高考化學試題的分析與教學啟示

單小波 賀勉之

2021年湖南省普通高中學業(yè)水平選擇性考試的試題內(nèi)容，依據(jù)2017年版化學課程標準內(nèi)容要求而命制，必做題考查內(nèi)容涵蓋必修課程內(nèi)容：化學科學與實驗探究;常見有機物以及應(yīng)用;物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及化學反應(yīng)規(guī)律;有機化合物及其應(yīng)用;化學與社會發(fā)展等5個主題。選考題包括物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、有機化學基礎(chǔ)2個模塊。試題的設(shè)計內(nèi)容與考查方向?qū)嘶瘜W課程標準的基本理念，符合《中國高考評價體系》提出的“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”的命題要求，測試學生“核心價值、學科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力與必備知識”的水平。

2021年湖南省高考試題，其考查內(nèi)容和方向保持了往年命題方向，但較往年而言，更凸顯考查考生對基礎(chǔ)知識的理解和對基礎(chǔ)知識綜合性的應(yīng)用。本文以湖南卷不定項選擇題11～14為例，從考查板塊、試題素材、設(shè)問方向、課標內(nèi)容要求、學業(yè)水平要求、教材內(nèi)容、化學德育功能等多個方面分析試題，旨在通過試題設(shè)計的理念推動對高中化學教學的思考，優(yōu)化教學設(shè)計理念和授課方式，促進核心素養(yǎng)和關(guān)鍵學科思維等理念在課堂落地。

一、試題評析

選擇題的第11題～14題為不定項選擇，此種形式的考法增大了答題難度，試題素材和設(shè)問基于基礎(chǔ)知識和基本技能進行了整體性的設(shè)計，綜合考查化學平衡、離子共存、有機物制備原理、混合物分離、催化反應(yīng)機理、活化能等知識內(nèi)容，滲透宏微結(jié)合、科學探究、證據(jù)推理等核心素養(yǎng)。

題目1

（湖南卷題11）已知：

A（g）+2B（g）3C（g） ΔH<0

向一恒溫恒容的密閉容器中充入1 mol A和3 mol B發(fā)生反應(yīng)，t1時達到平衡

狀態(tài)Ⅰ，在t2時改變某一條件，t3時重新達到平衡狀態(tài)Ⅱ，正反應(yīng)速率隨時間的變化如圖1所示。下列說法正確的是

（? ）。

A.容器內(nèi)壓強不變，表明反應(yīng)達到平衡

B.t2時改變的條件：向容器中加入C

C.平衡時A的體積分數(shù)φ：φ（Ⅱ）>φ（Ⅰ）

D.平衡常數(shù)K：K（Ⅱ）

試題分析

本題以常規(guī)的時間和速率（t-v）的圖像為信息，圍繞“化學平衡狀態(tài)”“化學平衡移動”“化學平衡常數(shù)”等知識進行設(shè)問，詳見表1，滲透了“變化觀念和平衡思想”的核心素養(yǎng)，因此解題思路應(yīng)著眼于“曲線拐點”“平衡點”。

圖像表示化學變化的過程，重點突出“變化”和“平衡”的解題思維。由題干給出“A（g）+2B（g）3C（g） ΔH<0”“恒溫恒容”“充入

1mol A和3mol B”等限定條件，可分析出在0-t1時段，反應(yīng)正向進行，且隨著反應(yīng)物濃度減小而反應(yīng)速率逐漸變小，在t1時刻達到平衡，t1-t2段處于化學平衡狀態(tài)，因為限定條件“A（g）+2B（g）3C（g）”，所以容器中壓強始終保持不變。在t2時刻，曲線發(fā)生“漸變”，由于正反應(yīng)速率逐漸增加，所以改變的條件不可能為溫度、催化劑或者反應(yīng)物的濃度，推斷出t2時刻改變的條件為：增加生成物濃度。增加生成物濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，在t3時刻達到新的平衡，故A的體積分數(shù)增大。整個反應(yīng)過程，沒有涉及到溫度的改變，K值保持不變。

綜上所述，化學反應(yīng)平衡圖像題的考查難度較小，大多處于理解層次，屬于素養(yǎng)水平2層次，題干完整精煉地呈現(xiàn)了解題必要信息，圖像的數(shù)據(jù)簡明扼要，設(shè)問正面陳述且易懂，不涉及到數(shù)據(jù)處理與公式計算。其中，部分選項與舊教材的課后習題相似，說明試題源于教材、貼近教材、高于教材，凸顯教材在學科基礎(chǔ)性知識學習中的重要作用，同時也對一線教師的化學教學有一定的指導作用。

