高考化學計算核心能力的培養

趙永剛

(安徽省宿城第一中學)

化學計算不是化學知識和數學計算的簡單拼湊,它以數學計算思維為載體,將化學原理貫穿其間.縱觀各地高考試卷,更多側重于實際問題的解決,明確回答了“為什么考”的問題,即“立德樹人、服務選才、引導教學”.圍繞著“一核四層四翼”的高考評價體系,筆者對如何培養學生的化學計算能力進行簡單闡述.

1 關于阿伏加德羅常數的計算

例1(2021年全國甲卷)NA為阿伏加德羅常數的值.下列敘述正確的是( ).

A.18g重水(D2O)中含有的質子數為10NA

B.3mol的NO2與H2O 完全反應時轉移的電子數為4NA

C.32g環狀S8()分子中含有的S—S鍵數為1NA

D.1LpH＝4的0.1mol·L－1K2Cr2O7溶液中離子數為0.1NA

分析此題涉及原子結構、電子轉移、化學鍵、離子數目等微觀粒子的計算.選項A,學生要了解同位素及質子數、中子數、質量數的關系等相關知識.選項B涉及化學方程式的書寫,應具備NO2轉化為HNO3和NO 的符號表征能力,要了解微觀看不見的電子與宏觀可分析的化合價之間的推算.選項C 考查陌生物質共用電子對的知識,可以從水分子或者過氧化氫中O—O 單鍵遷移到S—S單鍵.選項D,學生應掌握變化觀念與平衡思想,認識鹽類水解是有一定限度的,并會運用平衡移動原理解決實際問題,即K2Cr2O7在水溶液中發生水解,其離子濃度相應減小.答案為C.

有關阿伏加德羅常數的計算突出了高考考查的基礎性、綜合性.解決這類問題,學生必須要打好基礎,要學會從不同層次認識物質的多樣性,并對物質進行分類;能從元素和原子、分子角度認識物質的組成、結構、性質和變化,形成“結構決定性質”的觀念,找到宏觀和微觀的橋梁,結合相應的視角去分析與解決實際問題.

2 物質轉化的有關計算

例2(2022年1月浙江卷)某同學設計實驗確定Al(NO3)3·xH2O 的結晶水數目.稱取樣品7.50g,經熱分解測得氣體產物中有NO2、O2、HNO3、H2O,其中H2O 的質量為3.06 g;殘留的固體產物是Al2O3,質量為1.02g.計算:

(1)x＝________(寫出計算過程).

(2)氣體產物中n(O2)＝________mol.

分析此題的解題思路是利用物質的變化與守恒思想列出方程式,并代入數據即可求解.

由題意可知反應方程式為

列出關系式即可求出答案.

答案(1)9.(2)0.0100.

這類試題屬于常規題,沒有太多的計算技巧,物質間的轉化關系也不太難,考查基礎知識.在過去的十幾年里,絕大部分地區均采用了理科綜合的考試模式,往往計算過程被省略了,給人感覺是只重結果,不重過程.隨著新課程改革的推進,單科的考查又重新把計算過程的推演搬回考題中,這也是對計算過程思路的基礎性、重要性的肯定.

3 有關滴定的計算

例3(2021 年湖南卷,節選)步驟Ⅱ.產品中NaHCO3含量測定.

①稱取產品2.500g,用蒸餾水溶解,定容于250mL容量瓶中;

②移取25.00mL 上述溶液于錐形瓶,加入2滴指示劑M,用0.1000mol·L－1鹽酸標準溶液滴定,溶液由紅色變至近無色(第一滴定終點),消耗鹽酸V1mL;

③在上述錐形瓶中再加入2滴指示劑N,繼續用0.1000mol·L－1鹽酸標準溶液滴定至終點(第二滴定終點),又消耗鹽酸V2mL;

④平行測定3次,V1平均值為22.45,V2平均值為23.51.

……

(3)指示劑N 為_________,描述第二滴定終點前后顏色變化_________.

(4)產品中NaHCO3的質量分數為________(保留3位有效數字).

(5)第一滴定終點時,某同學俯視讀數,其他操作均正確,則NaHCO3質量分數的計算結果_________(填“偏大”“偏小”或“無影響”).

分析此題要求學生掌握的必備知識有:根據反應原理選擇正確的指示劑,鹽類的水解知識、多步反應的計算,誤差分析等知識.該滴定的過程為Na2CO3→NaHCO3→NaCl＋CO2.指示劑的選擇要依據溶液的酸堿性,滴定過程隨鹽酸的滴入,對應的產物及pH 可用數軸表示,如圖1所示.

圖1

根據指示劑變色點,M 為酚酞,N 為甲基橙,故

最后誤差分析作圖即可分析出第一數據偏小,則2次滴定之差偏大,結果亦偏大.

答案(3)甲基橙;由黃色變橙色,且半分鐘內不褪色.(4)3.56%.(5)偏大.

在新課標教材中,滲透了許多從事與化學有關的職業內容.因此,學生既要掌握紙面的計算、理論的分析,還要強化實驗的動手能力,真正掌握有關知識及基本技能.

4 反應熱焓變、混亂度熵變的比較與計算

例4(2022年1月浙江卷,節選)在C和O2的反應體系中:

反應1:C(s)＋O2(g)＝CO2(g) ΔH1＝－394 kJ·mol－1.

反應2:2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g)ΔH2＝－566kJ·mol－1.

反應3:2C(s)＋O2(g)＝2CO(g) ΔH3.

設y＝ΔH－TΔS……圖2中對應于反應3的線條是________.

圖2

分析該題考查蓋斯定律的應用以及吉布斯自由能的判斷.首先需要對ΔH3進行求算.由反應1的2倍減去反應2可得反應3,即ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝－222kJ·mol－1.由于該反應是氣體增加的反應,ΔS＞0,隨著溫度的升高,y減小.

答案a.

該題難度不大,但考查全面,體現了高考評價體系的基礎性.在往年的高考試題中,對于ΔS的考查比較少,讓很多教師和學生產生錯覺,這個知識點課本上有但考試不考,可能是無用的知識.然而,這道試題給了我們一個明確的信號,對我們今后的教學和學習起了一個明確的指導作用.

課程改革是一件永遠不會停止的事情,社會在變化,我們面對的學生也在變化,但唯一不變的是,以學生為本的教學理念.如何提高學生的化學計算核心能力是我們一直都在思考的問題,這包含了很多方面,比如計算方法,學生需要靈活掌握科學的化學思維和計算思維,比如守恒法、差量法、控制變量法等;比如信息處理能力,學生在閱讀題目的過程中,特別是題目較長、條件較多時,更要清晰了解化學情境,精準抓住題設條件,找到解題的切入口;再比如意志力,很多學生在考試中常常放棄計算題,最大一個問題就在于平時練習中,習慣性依賴教師給出解題方法,而不是獨立思考,努力解決問題,久而久之,在考試中就習慣性地回避計算題,但要拿到高分,平時教學中提高學生的計算能力是非常必要的.

(完)