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高中化学解题建模之“特异”例析

2020-11-13四川

教学考试(高考化学) 2020年3期
关键词:氯气结论溶液

四川 刘 宇

新课程标准倡导真实问题情景的创设,开展以实验为主的多种探究活动、在各个教学环节激发学生学习化学的兴趣、培养学生敢于质疑、勇于创新的科学精神;帮助学生逐步形成证据意识,能通过分析推理加以证实或证伪;建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。学生应能对复杂的化学问题情景中的关键要素进行分析以构建相应的模型,能选择不同模型综合解释或解决复杂的化学问题,在知识积累的基础上,通过试题解答,逐渐形成不同题型的解题模型。在学习的过程中不断提升学生的关键能力,发展学生的核心素养。

作为一门以实验为基础的自然学科,化学学科涉及的众多原理和结论均是从实验中归纳和提炼而成。化学探索的过程艰辛而漫长,由于受制实验条件、研究方式等因素,过程中会得到一些阶段性、局限性甚至“错误”的结论,但它们对揭示化学过程本质起到了推动作用,因此有些结论被一直被沿用。一线的教师教学也是沿着科研之路在循序渐进,导致某些特殊阶段,学生难免遇到一些与之前的结论相悖的“特异”问题,教师在教学中应及时给予学生指导,以期能帮助学生建立正确的解题模型。笔者在高三教学和研究过程中对此专门研究,取得阶段性成果。

1.化学反应中的特例判断

在化学反应中,我们经常使用的反应原理包括:强酸制弱酸、强碱制弱碱等,一旦遇到与之不同的反应我们将之确定为特例。但实际上只要这个反应存在,都会遵循特定的反应原理。教学中需增强学生严谨求实的科学态度,增强探究物质性质和变化的兴趣,通过分析、推理形成完整的知识体系。

【例1】(2015·四川卷·2改编)下列有关CuSO4溶液的叙述正确的是

( )

B.通入CO2气体产生蓝色沉淀

【答案】C

【解析】CuSO4溶液中Cu2+与OH-反应生成Cu(OH)2沉淀,不能大量共存,A项错误;CO2通入CuSO4溶液不发生反应,无明显现象,B项错误;CuSO4与H2S反应生成难溶电解质CuS,H2S属于弱电解质,书写离子反应方程式时要写化学式,C项正确;CuSO4溶液与浓氨水反应,先生成的Cu(OH)2溶于过量浓氨水生成四氨基合铜离子,D项错误。

2.非常规方程式的书写与识别

结合以上理论,反应生成水、沉淀、气体是复分解反应发生的条件。但实际反应中我们发现常见的可溶性的物质也作为生成物出现,这样的反应还比较多,那这些反应遵循的原理是什么呢?教学中应培养学生的“问题意识”,能提出化学探究问题,并结合实验现象能和同学交流展示实验探究的成果,用准确的化学用语表达(表述)化学过程。

【例2】(2017·全国卷Ⅲ·27节选)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示:

回答下列问题:

(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。

a.80℃ b.60℃ c.40℃ d.10℃

步骤⑤的反应类型是________________。

【答案】(4)d 复分解反应

侯氏制碱法流程

物质溶解度曲线

3.化学老师的“谎言”

化学知识的呈现是逐层逐级螺旋上升的过程,这也是人类探索世界的一个实际发展过程,在初中甚至是高中阶段的学习我们都只是从现有的理论储备水平去解决相关问题,因此教师为了教授该部分知识出现善意的“谎言”。化学知识是解决实际问题不可或缺的工具,习题课教学中应教会学生根据情景的需要,系统梳理解决问题所要运用的化学知识和方法。

加入试剂稀硫酸浓硫酸、加热稀硝酸浓硝酸实验现象有红色固体剩余和溶液变为蓝色产生无色气体产生无色气体和溶液变为蓝色产生红棕色气体和溶液变为蓝色

由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物

( )

A.Cu

B.Cu2O

C.一定有Cu,一定有Cu2O

D.一定有Cu2O,可能有Cu

【答案】D

【解析】结合加入稀硫酸观察到“有红色固体剩余和溶液变为蓝色”可确定Cu2O的存在,结合浓硫酸(加热)、硝酸反应现象,只能确定红色固体具有还原性(Cu或Cu2O均可),即可能含有Cu2O。

【能力提升】在解答题目时,直接依据初中知识可得氢气还原氧化铜得到铜和水,该红色固体即是Cu,会造成错选。为什么在该反应中会有红色Cu2O的出现呢?结合《选修3物质的结构与性质》,29号元素Cu,价层电子为3d104s1,失去两个电子即Cu2+(3d9)、失去一个电子即Cu+(3d10,d轨道全满,结构稳定),因此Cu2O相对于Cu更加稳定,氢气还原氧化铜产物中主要是Cu2O也呈红色。

4.历史问题的准确分析

由于知识的储备、实验条件等限制因素,科学上得出相关的结论正确性也是阶段性的,时间常常能推翻之前的一些结论。例如苯环结构,凯库勒式的出现,解释了C6H6的分子构成,在现代化学确定了真实的正六边形结构前,很长时间没有得出结论,凯库勒式被一直沿用。

【例4】某同学用下列装置制备并检验Cl2的性质。下列说法正确的是

( )

A.图Ⅰ中:如果MnO2过量,浓盐酸就可被全部消耗

B.图Ⅱ中:量筒中发生了取代反应

C.图Ⅲ中:生成蓝色的烟

D.图Ⅳ中:干燥的有色布条褪色,说明氯气有漂白性

【答案】B

【解析】浓盐酸与二氧化锰的反应过程中盐酸的浓度逐渐降低,稀盐酸与二氧化锰不反应,所以图Ⅰ中,如果MnO2过量,浓盐酸也不可能全部被消耗,A项错误;图Ⅱ中,量筒内发生了甲烷和氯气的取代反应,B项正确;图Ⅲ中,铜和氯气反应生成氯化铜,产生棕黄色的烟,C项错误;氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性,因此图Ⅳ中湿润的有色布条褪色,D项错误。

【追本溯源】漂白原理是建立在特定的化学反应基础上的,如SO2的漂白在于SO2与部分有色的有机色素发生化合反应生成无色或者白色亚硫酸盐,还原酸性高锰酸钾不属于漂白,氧化型漂白是指漂白剂与有色物质发生氧化还原反应而出现褪色,湿润的氯气(次氯酸)能完成氧化型漂白,但干燥的氯气与这些物质不反应,未体现漂白性。建立该结论时实验条件有限,未关注到氯气是否干燥,该结论一直沿用至今。

5.化学实际过程的精准分析

化学理论指导实际的生产和生活,但客观存在的实际过程需要理论支撑但却有着实际因素的限定。分析实际过程中的化学问题需要全面的理论作为支撑。教学过程中,在组织学生开展实验探究活动时,注意实验前的分析预测和对实验现象的分析解释,发展学生宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养,培养系统思维能力。

【例5】(2015·北京卷·27节选)研究CO2在海洋中的转移和归宿,是当今海洋科学研究的前沿领域。

(2)在海洋碳循环中,通过如图所示的途径固碳。

①写出钙化作用的离子方程式:______________。

化学学科的学习是一个由易到难、循序渐进、螺旋上升的发展过程。学生在学习的过程中要善于发现问题,并借助化学实验、教材、资料等学习资源不断的增加对应知识内容,将重要的知识点和解题模型(尤其是“特异”模型)归纳在积累本上,不断修正和完善知识体系,不断提升和强化个人独立学习能力和解决实际问题的关键能力。

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