題目2 （湖南卷題12）對下列粒子組在溶液中能否大量共存的判斷和分析均正確的是（? ）。

試題分析 溶液中的粒子共存問題是綜合離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、元素化合物性質(zhì)、鹽類水解、弱電解質(zhì)電離等知識的題型，綜合性較強，設(shè)問方式靈活，著重考查考生對元素化合物知識的積累和遷移應(yīng)用的程度。溶液中粒子共存問題通常有兩種類型，其一是不涉及氧化還原反應(yīng)的離子之間的反應(yīng)，如：復分解反應(yīng)、雙水解反應(yīng)等。另一種是涉及氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)，如：具有氧化性離子和還原性粒子的反應(yīng)、特定環(huán)境性才能相互反應(yīng)的粒子。后一種通常隱含限定條件，對考生觀察的敏銳性、思維的縝密性、判斷的準確性有著較高的要求。

本題沒有設(shè)置任何的新穎的信息素材背景，設(shè)問簡捷明了，內(nèi)容知識覆蓋面廣，其試題內(nèi)容分析，詳見表2。

分析粒子之間的反應(yīng)凸顯“化學變化”的觀念，選項中的Al3+和NH3·H2O反應(yīng)生成物的是Al（OH）3而不是AlO-2，S2O2-3和H+反應(yīng)生成

S、SO2和H2O，F(xiàn)e3+可作催化劑，加速H2O2分解，在酸性條件下MnO-4能將Cl-氧化為Cl2，不能大量共存。

綜上所述，溶液中粒子共存問題考查的難度較小，選項均處于水平1的層次，設(shè)問的素材均為常見的化合物及其重要性質(zhì)，與教材的核心知識基本吻合，符合課標中提出的“在義務(wù)教育基礎(chǔ)上進一步提高國民素質(zhì)、面向大眾的基礎(chǔ)教育”的普通高中教育的定位。

題目3 （湖南卷題13）1-丁醇、溴化鈉和70%的硫酸共熱反應(yīng)，經(jīng)過回流、蒸餾、萃取分液制得1-溴丁烷粗產(chǎn)品，裝置如圖2所示：

已知：

CH3（CH2）3OH+NaBr+H2SO4△

CH3（CH2）3Br+NaHSO4+H2O

下列說法正確的是

（? ）。

A.裝置Ⅰ中回流的目的是為了減少物質(zhì)的揮發(fā)，提高產(chǎn)率

B.裝置Ⅱ中a為進水口，b為出水口

C.用裝置Ⅲ萃取分液時，將分層的液體依次從下口放出

D.經(jīng)裝置Ⅲ得到的粗產(chǎn)品干燥后，使用裝置Ⅱ再次蒸餾，可得到更純的產(chǎn)品

試題分析

本題中1-丁醇、溴化鈉和70%的硫酸共熱反應(yīng)實質(zhì)是醇與氫鹵酸反應(yīng)，屬于親核取代反應(yīng)機理，因為醇的離去基團堿性較強（HO->X-），在酸催化下醇形成（RO+H2）鹽，離去基團由強堿（HO-）轉(zhuǎn)變?yōu)槿鯄A（H2O），反應(yīng)條件需要有70%的硫酸作催化劑和加熱。因此，溶液中存在HBr，加熱導致HBr和醇類物質(zhì)均會揮發(fā)，影響產(chǎn)率。該題以物質(zhì)制備為命題主線，從有機化合物制備中的核心反應(yīng)的條件控制、產(chǎn)物分離方法和裝置、產(chǎn)物提純的操作等角度設(shè)問，其試題內(nèi)容分析，詳見表3。

分析可得，試題側(cè)重對有機反應(yīng)原理和化學儀器的認識和操作的考查，凸顯“科學探究”素養(yǎng)的考查，且實驗裝置在新舊教材中均有呈現(xiàn)，難度較小。根據(jù)題意1-丁醇、溴化鈉和70%的硫酸在裝置Ⅰ中共熱發(fā)生反應(yīng)得到含CH3（CH2）3OH、CH3（CH2）3Br、NaHSO4、NaBr、H2SO4的混合物，混合物在裝置Ⅱ中蒸餾得到CH3（CH2）3OH和CH3（CH2）3Br的混合物，在裝置Ⅲ中用合適的萃取劑萃取分液得CH3（CH2）3Br粗產(chǎn)品。裝置Ⅲ得到粗產(chǎn)品，由于粗產(chǎn)品中各物質(zhì)沸點不同，再次進行蒸餾可得到更純的產(chǎn)品。

