證據(jù)推理 數(shù)據(jù)表征 突破沉淀溶解平衡圖像題
——以2023年新課標(biāo)卷第13題為例

施飛霞

(浙江省海寧市第一中學(xué))

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》是深化新時(shí)代高考內(nèi)容改革的基礎(chǔ)工程、理論支撐和實(shí)踐指南,其提出的“一核、四層、四翼”評(píng)價(jià)體系指明了高考的考查目的、考查內(nèi)容和考查要求。依托高考評(píng)價(jià)體系,緊扣“價(jià)值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識(shí)為基”的命題理念,圍繞“核心價(jià)值、關(guān)鍵能力、情境載體”三條主線對(duì)高考試題進(jìn)行深入解讀,發(fā)揮高考對(duì)素質(zhì)教育的促進(jìn)作用,落實(shí)“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”的根本任務(wù)。

沉淀溶解平衡圖像題是高考必考題型,其圖像新、難度大。試題一般以圖像形式呈現(xiàn),將圖像曲線與微粒種類、離子反應(yīng)、守恒關(guān)系、函數(shù)變量等知識(shí)關(guān)聯(lián),形成“宏—微—符—曲”等多維度的考查,對(duì)學(xué)生利用數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化并結(jié)合化學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力和證據(jù)推理與模型認(rèn)知等素養(yǎng)要求較高。本文以2023年新課標(biāo)卷第13題為例進(jìn)行分析,為廣大教師教學(xué)和命題提供一定的參考。

一、高考原題

圖1

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

( )

A.曲線Ⅰ可視為AgCl溶解度隨NH3濃度變化曲線

B.AgCl的溶度積常數(shù)Ksp=c(Ag+)·c(Cl-)=10-9.75

D.c(NH3)=0.01 mol·L-1時(shí),溶液中c([Ag(NH3)2]+)>c([Ag(NH3)]+)>c(Ag+)

【答案】A

二、試題分析

(一)考點(diǎn)分析

以命題框架為基礎(chǔ),結(jié)合中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系各項(xiàng)要素,將2023年新課標(biāo)卷與全國(guó)甲卷、乙卷的第13題沉淀溶解平衡圖像題分析歸納,見表1,研究高考試題,了解命題特點(diǎn)。

表1 試題分析表

通過(guò)考點(diǎn)分析,沉淀溶解平衡圖像題主要集中在溶度積Ksp和平衡常數(shù)K的計(jì)算、溶解度的計(jì)算、曲線的識(shí)別、離子濃度大小的比較、分步沉淀、圖像綜合分析等知識(shí)點(diǎn)的考查,選項(xiàng)設(shè)置有梯度且多維度,有效落實(shí)對(duì)學(xué)科知識(shí)、關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)的考查。

(二)試題情境

2023年新課標(biāo)卷第13題“向AgCl飽和溶液(有足量AgCl固體)中滴加氨水”將沉淀溶解平衡與沉淀配位溶解相融合,選取的問(wèn)題情境源于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程,設(shè)置四個(gè)維度的知識(shí)測(cè)評(píng)考點(diǎn)。通過(guò)挖掘lgc(M){M代表Ag+、Cl-、[Ag(NH3)]+或[Ag(NH3)2]+}與lgc(NH3)之間的關(guān)系,借助對(duì)數(shù)函數(shù)將涉及的離子濃度關(guān)系轉(zhuǎn)化為線性關(guān)系并將其用坐標(biāo)圖呈現(xiàn)出來(lái),要求學(xué)生具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換能力。試題考查學(xué)生在核心價(jià)值引領(lǐng)下綜合運(yùn)用知識(shí)和能力的水平,體現(xiàn)了考查要求的“基礎(chǔ)性” “綜合性”和“應(yīng)用性”。

(三)試題評(píng)析

1.曲線的識(shí)別

圖2

【解題技巧】在曲線識(shí)別過(guò)程中要根據(jù)橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的變化趨勢(shì)來(lái)識(shí)別曲線,并繪制適當(dāng)?shù)妮o助線幫助判斷。

2.溶度積Ksp的計(jì)算

氯化銀的溶度積表達(dá)式為Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-),由圖知lgc(NH3)=-1時(shí),lgc(Cl-)=-2.35,lgc(Ag+)=-7.40,即c(Cl-)=10-2.35mol·L-1,c(Ag+)=10-7.40mol·L-1,則氯化銀的溶度積Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=10-2.35×10-7.40=10-9.75,B選項(xiàng)正確。以AgCl的溶度積為例,在一定溫度下,當(dāng)難溶物AgCl達(dá)到沉淀溶解平衡時(shí),溶液的Ag+和Cl-的濃度成反比例關(guān)系(見圖3),借助對(duì)數(shù)函數(shù)公式將其轉(zhuǎn)化為更加直觀的線性關(guān)系(見圖4)。在沉淀溶解平衡曲線上任意一點(diǎn)都表示飽和溶液,將橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的值轉(zhuǎn)化為濃度后相乘即得到Ksp的值。根據(jù)平衡移動(dòng)原理,將任意點(diǎn)的離子積Q與Ksp比較。若Q>Ksp,溶液中有沉淀析出,即該點(diǎn)位于反比例函數(shù)曲線(圖3)上方,線性函數(shù)曲線(圖4)的下方;若Q

