例（題略），對該思維模型進行應用，分析流程見圖5。

（二）構建圖象表征的思維模型

從表1可以看出，浙江省選考化學反應原理加試題非常注重利用圖象表征對反應原理規律的理解，繪制的圖象類型有濃度—時間（2015年10月、2016年4月）、平衡轉化率—壓強（2016年10月）、物質的量—時間（2017年4月）、能量—反應過程（2017年11月）。從此次模擬測試及平時教學情況來看，學生在圖象的本真意蘊理解上尚存在問題。有效解決方法是構建圖象表征的思維模型（見圖6）：教學過程中分析坐標軸、起點、趨勢、斜率、轉折點、終點等圖象外顯要素所表示的含義;從化學反應速率、化學平衡理論等內在原理上解釋曲線變化的原因;而反應的焓變、分子數變化、物質狀態等可逆反應的自身特征則會對圖象的內在原理、外顯要素產生影響。

以浙江省2017年4月選考化學反應原理加試題中畫圖題為例（題略），對該思維模型進行應用，分析流程見圖7所示。

（三）培養學生化工生產思維

在此次模擬測試題（3）①的解答中較多學生漏選B選項，僅僅從平衡移動提升轉化率角度思考問題，殊不知此反應在常壓條件下轉化率已經非常高了，如果減壓則會增加生產成本，對生產設備也有特殊要求，且會降低反應速率。這類問題出現的根本原因在于以單因素思維思考化工生產的實際問題，忽視了生產實際的復雜性。類似的問題出現在2018年4月浙江省選考化學反應原理加試題中：題干以工業上乙酸乙酯制備為背景素材，題（3）要求考生解釋“工業上多采用乙酸過量的方法……控制乙酸過量的作用有______________”。這一設問與平時教學是相矛盾的，因為教材乙酸乙酯制備實驗中通常控制乙醇過量，使考生難以適從。這類問題解決的關鍵在于利用制堿法、合成氨、接觸法制硫酸、氯堿工業等化工生產實例培養學生的化工生產思維，要求以整合、系統、應變、再循環視角看待生產過程，在教學過程中應著重關注以下幾個關鍵點：（1）原料選擇需考慮實際來源、有效成分、預處理成本、運輸等因素;（2）生產過程考慮循環利用、節約能源、降低污染等綠色環保的意識;（3）提升生產品質和生產效率的同時，盡可能降低生產成本，具有成本意識[5]。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：65-67.

[2]浙江省教育考試院.浙江省普通高中學業水平考試暨高考選考科目考試說明[M].杭州：浙江攝影出版社，2017：107-108.

[3]石國軍.甲醇水蒸氣重整制取燃料電池用氫催化劑研究[D].南京：南京工業大學，2015.

[4]黃媛媛，巢磊，等.Cu-ZrO2-CeO2/γ-Al2O3催化甲醇水蒸氣重整制氫反應的性能[J].化工進展，2017（1）：216-223.

[5]王欽忠，高明.淺議中學化學教學聯系化工案例的思考與實踐[J].化學教學，2018（2）：25-26.