透過離子平衡題 論高考命題與化學反應表征的關系及啟示

湖南 周學興

離子平衡選擇題主要的呈現形式有文字敘述、濃度或溫度變量曲線、pH-V滴定曲線、分布分數曲線、pH-對數滴定曲線、導電能力滴定曲線、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，可以看出高考化學試題由理想化情境向半理想化情境，最終到去理想化，即真實情境的方向發展。筆者總結了離子平衡題中離子濃度大小比較與三大守恒運用的規律技巧，嘗試歸納了高考化學命題方向，以期能給高三教師及學生一點選題或命題的方向。

高考試題始終貫徹教育部提出的“高考考試要凸顯育人導向”的理念，充分體現《考試大綱》修訂精神，依據《考試說明》，立足中學化學知識基礎，堅持“一核四層四翼”，堅持“立德樹人、服務選拔、導向教學”這一核心立場。

2019年高考化學試題積極貫徹全國教育大會精神，把握新時代的育人方向，落實新時代的育人要求，助力培養德智體美勞全面發展的考生。持續深化高考考試內容改革，全面落實“一核四層四翼”高考評價體系的要求，精選試題情境，呈現真實問題，加強對關鍵能力的考查，彰顯教育改革的鮮明導向。尤其是在情境設置方面，有以下亮點：選取我國古代文化和科技典籍中有關情境，增強文化自信；呈現我國科學家發表的世界領先的科技成果，增強科技成就感；精挑文獻，展現最新成果，增長知識見識。

2019年高考試題中，考查考生綜合素質，促進全面發展，通過問題的精心設置，在考查化學基礎知識和基本原理的同時，測評學科關鍵能力，評價科學態度和價值理念等學科素養，對學生的綜合素質進行全面評價，促進學生科學文化素質和思想道德品質的全面提升和發展。

離子平衡問題是高考熱點考題，選擇題中對離子平衡的考查常出現在最后一題的位置，具有較好的區分度，難度較大。從信息呈現形式角度分析，離子平衡選擇題主要有文字敘述類、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，不難發現，離子平衡選擇題的呈現形式由以文字敘述類為主，逐步轉變為以圖象分析類為主，符合了新課程標準、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敘述、濃度或溫度變量曲線、pH-V滴定曲線、分布分數曲線、pH-對數滴定曲線、導電能力滴定曲線、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形式，可以看出高考化學試題由理想化情境向半理想化情境，最終到去理想化情境，即真實情境的方向發展，這也符合技術發展的現狀。在真實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，尤其是可以用先進儀器表征的方式對高中化學必備知識的考查，以新表征手段來進行曲線表征，即高起點；以考查必備知識為方向，即低落點。

筆者在文章中主要總結了比較微粒濃度大小的方法、對高考化學試題命制的看法以及如何選編習題展開了闡述。

2.例談微粒濃度大小的比較

筆者總結了梯隊法、定量計算法、三大守恒法來比較微粒濃度的大小關系。

2.1 梯隊法

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

圖1 梯隊法認知模型

【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系是______________。

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

【解析】模型認知，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系是______________。

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

【解析】模型認知，如圖3所示：

圖3

采用梯隊法的關鍵離不開溶質分析法和判斷溶液酸堿性或計算確定溶液的主要平衡，對于復雜的離子平衡體系，有時候并不能利用梯隊法得出正確的大小關系。這個時候需要有更加精準的方法，比如定量計算法、三大守恒法。

2.2 定量計算法——三步法

構建三步法，巧解離子平衡常數相關計算，具體內容如下：

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

第二步：書寫平衡常數表達式——包含題給常數和待求常數、濃度商；

第三步：利用題給數據或者圖象中關鍵點代入表達式——常常需要數形結合分析，運用數學思維解決問題。

離子平衡題，難在分析方法上，不容易切入。需要積累經驗，學會正確地切入此類習題，也要大膽嘗試。定量法，既可以進行離子平衡的相關計算，也可用于離子濃度大小的比較。

2.3 三大守恒法

有時候兩個微粒之間的比較需要運用到守恒法，比如醋酸鈉溶液的電荷守恒，根據溶液呈堿性，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，筆者構建了解題認知模型如圖4所示：

圖4

【例3】(2020·山東考前模擬·14)25℃時，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溶液體積的變化關系如圖5所示。下列說法正確的是

( )

圖5

A.a點時，c(HA)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+)

B．溶液在a點和b點時水的電離程度相同

C.b點時，c(Na+)=c(HA)+c(A-)+c(OH-)

D.V=10 mL時，c(Na+)>c(A-)>c(H+)>c(HA)

