賴亞樓

(湖南省益陽市第一中學(xué))

《高考評(píng)價(jià)體系》要求試題具有創(chuàng)新性,而數(shù)據(jù)曲線型離子平衡問題的情境素材多變、信息載量大、呈現(xiàn)形式豐富并且具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性,因此近年來該類試題成為高考試卷中的?？团c亮點(diǎn)。2023年新課標(biāo)卷的離子平衡問題繼續(xù)以數(shù)據(jù)曲線的形式呈現(xiàn)。本文就如何利用試題中的證據(jù)信息,從變化與平衡的角度進(jìn)行推理,對(duì)該類試題的突破展開闡述,以期為師生的復(fù)習(xí)備考提供參考。

一、真題分析

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+)

(一)試題分析

1.“四層”視域下的考查內(nèi)容與命題意圖

表1

2.創(chuàng)新點(diǎn)分析

第一情境素材創(chuàng)新。用氨水溶解是去除AgCl沉淀的常用方法。試題通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn),將AgCl沉淀溶于氨水過程中相關(guān)粒子濃度的變化情況繪制成數(shù)據(jù)曲線圖,巧妙地將這個(gè)常見的定性問題轉(zhuǎn)變?yōu)樾路f的定量問題,創(chuàng)設(shè)出一個(gè)既親切又陌生的結(jié)構(gòu)不良情境。

第二呈現(xiàn)形式創(chuàng)新。試題繪制的以lgc(NH3)為自變量,以lgc(Ag+)、lgc(Cl-)、lgc([Ag(NH3)]+)和lgc([Ag(NH3)2]+)為因變量的多曲線變化過程圖像中不但有起點(diǎn)、終點(diǎn)、交點(diǎn)和拐點(diǎn),而且還出現(xiàn)了曲線重疊。

第三設(shè)問方式創(chuàng)新。如A選項(xiàng)不以曲線所代表何種變量這種常規(guī)問題進(jìn)行設(shè)問,而是將數(shù)據(jù)曲線分析與溶解度的概念相結(jié)合進(jìn)行設(shè)問,實(shí)現(xiàn)了學(xué)科內(nèi)融合。

3.近三年試題對(duì)照分析

2021年及2022年全國(guó)乙卷和2023年新課標(biāo)卷的離子平衡問題,都需要先通過定性分析得出基礎(chǔ)結(jié)論,繼而通過定量計(jì)算的方式解決。但是與前兩年相比2023年又有三點(diǎn)變化:其一情境素材更真實(shí)更具科學(xué)性;其二注重化學(xué)思維的考查避免了復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算;其三考慮學(xué)生的作答感受,選項(xiàng)難度設(shè)置有梯度,不再層層設(shè)卡。

【真題呈現(xiàn)1】(2021年全國(guó)乙卷,13題)HA是一元弱酸,難溶鹽MA的飽和溶液中c(M+)隨c(H+)而變化,M+不發(fā)生水解。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),298 K時(shí)c2(M+)-c(H+)為線性關(guān)系,如圖中實(shí)線所示。下列敘述錯(cuò)誤的是

( )

A.溶液pH=4時(shí),c(M+)<3.0×10-4mol·L-1

B.MA的溶度積Ksp(MA)=5.0×10-8

C.溶液pH=7時(shí),c(M+)+c(H+)=c(A-)+c(OH-)

D.HA的電離常數(shù)Ka(HA)≈2.0×10-4

【真題呈現(xiàn)2】(2022年全國(guó)乙卷,13題)常溫下,一元酸HA的Ka(HA)=1.0×10-3。在某體系中,H+與A-離子不能穿過隔膜,未電離的HA可自由穿過該膜(如圖所示)。設(shè)溶液中c總(HA)=c(HA)+c(A-),當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),下列敘述正確的是

( )

A.溶液Ⅰ中c(H+)=c(OH-)+c(A-)

C.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)不相等

D.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c總(HA)之比為10-4

表2

(二)解題思路

離子平衡試題中的數(shù)據(jù)曲線圖是化學(xué)反應(yīng)過程中各離子濃度關(guān)系與變化的直觀表示。因此先從化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)上進(jìn)行定性分析,后針對(duì)性地進(jìn)行定量計(jì)算是解決數(shù)據(jù)曲線問題的一般方法。另外從題中所涉及的化學(xué)反應(yīng)入手,分析化學(xué)反應(yīng)過程中粒子的種類與濃度的變化情況,并結(jié)合平衡思想進(jìn)行定性分析是解決問題的關(guān)鍵。

1.定性分析

2.定量計(jì)算

3.參考答案

A

(三)深挖真題再提問

如果在高考真題的基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)問,不但有利于加深對(duì)解題模型的認(rèn)知,而且有助于提升對(duì)相關(guān)必備知識(shí)的理解,構(gòu)建完整知識(shí)體系。

