化學(xué)變化與能量守恒思想在高考試卷中的體現(xiàn)

吳曉紅　陳有鑫　姜正毅

[摘要]化學(xué)變化和能量守恒思想貫穿著整個(gè)高中化學(xué)學(xué)習(xí)過程。中學(xué)化學(xué)教師應(yīng)回歸教材，夯實(shí)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)強(qiáng)化思維教學(xué)，加強(qiáng)化學(xué)變化和能量守恒習(xí)題的剖析，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。通過對高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和2016年高考考綱的分析，從化學(xué)變化與能量守恒的角度審視2016年新課標(biāo)Ⅱ卷11題、26題（3）中的化學(xué)變化和能量守恒思想。

[關(guān)鍵詞]化學(xué)變化；能量守恒；新課標(biāo)Ⅱ卷；學(xué)科素養(yǎng)

[中圖分類號]G633.8 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1674-6058（2017）05-0077-02

基礎(chǔ)化學(xué)教育以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為根本宗旨。而課改已從科學(xué)素養(yǎng)逐漸進(jìn)人“核心素養(yǎng)時(shí)代”?；瘜W(xué)變化和能量守恒則是高中化學(xué)學(xué)習(xí)中的基本思維方法之一。物質(zhì)與物質(zhì)之間之所以能夠相互轉(zhuǎn)化是因?yàn)檫^程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行了化學(xué)變化這一復(fù)雜過程?；瘜W(xué)反應(yīng)宏觀上可以理解為舊物質(zhì)與新物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程，微觀上實(shí)質(zhì)就是舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成，亦可以描述為最外層電子的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了改變，同時(shí)伴隨著能量的變化。本文主要從化學(xué)變化和能量守恒兩個(gè)視角分析2016年高考新課標(biāo)Ⅱ卷中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的體現(xiàn)，并通過新課標(biāo)Ⅱ卷11題、26題（3）中特定的問題淺析學(xué)生在化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)過程中自身素養(yǎng)的體現(xiàn)，以幫助學(xué)生盡快走進(jìn)“核心素養(yǎng)時(shí)代”，使教師適應(yīng)新課改的步伐。

一、2016年高考理綜卷化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的體現(xiàn)能量守恒的能力分析

筆者認(rèn)為，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是建立在高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上的，同時(shí)2016年高考化學(xué)考試大綱對學(xué)生學(xué)科知識等能力做了明確的要求，通過實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識、態(tài)度與STEM理念的有機(jī)結(jié)合，體現(xiàn)PISA科學(xué)素養(yǎng)評估的核心要素。但是，在化學(xué)變化與能量守恒這一學(xué)科核心素養(yǎng)中，從化學(xué)變化與電能、熱能的相互轉(zhuǎn)化考查學(xué)生的思維品質(zhì)，不僅僅是建立在學(xué)生知識基礎(chǔ)之上，而且需要以學(xué)生為中心，從學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)和學(xué)習(xí)能力綜合考量，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心的素養(yǎng)。

我們可以把物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程比作是貯存在物質(zhì)本身內(nèi)部的能量（化學(xué)能）轉(zhuǎn)化為熱能、光能等不同形式的能量釋放出來，抑或是熱能、光能等不同形式的能量轉(zhuǎn)化為物質(zhì)本身內(nèi)部能量（化學(xué)能）被貯存起來的過程。釋放能量和貯存能量的過程最終是為了保持化學(xué)變化過程中能量的守恒。而教師的教與學(xué)生的學(xué)均需要很好的銜接，只有明白了其中的化學(xué)變化和能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，才能使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中提升自身的學(xué)科素養(yǎng)和個(gè)人學(xué)習(xí)品質(zhì)。

二、2016年高考理綜化學(xué)卷中的化學(xué)變化與能量守恒

1.化學(xué)變化與電能

化學(xué)能與不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化。能量可以以不同的形式存在于自然界中，比如化學(xué)能、電能等，不同形式的能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。例如原電池的設(shè)計(jì)使用，在物質(zhì)相互變化的過程中把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，可以理解為將物質(zhì)本身的能量轉(zhuǎn)化為電能，是一個(gè)釋放能量的過程；電解池則是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程，同樣可以理解為將電能轉(zhuǎn)化為物質(zhì)本身的能量，是一個(gè)貯存能量的過程。因此，化學(xué)能是諸多不同形式能量的其中一種，是可以同其他形式能量進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化的，是以物質(zhì)變化為基礎(chǔ)而變化的。

