核心素養(yǎng)下氧化還原型陌生方程式的書寫

廣東

通過分析近三年全國卷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ氧化還原型陌生方程式書寫試題對(duì)信息處理和學(xué)科素養(yǎng)的考查，筆者提出書寫氧化還原型陌生方程式的三部曲書寫模式：“寫”“平”“補(bǔ)”，并在日常教學(xué)中驗(yàn)證此方法行之有效。

陌生方程式就是課本教材中沒有出現(xiàn)過的化學(xué)方程式。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》指出化學(xué)的特征是“從微觀層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)，以符號(hào)形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)”，要求學(xué)生“能用符號(hào)表征物質(zhì)及其變化”。化學(xué)方程式是人們研究化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)前后變化的重要符號(hào)表征形式，而正確熟練書寫方程式是學(xué)生學(xué)好化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、發(fā)展化學(xué)的基本素養(yǎng)。同時(shí)，陌生化學(xué)方程式的書寫能有力體現(xiàn)了高中生的“平衡觀”“變化觀”“證據(jù)推理”等核心素養(yǎng)。因此，一直以來，無論是全國卷，還是地方卷，陌生化學(xué)方程式的書寫都是必考題型，在高考中的陌生化學(xué)方程式書寫的考查占有較多分值。近三年全國高考化學(xué)對(duì)陌生反應(yīng)方程式考查情況見表1。

表1 全國高考化學(xué)對(duì)陌生反應(yīng)方程式考查情況匯總

續(xù)表

對(duì)近三年陌生方程式的考查情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)是每年必考點(diǎn)，考查形式主要有三種：一是書寫氧化還原反應(yīng)方程式，二是書寫電極反應(yīng)式，三是寫出氧化產(chǎn)物。那么書寫氧化還原型陌生方程式有什么技巧嗎？下面對(duì)氧化還原型陌生方程式的書寫方法進(jìn)行了摸索和歸納，希望能夠拋磚引玉，引起共鳴。

一、解題模型的建立

很多學(xué)生在實(shí)際書寫過程中，是根據(jù)記憶、印象、感覺去書寫陌生方程式，毫無章法可言。研究表明，學(xué)生在解決化學(xué)問題時(shí)使用頻率最高的解題策略是模型匹配策略，即學(xué)生通過有限的思維過程后找到與當(dāng)前問題相匹配的模型而進(jìn)行的問題解決策略。因此，對(duì)于陌生反應(yīng)方程式的書寫應(yīng)建立一個(gè)良好的思維模型，借助化學(xué)建模來解決實(shí)際問題。下面將從構(gòu)建“寫”“平”“補(bǔ)”三步書寫模型幫解決學(xué)生的燃眉之急。

表2 常見的氧化劑和還原產(chǎn)物

表3 常見的還原劑和氧化產(chǎn)物

第二步：平，根據(jù)化合價(jià)升降守恒(求化合價(jià)升降的最小公倍數(shù))配平好上面寫的四種物質(zhì)。

第三步：補(bǔ)，根據(jù)反應(yīng)環(huán)境(酸堿介質(zhì))及電荷守恒、原子守恒補(bǔ)齊沒有參與氧化還原的物質(zhì)或離子。

補(bǔ)項(xiàng)時(shí)先考慮反應(yīng)前跟反應(yīng)后的物質(zhì)對(duì)比是氧原子變多還是減少，再考慮酸堿介質(zhì)，具體情況如(圖甲)和(圖乙)。

圖甲

圖乙

【解析】第一步：寫，根據(jù)題意和已掌握的知識(shí)很容易找到氧化劑、還原劑、還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物：

