新高考趨勢下化學(xué)反應(yīng)原理考向分析——以廣東省為例

廣東 黃麗嫦 蘇章順

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)明確提出核心素養(yǎng)的導(dǎo)向，《中國高考評價(jià)體系》(以下簡稱《評價(jià)體系》)提出“一核四層四翼”的考查要求，對教育教學(xué)和考試評價(jià)提出新的目標(biāo)和要求。2021年是廣東新高考的第一年，復(fù)習(xí)、考試、命題必然更貼近《課程標(biāo)準(zhǔn)》和《評價(jià)體系》的要求。

一、從全國卷看原理題考點(diǎn)分布

2018～2020年全國卷高考題逐步實(shí)踐《課程標(biāo)準(zhǔn)》和《評價(jià)體系》的核心觀點(diǎn)，試題以問題為線索，將必備知識進(jìn)行整合，進(jìn)而把核心素養(yǎng)的考查融入到對關(guān)鍵能力的測驗(yàn)當(dāng)中。

表1 2018—2020年全國卷設(shè)問角度統(tǒng)計(jì)

由上述統(tǒng)計(jì)可知，全國卷在落實(shí)核心素養(yǎng)和高考評價(jià)體系方面有如下特點(diǎn)：

1.設(shè)問有針對性、規(guī)律性

焓變(ΔH)和平衡常數(shù)(Kc、Kp)計(jì)算、平衡移動方向、外部條件的選擇和分析是化學(xué)反應(yīng)原理試題的高頻考點(diǎn)，這些內(nèi)容既是教材的重要章節(jié)，又是分析化學(xué)反應(yīng)機(jī)理必不可少的環(huán)節(jié)，是反應(yīng)原理試題本身具有的屬性和特征。此外，速率的計(jì)算和比較、電化學(xué)也具有較高的考查頻率。

2.重視對能力和素養(yǎng)的考查

焓變、燃燒熱、蓋斯定律的考查要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，考查理解與辨析的關(guān)鍵能力；速率、分壓、平衡常數(shù)的計(jì)算要求學(xué)生熟練掌握三段式，體現(xiàn)了對模型認(rèn)知素養(yǎng)的要求，計(jì)算中所需數(shù)據(jù)的獲取、分析體現(xiàn)了對分析推斷能力和證據(jù)意識的要求；平衡移動理論的理解和應(yīng)用要求學(xué)生結(jié)合具體情境，創(chuàng)造性地運(yùn)用學(xué)科理論分析實(shí)際問題，對變化觀念、平衡思想、創(chuàng)新意識有較高的要求。

3.全國Ⅰ卷考點(diǎn)考向穩(wěn)定

廣東高考使用全國Ⅰ卷，從統(tǒng)計(jì)可以看出，全國Ⅰ卷著重考查化學(xué)反應(yīng)原理的核心內(nèi)容——反應(yīng)熱、速率和平衡及其影響因素，2020年Ⅰ卷也是如此，為新高考平穩(wěn)過渡。

基于上述分析，在備考中要重視化學(xué)平衡原理的相關(guān)基礎(chǔ)概念，并不斷在新情境中進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對理論的深入理解和靈活應(yīng)用。就命題而言，有以下幾個(gè)要點(diǎn)：

(1)應(yīng)該結(jié)合基礎(chǔ)理論和概念設(shè)置基礎(chǔ)性設(shè)問，例如焓變、蓋斯定律；

(2)結(jié)合多組概念或其他模塊設(shè)置綜合性問題，例如結(jié)合電化學(xué)分析能量變化、結(jié)合平衡移動理論和平衡常數(shù)進(jìn)行綜合分析、結(jié)合圖像或表格進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；

(3)結(jié)合真實(shí)情境設(shè)置應(yīng)用性問題，例如應(yīng)用現(xiàn)有理論分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題、依據(jù)理論為實(shí)際生產(chǎn)選擇合適條件。

二、從廣東卷看地域特色

對2006年至2015年廣東卷化學(xué)反應(yīng)原理題進(jìn)行縱向比較，不難發(fā)現(xiàn)廣東試題對反應(yīng)原理的考查逐漸從實(shí)驗(yàn)中分離出來，單獨(dú)成題，更加注重從理論角度分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，2014年廣東卷原理題已經(jīng)與當(dāng)前的原理題十分相似，但又獨(dú)具其特點(diǎn)。