[例1]（2016·新課標(biāo)Ⅱ卷，11）Mg-AgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯誤的是（ ）。

A.負(fù)極反應(yīng)式為Mg一2e^-=Mg²⁺

B.正極反應(yīng)式為Ag⁺+e^-=Ag

C.電池放電時(shí)Cl^-由正極向負(fù)極遷移

D.負(fù)極會發(fā)生副反應(yīng)Mg+2H₂O=Mg（OH）₂+H₂↑

教師在教學(xué)過程中需具備化學(xué)學(xué)科知識，具有STEM的相關(guān)理論基礎(chǔ)，在幫助學(xué)生奠定核心知識的同時(shí)對學(xué)生閱讀題目和做題的方法進(jìn)行引導(dǎo)，并且對知識本身具有宏觀概括能力和對知識的外延性具備一定的控制力。本題中涉及原電池的電極反應(yīng)方程式的書寫判斷，在分析過程中需要從其本質(zhì)到特征再次回到本質(zhì)。

2.化學(xué)變化與熱能

能量的轉(zhuǎn)化是以物質(zhì)轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的。物質(zhì)的轉(zhuǎn)化遵循質(zhì)量守恒定律，在物質(zhì)變化的過程中能量的轉(zhuǎn)化同樣遵循能量守恒定律，即能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。高中化學(xué)教學(xué)過程中化學(xué)熱力學(xué)問題與能量守恒定律密切相關(guān)，尤其以蓋斯定律的運(yùn)用為重。

[例2][2016·新課標(biāo)Ⅱ卷，27（3）]聯(lián)氨（又稱肼，N₂H₄，無色液體）是一種應(yīng)用廣泛的化工原料，可用作火箭燃料?；卮鹣铝袉栴}：

（3）①2O₂（g）+N₂（g）=N₂O₄（1） △H₁

②N₂（g）+2H₂（g）=N₂H₄（1） △/H₂

③O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（g） △H₃

④2N₂H₄（1）+N₂O₄（1）=3N₂（g）+4H₂O（g） △H₄=-1048.9 kI·mol^-1

上述反應(yīng)熱效應(yīng)之間的關(guān)系式為△H₄=_____。

分析本題需具備化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)基礎(chǔ)知識，清楚物理學(xué)科和化學(xué)學(xué)科的聯(lián)系，以及能量守恒在化學(xué)中的運(yùn)用。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)科認(rèn)知基礎(chǔ)上建立實(shí)際問題的解決模式，指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中明白化學(xué)與工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系，認(rèn)識STEM理念在高中化學(xué)中的作用和地位。在新課程改革下，結(jié)合新的教學(xué)理念和新的觀點(diǎn)對學(xué)生的核心素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)，建立化學(xué)變化的過程和過程中能量守恒的核心概念和相互關(guān)系，在強(qiáng)化基礎(chǔ)知識的同時(shí)運(yùn)用蓋斯定律建立化學(xué)變化和能量守恒之間的數(shù)學(xué)推理關(guān)系式，提升學(xué)生的認(rèn)知。通過教師的引導(dǎo)和學(xué)生的自行建構(gòu)，學(xué)生體會感知學(xué)科間的相互聯(lián)系，提升教師本身的科學(xué)素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。

三、小結(jié)

“變化觀念與平衡思想”這一基本思維方法，要求學(xué)生能夠認(rèn)識物質(zhì)是在不斷運(yùn)動的，物質(zhì)變化是在一定條件下進(jìn)行的；能夠從內(nèi)因和外因、量變與質(zhì)變等方面較為全面地分析物質(zhì)的化學(xué)變化過程，關(guān)注化學(xué)變化中的能量與能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系；能從不同視角對紛繁復(fù)雜的化學(xué)變化進(jìn)行分類研究，逐步揭示各類變化的特征和規(guī)律；能用對立統(tǒng)一、聯(lián)系發(fā)展和動態(tài)平衡的觀點(diǎn)考察、分析化學(xué)反應(yīng)，預(yù)測在一定條件下某種物質(zhì)可能發(fā)生的化學(xué)變化。因此，教師在教學(xué)過程中，讓學(xué)生理解并領(lǐng)會化學(xué)變化守恒思想，通過相關(guān)的邏輯推理、演算，進(jìn)行驗(yàn)證和解釋，將對學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)起著非常重要的作用。

（責(zé)任編輯 羅艷）