第二步：平，標(biāo)出變價(jià)元素的化合價(jià)，分析化合價(jià)升降情況并求出化合價(jià)升降的最小公倍數(shù)：

二、提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)和遷移知識(shí)的能力

在分析近幾年高考化學(xué)試題后，筆者發(fā)現(xiàn)高考題出題源于教材但又高于教材，多數(shù)氧化還原型“陌生”化學(xué)方程式書寫的試題都需要使用基本化學(xué)知識(shí)進(jìn)行解決，但能直接解決的卻不多，更多的是需要學(xué)生利用已有的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行類比遷移。在平時(shí)的教學(xué)和學(xué)習(xí)中，要引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成觀察陌生物質(zhì)的習(xí)慣，例如人教版選修5教材P52實(shí)驗(yàn)3-2，該實(shí)驗(yàn)是往少量重鉻酸鉀酸性溶液中滴加少量乙醇，充分振蕩，觀察顏色變化，我們?cè)谧鲞@個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候除了讓學(xué)生觀察顏色變化外還可以讓學(xué)生結(jié)合教材信息和所學(xué)知識(shí)書寫該反應(yīng)的化學(xué)方程式，只有在平常教學(xué)中處處留意，才能逐步培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)和遷移知識(shí)的能力。

【例2】(2017·全國卷Ⅰ·27·改編)Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì))來制備，工藝流程如下：

(6)寫出“高溫煅燒②”中由FePO4制備LiFePO4的化學(xué)方程式：______________。

第一步：寫，F(xiàn)ePO4+H2C2O4——LiFePO4+CO2

三、培養(yǎng)學(xué)生接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力

每年的《考試大綱》對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)能力要求有三點(diǎn)，其中第一個(gè)要求就是要有接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力，同時(shí)又有三小點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化：(1)對(duì)中學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)能正確復(fù)述、再現(xiàn)、辨認(rèn)，并能融會(huì)貫通。(2)通過對(duì)自然界、生產(chǎn)和生活中的化學(xué)現(xiàn)象的觀察，以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)物、模型的觀察，對(duì)圖形、圖表的閱讀，獲取有關(guān)的感性知識(shí)和印象，并進(jìn)行初步加工、吸收、有序存儲(chǔ)。(3)從提供的新信息中，準(zhǔn)確地提取實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，并與已有知識(shí)整合，重組為新知識(shí)塊。根據(jù)考試大綱的要求，每年的化學(xué)高考試題中信息特別多，提供信息的形式也多樣化，具體分析歸納統(tǒng)計(jì)如表4：

表4 信息形式統(tǒng)計(jì)

學(xué)生對(duì)信息挖掘、接受等方面存在一種較為普遍現(xiàn)象，老師一講就會(huì)，感覺知識(shí)很簡(jiǎn)單，很容易整合并加以應(yīng)用，但實(shí)際情況恰好相反，學(xué)生看到新信息如新流程、新圖片、新表格等總會(huì)產(chǎn)生畏難情緒，恐懼心理，無法繼續(xù)進(jìn)行挖掘、分析、整合、應(yīng)用。所以在平常教學(xué)特別是試題評(píng)講時(shí)，要幫助學(xué)生克服這種心理，要引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真分析試題的習(xí)慣，尤其在試題評(píng)講時(shí)可以設(shè)置一些問題，例如本題的信息有哪些，哪些信息是有效的，它服務(wù)于解決題中哪些問題等等，使得學(xué)生不被新的、陌生的、復(fù)雜的信息所困惑，要讓學(xué)生從復(fù)雜的信息中提取出解題的有效信息，并加以整合應(yīng)用，找出解題的關(guān)鍵。

【例3】(2016·全國卷Ⅲ·27·微改編)煤燃燒排放的煙氣含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大氣，采用NaClO2溶液作為吸收劑可同時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝?；卮鹣铝袉栴}：

(2)在鼓泡反應(yīng)器中通入含有SO2和NO的煙氣，反應(yīng)溫度為323 K，NaClO2溶液濃度為5×10-3mol·L-1。反應(yīng)一段時(shí)間后溶液中離子濃度的分析結(jié)果如表。

離子SO2-4SO2-3NO-3NO-2Cl-c/(mol·L-1)8.35×10-46.87×10-61.5×10-41.2×10-53.4×10-3

①寫出NaClO2溶液脫硝過程中主要反應(yīng)的離子方程式：______________。

第三步：補(bǔ)，根據(jù)已寫的部分可以發(fā)現(xiàn)反應(yīng)前一共有10個(gè)O，反應(yīng)后一共有12個(gè)O，且反應(yīng)環(huán)境呈堿性，反應(yīng)前比反應(yīng)后少2個(gè)O，則應(yīng)該補(bǔ)4個(gè)OH-生成2個(gè)H2O，即：