以真實情境為載體、學科關鍵能力為導向的試題命制
——以2022年1月浙江省普通高校招生選考科目考試化學第29題為例

河北 李 暢 韓汝彩

(作者單位：河北衡水中學)

從2020年開始，浙江省高考將學業水平考試與選考科目考試功能分開，在選考試題中，充分體現了穩中有變的命題特點。試題以元素化合物相關知識為載體，突出對物質結構與性質、化學反應原理以及基本實驗操作等化學核心內容的考查，問題設置在考查基礎性的同時，也向學生展示了實際問題的綜合性及化學知識的應用性，使其感受到化學的魅力，引導學生更廣泛、更深入地了解化學。因此，教師在進行模擬題命制時，要關注高考試題的考查方式、考查內容以及考查角度，挖掘學科前沿文獻素材進行原創試題研究，潛心凝練教學內容與試題考查的主題。本文以2022年1月浙江選擇性考試第29題為模板，進行模擬題命制，展示命題思路如何呼應高考試題評價和考查主題，以期給廣大教師提供一些命題啟示。

一、浙江選考題再現及分析

1.選考題再現

(2022·浙江1月選考·29)工業上，以煤炭為原料，通入一定比例的空氣和水蒸氣，經過系列反應可以得到滿足不同需求的原料氣。請回答：

(1)在C和O2的反應體系中：

①設y=ΔH-TΔS，反應1、2和3的y隨溫度的變化關系如圖1所示。圖中對應于反應3的線條是________。

圖1

②一定壓強下，隨著溫度的升高，氣體中CO與CO2的物質的量之比________。

A.不變 B.增大 C.減小 D.無法判斷

工業生產水煤氣時，通常交替通入合適量的空氣和水蒸氣與煤炭反應，其理由是______________________。

①一定溫度下，反應后測得各組分的平衡壓強(即組分的物質的量分數×總壓)：p(CO)=0.25 MPa、p(H2O)=0.25 MPa、p(CO2)=0.75 MPa和p(H2)=0.75 MPa，則反應的平衡常數K的數值為________。

②維持與題①相同的溫度和總壓，提高水蒸氣的比例，使CO的平衡轉化率提高到90%，則原料氣中水蒸氣和CO的物質的量之比為________。

③生產過程中，為了提高變換反應的速率，下列措施中合適的是________。

A.反應溫度愈高愈好 B.適當提高反應物壓強

C.選擇合適的催化劑 D.通入一定量的氮氣

④以固體催化劑M催化變換反應，若水蒸氣分子首先被催化劑的活性表面吸附而解離，能量—反應過程如圖2所示。

圖2

用兩個化學方程式表示該催化反應歷程(反應機理)：

步驟Ⅰ：______________________；

步驟Ⅱ：______________________。

【參考答案】(1)①a；②B

(2)水蒸氣與煤炭反應吸熱，氧氣與煤炭反應放熱，交替通入空氣和水蒸氣有利于維持體系熱量平衡，保持較高溫度，有利于加快化學反應速率

2.選考題分析

化學反應原理題的常規考點主要包括化學反應中的能量變化、化學反應速率及化學平衡條件選擇、化學平衡常數的計算、反應歷程分析等。考查能力主要涉及讀圖析圖能力、文字敘述、數學運算等。綜合來說，試題的信息呈現形式多樣化，重點考查學生利用所學的化學反應原理知識分析解決實際問題的能力，突出關注學生“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”的化學學科核心素養的發展與落實。

二、模擬題命制及命制思路

1.模擬題、答案及解析

甲醇是結構最簡單的飽和一元醇，被認為是重要的能源，在化工、醫藥、輕工、紡織以及運輸等行業均有廣泛的應用。因此，合成甲醇的研究備受關注。利用CO2羰基化合成甲醇，是實現“碳中和”、“碳達峰”的重要途徑，合成路徑如圖3所示。請回答：

圖3

(1)由圖3可知，CO(結構式為C≡O)為原料也可以合成甲醇，其中一種路徑分兩步完成，請寫出相應的化學反應方程式

步驟Ⅰ：______________________；

步驟Ⅱ：______________________。

(2)經查閱資料可知，CO2合成甲醇反應的能量路徑示意圖如圖4所示：

圖4 CO2合成甲醇反應能量路徑示意圖

①則CO2合成甲醇的總反應方程式的ΔH=________。

②一定壓強下，隨著溫度的升高，CO2合成甲醇的平衡常數K的變化趨勢為________。

A.不變 B.增大 C.減小 D.無法判斷

①一定溫度下，在密閉容器中只進行此反應，若反應后測得各組分的體積分數：x(CO)=0.2、x(H2O)=0.2、x(CO2)=0.3和x(H2)=0.3，則反應的平衡常數K的數值為________。