【答案】A

該題的A項、C項均運用了守恒法，同時A項還運用了定量計算的思想。簡而言之，這幾種對于離子平衡題的基本方法，是學生嘗試做題的必備技能，是最重要的審題的方向。

3 化學反應的宏觀表征

由離子平衡高考題不難發現，化學反應的表征目前在考題中的體現主要有實驗現象表征、技術圖象表征兩種形式。

3.1 實驗現象表征

實驗現象表征是最原始的宏觀表征，常見于北京卷化學實驗探究題。如2019年北京卷第28中，化學小組實驗探究SO2與AgNO3溶液的反應。

(1)實驗一：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，得到無色溶液A和白色沉淀B。

①濃H2SO4與Cu反應的化學方程式是________________________。

②試劑a是________。

(2)對體系中有關物質性質分析得出：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)

實驗二：驗證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，進而推斷B中含有Ag2SO3。向濾液E中加入一種試劑，可進一步證實B中含有Ag2SO3。所用試劑及現象是________。

途徑1：實驗一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，隨沉淀B進入D。

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

②實驗三的結論：____________________。

(4)實驗一中SO2與AgNO3溶液反應的離子方程式是____________________________。

(6)根據上述實驗所得結論：______________。

【試題感悟】

真實的實驗現象，能直觀的表征微觀過程，但又有許多過程現象是相似的，故需要進一步進行實驗探究驗證，此類題經常出現在高考化學試題中，真實的表達了化學反應的實驗研究過程，創設了真實地情境。

3.2 技術圖象表征

吳文中等老師通過繪制分布分數曲線、滴定曲線預測反應的微觀、宏觀過程，再通過實驗驗證。我們的考題，也可能是利用計算機模擬了實驗的過程，這是很多科學研究工作必經的過程。所以這種信息呈現形式也會出現在我們的高考試題中。比如2019年全國卷Ⅰ第28題設置了“我國學者結合實驗與計算機模擬結果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應歷程”的真實情境，考查曲線新穎又不失基礎。

3.3 實際圖象表征

實際的圖象的繪制離不開手持儀器、計算機等重要的設備，可以真實的表征微觀過程，并體現在曲線上，但實際情況曲線往往是不光滑的。高考試題中往往是通過真實圖象和模擬圖象兩種形式表征微觀過程，繼而考查學生的必備知識、關鍵能力，尤其是創新能力，詳見表3。

表3 實際圖象對比“處理化”圖象示例

4 高考預測

綜上分析，由離子平衡題的發展歷程變化，為我們命題、選題、高三備考提供了最有力的復習依據。應該立足教材基礎，將教材知識與化學學科的發展現狀緊密結合在一起，抓住新型表征手段在化學中的運用及新型化學理論知識開拓，將素養真正寄托于教學過程中。比如2019年全國卷Ⅰ第10題涉及固體界面上強酸的吸附和離解是多相化學在環境、催化、材料科學等領域研究的重要課題，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，指出HCl在該條件下為弱酸，實際上是吳國慶教授2007年10月30日在黃山市的講座《某些化學基本概念的新進展》談到德國科學家Gerhard Ertl的觀點“硝酸在水的表面是弱酸”。進一步表明關注化學等基礎學科的發展的重要性。

這就決定了我們在今后命題或選題過程中，要“去理想化”的尋找真實情境的素材，創設真實情境；或“半理想化”的命題，并逐步向真實情境創設命題發展。基于重要的命題方向，筆者展開了原創試題的命制。在編制試題的過程中離不開真實的科學文獻、大學教材、高考真題等。高考真題是基于真實情境命制的，是值得我們深挖的。筆者基于大學分析化學、化學反應原理選講等素材，展開契合高考命題特點的命題。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，通過溶液電導率表征混合酸的滴定過程。查閱了分析化學相關資料。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，混合溶液的電導率(導電能力)如圖所示，下列敘述錯誤的是

( )

A.b、c兩點水的電離程度：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：c(Na+)>c(Cl-)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-)

【答案】D

命題角度二：原創試題(節選)

(5)采用原子吸收分光光度法測定乳酸亞鐵中鐵的含量。

①已知不同濃度的標準含鐵溶液的濃度c與A(吸光度)的關系如圖所示：

②取上述實驗所得乳酸亞鐵晶體(摩爾質量=288 g/mol)樣品mg，利用容量瓶配成100 mL溶液，取25 mL待測溶液，并加入上圖所示M點的標準含鐵溶液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測定混合溶液的吸光度為A1。則產品的純度為________(用m、A0、A1、c0表示)。