圖3 c(Ag+)與c(Cl-)的關(guān)系圖

圖4 -lgc(Ag+)與-lgc(Cl-)的關(guān)系圖

【解題技巧】在求溶度積時(shí)根據(jù)曲線上的數(shù)值將lgc(M)、pM(包括pH、pOH和pK等)相關(guān)量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的濃度,代入公式求解。

3.平衡常數(shù)K的計(jì)算

【解題技巧】在求解平衡常數(shù)K時(shí)基于平衡常數(shù)表達(dá)式的推導(dǎo),找到各微粒的離子濃度代入求解或?qū)⑵胶獬?shù)轉(zhuǎn)化為與Ksp、Ka、Kw等常數(shù)有關(guān)的表達(dá)式進(jìn)一步求解。

4.分步沉淀

當(dāng)溶液中含有多種可沉淀的離子時(shí),加入某種沉淀試劑時(shí)該試劑可能與溶液中的多種離子分別發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生沉淀,即分步沉淀。當(dāng)溶液中某種沉淀對(duì)應(yīng)的離子積首先達(dá)到或超過(guò)其溶度積時(shí)這種沉淀先析出;當(dāng)某種離子濃度≤10-5mol·L-1,即認(rèn)為沉淀完全。當(dāng)難溶電解質(zhì)的溶度積差別越大,越適合采用分步沉淀分離,如通過(guò)分步沉淀進(jìn)行分離Al3+和Fe3+。

【解題技巧】根據(jù)Ksp求解沉淀所需的離子濃度,一般情況下所需離子濃度小的先沉淀。

三、真題再練

【試題2】(2023年全國(guó)乙卷,13題)一定溫度下,AgCl和Ag2CrO4的沉淀溶解平衡曲線如圖5所示。

圖5

下列說(shuō)法正確的是

( )

A.a點(diǎn)條件下能生成Ag2CrO4沉淀,也能生成AgCl沉淀

D.向NaCl、Na2CrO4均為0.1 mol·L-1的混合溶液中滴加AgNO3溶液,先產(chǎn)生Ag2CrO4沉淀

【答案】C

四、教學(xué)啟示

(一)加強(qiáng)變式訓(xùn)練,提高數(shù)據(jù)推理能力

高三復(fù)習(xí)課要重視對(duì)知識(shí)和試題的歸納與整合。同一個(gè)試題情境可以選擇不同的提問(wèn)角度、提問(wèn)方式和圖像呈現(xiàn),鍛煉學(xué)生閱讀、分析、推理和解釋等能力。重視圖像由c(M)向-lgc(M)(或pM)、δ(M)等的轉(zhuǎn)變,引導(dǎo)學(xué)生梳理變化關(guān)系,提高數(shù)據(jù)推理能力。也可適當(dāng)拓展同類型的試題,如AgOH-[Ag(NH3)2]+、Cu(OH)2-[Cu(NH3)4]2+、Al(OH)3-[Al(OH)4]-等曲線變化。如對(duì)2023年新課標(biāo)卷可進(jìn)行變式復(fù)習(xí)。

【變式】常溫下,向10 mL一定濃度的AgNO3溶液中,逐滴加入0.1 mol·L-1的氨水,反應(yīng)過(guò)程中-lgc(Ag+)或-lgc([Ag(NH3)2]+)與加入氨水體積的關(guān)系如圖6。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

( )

圖6

A.原AgNO3溶液的濃度是0.1 mol·L-1

B.Ksp(AgOH)的數(shù)量級(jí)為10-8

(二)增進(jìn)學(xué)科理解,發(fā)展高階思維能力

化學(xué)學(xué)科理解是指教師對(duì)化學(xué)學(xué)科知識(shí)及其思維方式和方法的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識(shí),它不僅僅是對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解,還包括對(duì)具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和方法的理解。教師自身對(duì)化學(xué)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的理解越深,在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施時(shí)可發(fā)揮的空間越大,越有利于學(xué)生的深度學(xué)習(xí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展,同時(shí)也要善于吸收其他學(xué)科的知識(shí)來(lái)豐富化學(xué)的內(nèi)涵,拓展化學(xué)的外延。

在高三復(fù)習(xí)要重視回歸教材,教師對(duì)教材內(nèi)容的挖掘與整合是教學(xué)水平的體現(xiàn),也是教學(xué)質(zhì)量的保證。復(fù)習(xí)課要注重提升學(xué)生以書本內(nèi)容為起點(diǎn)并進(jìn)行遷移應(yīng)用的水平,發(fā)展學(xué)生以分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造為主的高階思維能力。

(三)聚焦學(xué)習(xí)評(píng)價(jià),落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)

“教、學(xué)、評(píng)”一體化是促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的重要途徑,其中提問(wèn)與點(diǎn)評(píng)、練習(xí)與作業(yè)、復(fù)習(xí)與考試等都是有效開展化學(xué)日常學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的基本途徑和方法。高考試題更是注重對(duì)核心價(jià)值“金線”考查和學(xué)科思維“銀線”考查的有機(jī)結(jié)合。在試題講評(píng)時(shí)要注重對(duì)試題的層層剖析,通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈,過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)雙向同行,診斷并發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。