②維持與題①相同的溫度和總壓，提高水蒸氣的比例，使CO的平衡轉化率提高到80%，則原料氣中水蒸氣和CO的物質的量之比為________。

(4)已知在2.0 MPa、240℃條件下，催化劑性能與合成甲醇的原料氣組成的關系如表1所示。

表1 催化劑性能與原料氣組成的關系

由表中數據可知，原料氣中隨著CO含量的增加，甲醇選擇性顯著提高但二氧化碳轉化率顯著下降，試分析可能原因______________________。

(2)-122.8 kJ·mol-1；C

(3)2.25；20∶9

(4)一方面CO占據催化劑表面的活性位點，該活性位點可能是逆水煤氣變換反應作用的活性位點，使二氧化碳轉化率下降，從而使甲醇的選擇性提高；另一方面CO在催化劑作用下與氫氣反應生成甲醇使甲醇的產率提高

【命題意圖】本題考查化學反應原理。考查化學方法及分析能力；考查宏觀辨識與微觀探析的核心素養。

2.命制思路

近年來，《中國高考評價體系》要求高考試題的命制要更加關注情境素材的內部優化以及關鍵能力的全面考查，更加注重學生核心素養的落實。上述試題正是基于《中國高考評價體系》要求的命題案例，筆者總結了以下幾點命題思路供廣大教師們參考。

2.1 選取真實的情境素材，正向引導教學方向

本題選用二氧化碳合成甲醇的真實化學工藝理論計算及實驗實施，該素材整合了理論角度的合成路徑分析，從能量角度、斷鍵角度以及中間產物和副反應發生的可能性進行了理論計算，又結合具體的實驗過程，通過控制溫度、投料比、壓強等影響因素進行實驗，得出符合工業生產的最佳實驗條件。既有理論性的計算數據作為方向指導，又有真實可操的實驗數據作為支撐，保證了素材的真實性及科學性，同時又展示了我國科研工作者在“碳達峰”“碳中和”方面做出的努力和貢獻，激發學生對化學學科的學習興趣。新穎而真實的情境素材設置有利于考查學生的創新性思維以及信息轉化能力，有利于引導教師教學向素養視域下的教學方向轉變。筆者從模擬題的情境內容屬性、情境呈現形式及情境熟悉度等角度進行統計，具體見表2。

表2

2.2 圖表信息再加工，完善試題呈現方式

文獻中的圖像往往需要加工后，才能符合高中學生的認知特點，與高中化學知識、能力、素養考查相匹配。因此，教師在命制試題時需有效捕捉素材中的可用信息，將關鍵步驟的產物及能量變化轉換成清晰簡潔、指向性明確的圖表信息，這是原創試題命制的關鍵步驟。筆者以2021年11月發表在《廣州化工》上的文獻《CO/CO2羰基化合成甲醇的理論研究》為重點參考文獻，選取了其中CO/CO2羰基化合成甲醇的反應機理圖，以及CO2合成甲醇反應能量路徑示意圖，刪減了其中的路徑表示以及復雜的計算數據；另外，筆者還選取了發表于《分子催化》第12卷第3期的《提高CO2加氫合成甲醇選擇性的研究》中催化劑性能與原料氣組成的關系圖表，刪減了表中字母符號的表示，改編為文字敘述，以便于學生理解和分析實驗數據。

2.3 設置梯度性問題，重視進階式考查

這一階段最重要的是教師要明確《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》)中在化學反應原理部分對學生的必備知識、關鍵能力以及學科素養的考查要求，然后根據高考試題中的高頻考點進行歸納。模擬題對學生的必備知識、關鍵能力、學科素養以及考查要求分析如表3所示。

表3

模擬題在核心考點的問題設置，盡量與高考題的考查內容一致，但考查方向和設問角度略有不同。考查深度從低階思維——分析圖像獲得答案，到高階思維——結合圖像及數據分析并加工成文字敘述表達出來，緊扣學科素養和關鍵能力，建立起新舊知識之間的聯系，實現多模塊的綜合考查，增強學生分析問題、解決實際問題的能力。

三、命題感悟及教學建議

《課程標準》在教學與評價建議中強調“教—學—評”一體化，充分發揮評價促進學生化學學科核心素養全面發展的功能。筆者從評價的角度，以浙江省選考試題為研究背景，以模擬題命制為切入口，探討“教—學—評”一體化教學理念下的化學反應原理的教學。

堅持理論聯系實際，教師需真正從真實情境出發，促進學生化學學科知識的遷移和能力的發展。化學是一門自然科學，更是一門與社會、生產、生活息息相關的學科。教師在進行教學活動時要努力實現從生活和生產的角度進行教學，打破課堂與實際生活的界限，培養學生從實際生活生產中抽取化學模型的能力，加強學生理論聯系實際的能力，縮短理論知識與實際實踐操作之間的距離，讓學生真正體會化學學以致用的魅力。

凝練學科核心素養，注重對學生關鍵能力的培養，凸顯學科的育人價值。筆者通過對高考試題的研究發現，試題的命制往往既有創新又有傳承，高考試題也會對往屆試題或模擬試題結合社會熱點進行重新包裝和加工，進行深度的挖掘和拓展。因此教師在進行化學反應原理部分的教學過程中，研究高考題及模擬題，并針對已有素材進行不同角度的改編，引導學生在“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”等核心素養方面增加思維認知的維度、拓展認識的深度，將所學知識靈活自如的應用到實際問題的解決中，將會使高三備考更有針對性。