【問題1】當(dāng)c(NH3)=0.1 mol·L-1時(shí),定量比較c(Cl-)和c([Ag(NH3)2]+)的大小。

【分析】若分析圖像,曲線圖中c(Cl-)和c([Ag(NH3)2]+)基本相等,難以進(jìn)行比較。但借助物料守恒可以得出結(jié)論,c(Cl-)=c(Ag+)+c([Ag(NH3)]+)+c([Ag(NH3)2]+),故體系中恒有c(Cl-)>c([Ag(NH3)2]+)。當(dāng)c(NH3)=0.1 mol·L-1時(shí)c(Cl-)-c([Ag(NH3)2]+)=(10-5.16+10-7.40) mol·L-1。

【問題3】若溶液體積為1 L,AgCl沉淀為0.1 mol,向其中滴加氨水,那么至少需要消耗多少mol的NH3才能將AgCl沉淀完全溶解(忽略氨水滴加過程中溶液體積的變化與NH3的揮發(fā))。

二、原創(chuàng)變式

(一)試題呈現(xiàn)

( )

A.曲線Ⅲ表示HgCl2的分布分?jǐn)?shù)隨Cl-濃度變化曲線

B.當(dāng)c(Cl-)<10-3mol·L-1時(shí)Hg2+幾乎沒有與Cl-發(fā)生配合反應(yīng)

(二)解題思路

1.定性分析

2.定量計(jì)算

3.參考答案

D

(三)命制思路

1.素材的選擇

以確保情境素材的科學(xué)性與真實(shí)性為原則,結(jié)合2023年高考真題包含多曲線變化過程圖和多重平衡體系以及結(jié)構(gòu)不良等特點(diǎn),本題選取了由高等教育出版社出版,武漢大學(xué)主編的分析化學(xué)(第四版)教材中關(guān)于絡(luò)合物平衡常數(shù)的內(nèi)容作為情境素材。在對(duì)素材進(jìn)行處理時(shí)舍去了原圖中l(wèi)gc(Cl-)為-9至-5時(shí)對(duì)應(yīng)Hg2+和HgCl+的分布分?jǐn)?shù)曲線變化的部分,從而構(gòu)造了一個(gè)信息呈現(xiàn)不完整,結(jié)構(gòu)高度不良的創(chuàng)新情境,以便考查學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.選項(xiàng)的設(shè)置

結(jié)合2023年高考真題避免復(fù)雜數(shù)據(jù)計(jì)算和選項(xiàng)難度具有梯度性的特點(diǎn)。本題A、B選項(xiàng)設(shè)計(jì)成定性問題,需要學(xué)生結(jié)合題中所給的文字和符號(hào)信息,讀懂雙縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)曲線圖,并從圖中提取和加工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析推理,確定各曲線對(duì)應(yīng)的物質(zhì)微粒。C、D兩個(gè)選項(xiàng)需要在A選項(xiàng)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行關(guān)于化學(xué)平衡常數(shù)的簡(jiǎn)單計(jì)算。但是D選項(xiàng)在高考真題的基礎(chǔ)上又有創(chuàng)新,傳統(tǒng)的取點(diǎn)計(jì)算無法求出平衡常數(shù),而是需要學(xué)生找到能解決問題的數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行定量計(jì)算。通過這個(gè)半定量的問題考查學(xué)生對(duì)可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底,以及平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)等基本概念的理解水平與遷移能力,以期發(fā)展學(xué)生變化觀念與平衡思想的學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)啟示

數(shù)據(jù)曲線圖能直觀呈現(xiàn)相關(guān)量的變化關(guān)系,因此繪制數(shù)據(jù)曲線圖是分析化學(xué)相關(guān)問題的重要手段。而對(duì)于離子平衡這種與數(shù)據(jù)有著緊密聯(lián)系的問題,各種圖像的出現(xiàn)就成為了必然,在高考中可謂是“無圖不成題”?；谏鲜銮闆r,在教學(xué)與備考過程中可以從以下4個(gè)方面突破離子平衡這一難點(diǎn)問題。

1.關(guān)注各種類型的圖像,帶領(lǐng)學(xué)生充分了解圖像中橫縱坐標(biāo)的含義、曲線的斜率或趨勢(shì)、特殊點(diǎn)的含義以及輔助線的繪制方法等。

2.設(shè)計(jì)自主繪制圖像的開放性作業(yè),加深學(xué)生對(duì)各種形式的圖像之間關(guān)系的理解。如要求學(xué)生根據(jù)提供的同一組數(shù)據(jù)繪制滴定過程中的微粒分布分?jǐn)?shù)圖和微粒濃度變化圖。

3.定性分析是定量計(jì)算的前提,因此無論是何種圖像問題,均應(yīng)遵循先定性分析后定量計(jì)算的思維邏輯。

4.重視學(xué)生計(jì)算能力的培養(yǎng)。解決定量問題不僅需要具備扎實(shí)的化學(xué)知識(shí)以及靈活運(yùn)用的能力,而且還需要具備代數(shù)式的計(jì)算、對(duì)數(shù)運(yùn)算和指數(shù)運(yùn)算等數(shù)據(jù)處理能力。