總體分析而言，該試題內(nèi)容處于記憶層次，但是對考生分析實驗原理、實驗方法、操作技能等有較高的要求，也體現(xiàn)了“化學學科是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科”的課程性質(zhì)，為化學教學確定了新的導向，以高考反推實驗在化學教學中的重要性。

題目4 （湖南卷題14）鐵的配合物離子（用＼[L-Fe-H＼]+表示）催化某反應(yīng)的一種反應(yīng)機理和相對能量的變化情況如圖3所示。

下列說法錯誤的是（? ）。

A.該過程的總反應(yīng)為

HCOOH催化劑CO2↑+H2↑

B.H+濃度過大或者過小，均導致反應(yīng)速率降低

C.該催化循環(huán)中鐵元素的化合價發(fā)生了變化

D.該過程的總反應(yīng)速率由Ⅱ→Ⅲ步驟決定

試題分析 本題素材新穎開放，選擇的是有機化學中研究熱點問題——甲酸的脫氫催化體系的研究，甲酸具有液氫儲存和清潔制氫的巨大潛力，而研究活性、穩(wěn)定性、選擇性強的催化劑一直是重要任務(wù)。題干呈現(xiàn)以鐵的配合物離子（用＼[L-Fe-H＼]+表示）催化甲酸脫氫的反應(yīng)，并以物質(zhì)（反應(yīng)物、反應(yīng)中間產(chǎn)物、生成物、反應(yīng)副產(chǎn)物）組成結(jié)構(gòu)變化的圖式揭示反應(yīng)機理和能量變化，其試題內(nèi)容詳見表4。其素材選擇和命題風格與2020年高考全國卷Ⅰ第10題“催化甲醇羰基化”的命題有異曲同工之妙，說明2021年湖南高考化學卷很好地傳承了全國卷的情境設(shè)計的模式，題目以圖式呈現(xiàn)，力求使用科研論文中的原始圖表，創(chuàng)造真實研究情境，最大程度考查考生運用基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力，從獲取信息能力水平、加工信息能力水平、創(chuàng)造性應(yīng)用信息能力水平等層次對考生進行區(qū)分，體現(xiàn)了高考的選拔性考試的功能。

由上分析可得，該試題考查考生的素養(yǎng)水平較高，題解題思路為：反應(yīng)機理→反應(yīng)物→中間產(chǎn)物→物質(zhì)結(jié)構(gòu)→能量變化。HCOOH電離出氫離子后， HCOO-與催化劑結(jié)合，放出二氧化碳，然后又結(jié)合氫離子轉(zhuǎn)化為氫氣，化學方程式為

HCOOH→CO2↑+H2↑

若氫離子濃度過低，則反應(yīng)Ⅲ→Ⅳ的反應(yīng)物濃度降低，反應(yīng)速率減慢，若氫離子濃度過高，則會抑制甲酸的電離，使甲酸根濃度降低，反應(yīng)Ⅰ→Ⅱ速率減慢;由物質(zhì)結(jié)構(gòu)可知，F(xiàn)e在反應(yīng)過程中，化學鍵數(shù)目發(fā)生變化，則化合價也發(fā)生變化。由分析能壘可知，反應(yīng)Ⅳ→Ⅰ能壘最大，反應(yīng)速率最慢，對該過程的總反應(yīng)起決定作用。

綜合分析，該試題要求考生能突破單靠文字、數(shù)字、化學方程式來了解化學信息的能力，更要求考生能解讀各類新穎陌生形式的數(shù)據(jù)表圖、微粒模型圖、反應(yīng)機理圖，提升信息獲取和運用能力。究其深意，對化學教學有一定的提示，教師應(yīng)當結(jié)合教學內(nèi)容提升學生的學習能力，設(shè)計教學內(nèi)容時應(yīng)適當運用最新的科學研究成果為真實情境教學的素材，敢于接受、運用新概念分析問題，不拘泥于條條本本的思維觀念。通過教材落實“雙基”教學，又不局限于教材，立足于學生適應(yīng)現(xiàn)代科技生活和未來發(fā)展的需要，充分發(fā)揮化學課程整體育人功能。