由表2可知，廣東試題在考查共性問題的同時(shí)，也關(guān)注反應(yīng)的獨(dú)特性，上述第1、3特點(diǎn)在2021年廣東省學(xué)業(yè)水平選擇考適應(yīng)性測試也有所體現(xiàn)。因此在備考和命題中要注意以下幾個(gè)方面：

表2 2006～2015年廣東卷考查特點(diǎn)

1.重視耦合反應(yīng)和競爭反應(yīng)，這類反應(yīng)比單一反應(yīng)更真實(shí)、更接近實(shí)際生產(chǎn)和科研，要強(qiáng)化對這類反應(yīng)的速率分析和平衡分析(同一條件對多個(gè)反應(yīng)的作用以及反應(yīng)間的相互作用)，甚至平衡常數(shù)的計(jì)算；

2.重視催化劑反應(yīng)機(jī)理的研究和考查，除了考查催化劑的概念、催化劑作用結(jié)果等基礎(chǔ)性問題外，更要注重對催化劑相關(guān)基元反應(yīng)的研究；

3.重視曲線的繪制，全國卷傾向于考查曲線的匹配、信息的獲取，而廣東卷更重視用繪圖的方式進(jìn)行表達(dá)分析結(jié)果，凸顯曲線繪制在科學(xué)研究中的作用。

三、試題原創(chuàng)

【例1】環(huán)氧丙醇和甲基丙烯酸環(huán)氧丙醇酯是重要的有機(jī)合成中間體。

Ⅰ.制備環(huán)氧丙醇的反應(yīng)如下：

(l)+2CH3OH(l) ΔH<0

已知上述反應(yīng)的焓變會隨溫度變化發(fā)生改變，焓變與溫度的關(guān)系如圖1所示。

圖1

(1)400～600℃時(shí)，圖中表示反應(yīng)②的是曲線________(填“a”“b”“c”)。

(2)將圖中曲線b補(bǔ)充完整，并注明數(shù)值。

Ⅱ.用環(huán)氧丙醇可通過以下反應(yīng)制得甲基丙烯酸環(huán)氧丙醇酯。

在催化劑作用下，濃度均為1 mol·L-1的兩種物質(zhì)在容器中反應(yīng)4 h，環(huán)氧丙醇的酯化率隨溫度變化如圖2所示(忽略副反應(yīng)，酯化率即酯的實(shí)際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量的比值)：

圖2

(3)若75℃時(shí)反應(yīng)恰好平衡，此時(shí)平衡常數(shù)的計(jì)算表達(dá)式K1=________；用酯的濃度變化表示反應(yīng)從開始到平衡的平均速率v=________。

(4)溫度升高到80℃，平衡常數(shù)K2________(填“>”“<”或“=”)K1。

(5)溫度高于75℃后，酯化率降低的原因可能是①甲基丙烯酸發(fā)生聚合反應(yīng)導(dǎo)致反應(yīng)物濃度降低，平衡逆向移動；②________________；③________________。

(6)若要提高環(huán)氧丙醇的酯化率且提高生產(chǎn)效率，下列措施可行的是________。

A.將溫度升高到100℃

B.使用阻聚劑減少甲基丙烯酸的聚合反應(yīng)

C.增大甲基丙烯酸的濃度

D.及時(shí)分離甲基丙烯酸環(huán)氧丙醇酯

【答案】(1)a

(2)

0.165 mol·L-1·h-1

(4)<

(5)②該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動，酯化率降低

③溫度升高，催化劑活性降低，反應(yīng)速率減慢

(6)BC

【解析】(1)反應(yīng)②是吸熱反應(yīng)，ΔH>0，圖中只有曲線a符合。

(2)將反應(yīng)①、②、③的焓變依次記為ΔH1、ΔH2、ΔH3，由化學(xué)方程式關(guān)系可得ΔH1+ΔH2=ΔH3，因ΔH3-ΔH1=ΔH2>0，所以ΔH3>ΔH1，推出曲線a、b、c分別表示反應(yīng)②、反應(yīng)③、反應(yīng)①，所以600 K時(shí)，ΔH3=ΔH1+ΔH2=-11.78 kJ·mol-1+8.98 kJ·mol-1=-2.80 kJ·mol-1。

(3)忽略副反應(yīng)，酯化率即產(chǎn)率，酯的理論產(chǎn)量為1 mol，實(shí)際產(chǎn)量為1 mol×66%=0.66 mol，列三段式計(jì)算

