構(gòu)建學(xué)科思維模型 破解元素化合物試題

陜西

元素化合物知識(shí)是中學(xué)化學(xué)的基本知識(shí)，是化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是認(rèn)識(shí)化學(xué)物質(zhì)、解決化學(xué)問題的一條重要途徑。這部分內(nèi)容既是教學(xué)的重點(diǎn)，也是考試的難點(diǎn)。為了讓學(xué)生在高考中取得良好的成績(jī)，大多數(shù)學(xué)校采用“教師詳細(xì)知識(shí)歸納+學(xué)生大量習(xí)題訓(xùn)練”的模式進(jìn)行“地毯式復(fù)習(xí)”，教師雖然教的非常“賣力”，學(xué)生學(xué)的也十分“用心”，但教學(xué)的有效性不容樂觀，在考場(chǎng)上學(xué)生仍然面臨兩種困境：一是知識(shí)零散繁多，難以有效提取；二是試題情境中物質(zhì)轉(zhuǎn)化復(fù)雜，不知應(yīng)從何處入手進(jìn)行分析。反思這種教學(xué)困境，筆者試圖通過構(gòu)建科學(xué)的思維模型，優(yōu)化學(xué)生的思維方式，依托高考化學(xué)試題，幫助學(xué)生有效復(fù)習(xí)元素化合物知識(shí)。

一、構(gòu)建研究無機(jī)物性質(zhì)的思維模型

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)對(duì)必修課程“主題2：常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”的學(xué)業(yè)要求從6個(gè)方面進(jìn)行了規(guī)定。第3條指出：“能從物質(zhì)類別、元素價(jià)態(tài)的角度，依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測(cè)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步驗(yàn)證，并能分析、解釋有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?！钡?條指出：“能利用典型代表物的性質(zhì)和反應(yīng)，設(shè)計(jì)常見物質(zhì)制備、分離、提純、檢驗(yàn)等簡(jiǎn)單任務(wù)的方案。能從物質(zhì)類別和元素價(jià)態(tài)變化的視角說明物質(zhì)的轉(zhuǎn)化路徑。”這兩條學(xué)業(yè)要求正是基于高中學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展要求，為教師和學(xué)生明確指出學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)無機(jī)物的核心方法，即具備“研究無機(jī)物性質(zhì)的角度和思路方法”的思維模型，可用圖1來具體表示。

圖1 研究無機(jī)物性質(zhì)的思維模型

因此，在復(fù)習(xí)元素化合物知識(shí)時(shí)，教師應(yīng)在《課程標(biāo)準(zhǔn)》的指引下，以“研究無機(jī)物性質(zhì)的思維模型”為要點(diǎn)，努力縮小無機(jī)物的教學(xué)現(xiàn)狀與課程標(biāo)準(zhǔn)要求之間的差距，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生從復(fù)分解反應(yīng)角度和氧化還原角度了解每一種典型物質(zhì)的性質(zhì)，不斷強(qiáng)化物質(zhì)分類及氧化還原的功能化教學(xué)，幫助學(xué)生逐步形成認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)性質(zhì)的思維模型，有效提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、運(yùn)用思維模型破解元素化合物試題

【例1】(2018·北京卷·11)測(cè)定0.1 mol·L-1Na2SO3溶液先升溫再降溫過程中的pH，數(shù)據(jù)如下。

時(shí)刻①②③④溫度/℃25304025pH9.669.529.379.25

實(shí)驗(yàn)過程中，?、佗軙r(shí)刻的溶液，加入鹽酸酸化的BaCl2溶液做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，④產(chǎn)生白色沉淀多。下列說法不正確的是

( )

D.①與④的Kw值相等

【答案】C

圖2 認(rèn)識(shí)Na2SO3性質(zhì)的思維模型

【例2】(2019·北京卷·28)化學(xué)小組實(shí)驗(yàn)探究SO2與AgNO3溶液的反應(yīng)。

(1)實(shí)驗(yàn)一：用如圖3裝置(夾持、加熱儀器略)制備SO2，將足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反應(yīng)，得到無色溶液A和白色沉淀B。

圖3

①濃H2SO4與Cu反應(yīng)的化學(xué)方程式是

____________________。

②試劑a是________。

(2)對(duì)體系中有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)分析得出：沉淀B可能為Ag2SO3、Ag2SO4或二者混合物。(資料：Ag2SO4微溶于水；Ag2SO3難溶于水)

實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證B的成分

①寫出Ag2SO3溶于氨水的離子方程式：

____________________。

②加入鹽酸后沉淀D大部分溶解，剩余少量沉淀F。推斷D中主要是BaSO3，進(jìn)而推斷B中含有Ag2SO3。向?yàn)V液E中加入一種試劑，可進(jìn)一步證實(shí)B中含有Ag2SO3。所用試劑及現(xiàn)象是。

途徑1：實(shí)驗(yàn)一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，隨沉淀B進(jìn)入D。

①向溶液A中滴入過量鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀，證明溶液中含有________；取上層清液繼續(xù)滴加BaCl2溶液，未出現(xiàn)白色沉淀，可判斷B中不含Ag2SO4。做出判斷的理由：。

②實(shí)驗(yàn)三的結(jié)論：。

(4)實(shí)驗(yàn)一中SO2與AgNO3溶液反應(yīng)的離子方程式是______________________________。

(6)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論：。

【分析】教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已學(xué)知識(shí)構(gòu)建出圖4所示認(rèn)識(shí)SO2(H2SO3)性質(zhì)的思維模型。再從物質(zhì)類別和氧化還原角度出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合題給信息構(gòu)建出圖5所示認(rèn)識(shí)Ag+的性質(zhì)的思維模型。

圖4 認(rèn)識(shí)SO2(H2SO3)性質(zhì)的思維模型

圖5 認(rèn)識(shí)Ag+性質(zhì)的思維模型

在對(duì)以上兩種微粒性質(zhì)全面分析的基礎(chǔ)上，再引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)類別和氧化還原角度出發(fā)，可很順利地構(gòu)建出圖6所示SO2(H2SO3)和AgNO3溶液可能會(huì)發(fā)生哪些反應(yīng)的思維模型。

圖6 認(rèn)識(shí)SO2(H2SO3)和AgNO3可能發(fā)生的反應(yīng)的思維模型

【反思】本題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄縎O2與AgNO3溶液的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)過程先用銅片和濃硫酸反應(yīng)制備SO2，再將SO2通入硝酸銀溶液中，對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行探究，可依據(jù)“研究無機(jī)物性質(zhì)的思維模型”，結(jié)合所學(xué)知識(shí)和題給信息，便能夠比較輕松地進(jìn)行解答題中的相關(guān)問題。同時(shí)，此題也打破了教師和學(xué)生的一種固定思維模式——硝酸鹽與SO2反應(yīng)時(shí)，硝酸根一定表現(xiàn)氧化性，幫助教師和學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)化學(xué)的習(xí)慣，即運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析題給實(shí)驗(yàn)事實(shí)，而不是運(yùn)用所學(xué)知識(shí)隨意推測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。