構建學科思維模型 破解元素化合物試題

陜西

元素化合物知識是中學化學的基本知識，是化學學科學習的基礎，也是認識化學物質、解決化學問題的一條重要途徑。這部分內容既是教學的重點，也是考試的難點。為了讓學生在高考中取得良好的成績，大多數學校采用“教師詳細知識歸納+學生大量習題訓練”的模式進行“地毯式復習”，教師雖然教的非常“賣力”，學生學的也十分“用心”，但教學的有效性不容樂觀，在考場上學生仍然面臨兩種困境：一是知識零散繁多，難以有效提取；二是試題情境中物質轉化復雜，不知應從何處入手進行分析。反思這種教學困境，筆者試圖通過構建科學的思維模型，優化學生的思維方式，依托高考化學試題，幫助學生有效復習元素化合物知識。

一、構建研究無機物性質的思維模型

《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)對必修課程“主題2：常見的無機物及其應用”的學業要求從6個方面進行了規定。第3條指出：“能從物質類別、元素價態的角度，依據復分解反應和氧化還原反應原理，預測物質的化學性質和變化，設計實驗進行初步驗證，并能分析、解釋有關實驗現象。”第4條指出：“能利用典型代表物的性質和反應，設計常見物質制備、分離、提純、檢驗等簡單任務的方案。能從物質類別和元素價態變化的視角說明物質的轉化路徑。”這兩條學業要求正是基于高中學生的化學學科核心素養發展要求，為教師和學生明確指出學習和認識無機物的核心方法，即具備“研究無機物性質的角度和思路方法”的思維模型，可用圖1來具體表示。

圖1 研究無機物性質的思維模型

因此，在復習元素化合物知識時，教師應在《課程標準》的指引下，以“研究無機物性質的思維模型”為要點，努力縮小無機物的教學現狀與課程標準要求之間的差距，有意識地引導學生從復分解反應角度和氧化還原角度了解每一種典型物質的性質，不斷強化物質分類及氧化還原的功能化教學，幫助學生逐步形成認識和研究物質性質的思維模型，有效提升學生的化學學科核心素養。

二、運用思維模型破解元素化合物試題

【例1】(2018·北京卷·11)測定0.1 mol·L-1Na2SO3溶液先升溫再降溫過程中的pH，數據如下。

時刻①②③④溫度/℃25304025pH9.669.529.379.25

實驗過程中，取①④時刻的溶液，加入鹽酸酸化的BaCl2溶液做對比實驗，④產生白色沉淀多。下列說法不正確的是

( )

D.①與④的Kw值相等

【答案】C

圖2 認識Na2SO3性質的思維模型

【例2】(2019·北京卷·28)化學小組實驗探究SO2與AgNO3溶液的反應。

(1)實驗一：用如圖3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。

圖3

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：。

【分析】教師引導學生結合已學知識構建出圖4所示認識SO2(H2SO3)性質的思維模型。再從物質類別和氧化還原角度出發，引導學生結合題給信息構建出圖5所示認識Ag+的性質的思維模型。

圖4 認識SO2(H2SO3)性質的思維模型

圖5 認識Ag+性質的思維模型

在對以上兩種微粒性質全面分析的基礎上，再引導學生從物質類別和氧化還原角度出發，可很順利地構建出圖6所示SO2(H2SO3)和AgNO3溶液可能會發生哪些反應的思維模型。

圖6 認識SO2(H2SO3)和AgNO3可能發生的反應的思維模型

【反思】本題的實驗目的是探究SO2與AgNO3溶液的反應，實驗過程先用銅片和濃硫酸反應制備SO2，再將SO2通入硝酸銀溶液中，對所得產物進行探究，可依據“研究無機物性質的思維模型”，結合所學知識和題給信息，便能夠比較輕松地進行解答題中的相關問題。同時，此題也打破了教師和學生的一種固定思維模式——硝酸鹽與SO2反應時，硝酸根一定表現氧化性，幫助教師和學生形成良好的學習化學的習慣，即運用所學知識分析題給實驗事實，而不是運用所學知識隨意推測實驗結果。