二、教學策略

1.把握新舊教材的區(qū)別，充分運用教材教學

新一輪教育改革的核心是教材改革，而教材內(nèi)容的改革是課程改革的重要表現(xiàn)形式之一。高中化學新教材充分利用新高中課程方案和高中化學課程結(jié)構(gòu)、課程標準搭建起的課程模塊的新框架，設(shè)置多個欄目，化學知識的邏輯性、系統(tǒng)性相對弱化，聯(lián)系社會的知識和知識應(yīng)用相對加強。新教材除了在內(nèi)容設(shè)置上有較大的改動，在欄目設(shè)置上的變動也十分明顯，“思考與交流”的欄目明顯增多，通過討論交流激發(fā)學生的學習興趣，強調(diào)自主建構(gòu)知識體系。實驗欄目有較大變動， 增加了部分學生自行設(shè)計的實驗。新教材增加了“知識歸納”欄目，通過問題和列出有空白的知識表格讓學生完成，幫助學生歸納本章所學習的知識。

綜上所述，新教材最顯著的特點就是功能欄目普遍加強，教材內(nèi)容圍繞探究、研究與實踐、方法導引、資料卡片、科學·技術(shù)·社會、練習與應(yīng)用、科學史話、思考與討論、實驗活動、整理與提升、復習與提高等欄目展開。教師靈活運用欄目，優(yōu)化組合，能極大地調(diào)動學生積極參與課堂教學活動，有利于推進自主性、合作性、體驗性、探究性的學習的實施。

2.關(guān)注前沿素材，深度挖掘信息運用于教學

教學中運用素材不僅要考慮信息加工理論，如注重有效的先行組織者的呈現(xiàn)，為學生對新知識產(chǎn)生同化提供條件，而且要考慮情境認知理論，從個人與社會產(chǎn)生聯(lián)系而獲取知識，因此參與基于真實情境的思考與實踐，能夠保證學生的學習更主動、更有效。在教學中可適當通過生動具體的事實呈現(xiàn)學習情境，主要包括日常生活中所學內(nèi)容相關(guān)的化學材料、事件、經(jīng)驗，與化學有關(guān)的社會熱點問題、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題，通過圖片、流程圖、示意圖、結(jié)構(gòu)圖、模型等方式，模擬與事實事物相似的學習情境，引發(fā)聯(lián)想，增強學生的探究欲望，提高學生的求知興趣。

3.研究解題思路，幫助學生脫離“題?！?/p>

解題的一般思路和方法：讀圖審題、找準突破口、邏輯推理、檢驗驗證、規(guī)范答題。解答的關(guān)鍵是迅速找到突破口，一般從物質(zhì)特殊的顏色、特殊性質(zhì)或結(jié)構(gòu)、特殊反應(yīng)、特殊轉(zhuǎn)化關(guān)系、特殊反應(yīng)條件等角度思考。研究解題思路也可從教材出發(fā)，教材是專家、學者創(chuàng)造性的研究成果，經(jīng)過長期、反復的實踐和修訂，現(xiàn)已相當成熟，書本里蘊含著眾多科學思想的精華。據(jù)統(tǒng)計，中學化學所涉及的概念及理論大大小小共有220多個，它們構(gòu)建了中學化學的基礎(chǔ)?；靖拍罴盎纠碚摬贿^關(guān)，學習就會感到障礙重重。以教材為藍本提煉解題思路，如：對催化劑的認識，教材這樣定義：“能改變其他物質(zhì)的化學反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學性質(zhì)都不改變的物質(zhì)”，學生都能背誦，粗看不能理解其深層含義，解此類概念題也會一知半解，如果深度思考“催化劑是否參與了化學反應(yīng)？對化學反應(yīng)速率而言，‘改變一詞指加快或是減慢？化學性質(zhì)都不改變，那物理性質(zhì)會變嗎”等問題，這樣對催化劑的認識就會達到相當高的層次，對解題思維有較大幫助。對試題中許多相似、相關(guān)、相對、相依的概念、性質(zhì)、實驗等內(nèi)容，應(yīng)采用比較的方法，通過多角度、多層次的比較，明確其共性，認清其差異，掌握實質(zhì)，達到真正避免無限量、重復地刷題的目的。

（收稿日期：2021-07-25）