起始/mol·L-1

1 1 0

轉(zhuǎn)化/mol·L-1

0.66 0.66 0.66

平衡/mol·L-1

0.34 0.34 0.66

(4)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，所以K2

(5)溫度升高酯化率(產(chǎn)率)的降低應(yīng)從平衡移動(濃度降低——反應(yīng)物離開體系)、產(chǎn)物(反應(yīng)物)副反應(yīng)、速率(催化劑活性)等角度進(jìn)行分析，題干已經(jīng)就副反應(yīng)進(jìn)行了分析，酯的熔沸點(diǎn)比相應(yīng)的酸和醇都低，排除反應(yīng)物揮發(fā)的因素，因此應(yīng)從催化劑活性降低(失活)、放熱反應(yīng)升高溫度平衡逆向移動使產(chǎn)率降低等進(jìn)行原因分析。

(6)提高酯化率考慮的是平衡正向移動，提高生產(chǎn)效率考慮的是提高速率；A選項(xiàng)溫度升高平衡逆向移動，雖然速率增大，但酯化率降低；B選項(xiàng)減少甲基丙烯酸的聚合，增大了反應(yīng)物濃度，平衡正向移動，速率增大；C選項(xiàng)增大甲基丙烯酸的濃度，增大了反應(yīng)物濃度，平衡正向移動，速率增大；D選項(xiàng)分離產(chǎn)物可使平衡正向移動，產(chǎn)率提高，但濃度降低，速率減小。

四、命題意圖

本題以環(huán)氧丙醇的合成以及進(jìn)一步合成甲基丙烯酸環(huán)氧丙醇酯為命題線索，向?qū)W生展示了化學(xué)合成新物質(zhì)的本質(zhì)特征和學(xué)科魅力，通過層層設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生跟隨科研工作者的步伐分析問題、解決問題，感受化學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性，感受化學(xué)工作者持之以恒的研究精神，起到價(jià)值引領(lǐng)的作用。同時(shí)試題立足于能力和素養(yǎng)的考查，具體有以下幾個(gè)方面：

1.在陌生情境中考查基本理論和基本方法的應(yīng)用，增強(qiáng)試題的靈活性，提升選拔功能。

第I部分以“焓變隨溫度變化”這一新理論創(chuàng)設(shè)陌生情境，考查學(xué)生對焓變符號的概念和焓變計(jì)算方法掌握是否扎實(shí)，能否找到解決問題的關(guān)鍵。

第Ⅱ部分介紹“酯化率”這一陌生概念，并應(yīng)用在圖像分析中，對學(xué)生獲取信息和讀圖能力提出較高要求。

2.通過考查曲線匹配實(shí)現(xiàn)對分析推測能力和證據(jù)推理素養(yǎng)的考查。

第(1)題一方面展現(xiàn)焓變與溫度的關(guān)系，拓寬學(xué)生視野，另一方面以圖像的形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，考查讀圖能力，學(xué)生需從圖中獲取各曲線的區(qū)別，結(jié)合反應(yīng)吸放熱與焓變符號的關(guān)系進(jìn)行分析推測。

第(2)題需根據(jù)反應(yīng)①、②、③的焓變關(guān)系進(jìn)一步匹配曲線，對分析推測能力提出更高要求。

3.考查曲線繪制和定量分析的能力。

第(2)題通過蓋斯定律的理解和應(yīng)用考查定量分析能力，要求學(xué)生在圖像中作答是對作圖能力的考查。

4.考查新概念的理解與應(yīng)用能力。

第(3)題通過酯化率的概念考查學(xué)生對新信息的獲取，要求學(xué)生理解新概念并予以應(yīng)用，題目通過平均速率的計(jì)算和平衡常數(shù)的計(jì)算，既考查三段式這一基本的計(jì)算模型，又檢驗(yàn)學(xué)生對新概念的理解與應(yīng)用。

5.考查外部條件對速率和平衡移動的影響。

第(4)題單獨(dú)考查溫度對平衡常數(shù)的影響，該問題較為基礎(chǔ)。

第(5)題通過對曲線趨勢的分析，綜合考查化學(xué)平衡移動、副反應(yīng)、催化劑等內(nèi)容。

第(6)題考查溫度和濃度對速率和平衡的綜合影響，該問題具有一定的綜合性。