以真實情境為載體、學科關(guān)鍵能力為導(dǎo)向的試題命制
——以2022年1月浙江省普通高校招生選考科目考試化學第29題為例

河北 李 暢 韓汝彩

(作者單位：河北衡水中學)

從2020年開始，浙江省高考將學業(yè)水平考試與選考科目考試功能分開，在選考試題中，充分體現(xiàn)了穩(wěn)中有變的命題特點。試題以元素化合物相關(guān)知識為載體，突出對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、化學反應(yīng)原理以及基本實驗操作等化學核心內(nèi)容的考查，問題設(shè)置在考查基礎(chǔ)性的同時，也向?qū)W生展示了實際問題的綜合性及化學知識的應(yīng)用性，使其感受到化學的魅力，引導(dǎo)學生更廣泛、更深入地了解化學。因此，教師在進行模擬題命制時，要關(guān)注高考試題的考查方式、考查內(nèi)容以及考查角度，挖掘?qū)W科前沿文獻素材進行原創(chuàng)試題研究，潛心凝練教學內(nèi)容與試題考查的主題。本文以2022年1月浙江選擇性考試第29題為模板，進行模擬題命制，展示命題思路如何呼應(yīng)高考試題評價和考查主題，以期給廣大教師提供一些命題啟示。

一、浙江選考題再現(xiàn)及分析

1.選考題再現(xiàn)

(2022·浙江1月選考·29)工業(yè)上，以煤炭為原料，通入一定比例的空氣和水蒸氣，經(jīng)過系列反應(yīng)可以得到滿足不同需求的原料氣。請回答：

(1)在C和O2的反應(yīng)體系中：

①設(shè)y=ΔH-TΔS，反應(yīng)1、2和3的y隨溫度的變化關(guān)系如圖1所示。圖中對應(yīng)于反應(yīng)3的線條是________。

圖1

②一定壓強下，隨著溫度的升高，氣體中CO與CO2的物質(zhì)的量之比________。

A.不變 B.增大 C.減小 D.無法判斷

工業(yè)生產(chǎn)水煤氣時，通常交替通入合適量的空氣和水蒸氣與煤炭反應(yīng)，其理由是______________________。

①一定溫度下，反應(yīng)后測得各組分的平衡壓強(即組分的物質(zhì)的量分數(shù)×總壓)：p(CO)=0.25 MPa、p(H2O)=0.25 MPa、p(CO2)=0.75 MPa和p(H2)=0.75 MPa，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K的數(shù)值為________。

②維持與題①相同的溫度和總壓，提高水蒸氣的比例，使CO的平衡轉(zhuǎn)化率提高到90%，則原料氣中水蒸氣和CO的物質(zhì)的量之比為________。

③生產(chǎn)過程中，為了提高變換反應(yīng)的速率，下列措施中合適的是________。

A.反應(yīng)溫度愈高愈好 B.適當提高反應(yīng)物壓強

C.選擇合適的催化劑 D.通入一定量的氮氣

④以固體催化劑M催化變換反應(yīng)，若水蒸氣分子首先被催化劑的活性表面吸附而解離，能量—反應(yīng)過程如圖2所示。

圖2

用兩個化學方程式表示該催化反應(yīng)歷程(反應(yīng)機理)：

步驟Ⅰ：______________________；

步驟Ⅱ：______________________。

【參考答案】(1)①a；②B

(2)水蒸氣與煤炭反應(yīng)吸熱，氧氣與煤炭反應(yīng)放熱，交替通入空氣和水蒸氣有利于維持體系熱量平衡，保持較高溫度，有利于加快化學反應(yīng)速率

2.選考題分析

化學反應(yīng)原理題的常規(guī)考點主要包括化學反應(yīng)中的能量變化、化學反應(yīng)速率及化學平衡條件選擇、化學平衡常數(shù)的計算、反應(yīng)歷程分析等?？疾槟芰χ饕婕白x圖析圖能力、文字敘述、數(shù)學運算等。綜合來說，試題的信息呈現(xiàn)形式多樣化，重點考查學生利用所學的化學反應(yīng)原理知識分析解決實際問題的能力，突出關(guān)注學生“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”的化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展與落實。

二、模擬題命制及命制思路

1.模擬題、答案及解析

甲醇是結(jié)構(gòu)最簡單的飽和一元醇，被認為是重要的能源，在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織以及運輸?shù)刃袠I(yè)均有廣泛的應(yīng)用。因此，合成甲醇的研究備受關(guān)注。利用CO2羰基化合成甲醇，是實現(xiàn)“碳中和”、“碳達峰”的重要途徑，合成路徑如圖3所示。請回答：

圖3

(1)由圖3可知，CO(結(jié)構(gòu)式為C≡O(shè))為原料也可以合成甲醇，其中一種路徑分兩步完成，請寫出相應(yīng)的化學反應(yīng)方程式

步驟Ⅰ：______________________；

步驟Ⅱ：______________________。

(2)經(jīng)查閱資料可知，CO2合成甲醇反應(yīng)的能量路徑示意圖如圖4所示：

圖4 CO2合成甲醇反應(yīng)能量路徑示意圖

①則CO2合成甲醇的總反應(yīng)方程式的ΔH=________。

②一定壓強下，隨著溫度的升高，CO2合成甲醇的平衡常數(shù)K的變化趨勢為________。

A.不變 B.增大 C.減小 D.無法判斷

①一定溫度下，在密閉容器中只進行此反應(yīng)，若反應(yīng)后測得各組分的體積分數(shù)：x(CO)=0.2、x(H2O)=0.2、x(CO2)=0.3和x(H2)=0.3，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K的數(shù)值為________。

②維持與題①相同的溫度和總壓，提高水蒸氣的比例，使CO的平衡轉(zhuǎn)化率提高到80%，則原料氣中水蒸氣和CO的物質(zhì)的量之比為________。

(4)已知在2.0 MPa、240℃條件下，催化劑性能與合成甲醇的原料氣組成的關(guān)系如表1所示。

表1 催化劑性能與原料氣組成的關(guān)系

由表中數(shù)據(jù)可知，原料氣中隨著CO含量的增加，甲醇選擇性顯著提高但二氧化碳轉(zhuǎn)化率顯著下降，試分析可能原因______________________。

(2)-122.8 kJ·mol-1；C

(3)2.25；20∶9

(4)一方面CO占據(jù)催化劑表面的活性位點，該活性位點可能是逆水煤氣變換反應(yīng)作用的活性位點，使二氧化碳轉(zhuǎn)化率下降，從而使甲醇的選擇性提高；另一方面CO在催化劑作用下與氫氣反應(yīng)生成甲醇使甲醇的產(chǎn)率提高

【命題意圖】本題考查化學反應(yīng)原理?？疾榛瘜W方法及分析能力；考查宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。

2.命制思路

近年來，《中國高考評價體系》要求高考試題的命制要更加關(guān)注情境素材的內(nèi)部優(yōu)化以及關(guān)鍵能力的全面考查，更加注重學生核心素養(yǎng)的落實。上述試題正是基于《中國高考評價體系》要求的命題案例，筆者總結(jié)了以下幾點命題思路供廣大教師們參考。

2.1 選取真實的情境素材，正向引導(dǎo)教學方向

本題選用二氧化碳合成甲醇的真實化學工藝理論計算及實驗實施，該素材整合了理論角度的合成路徑分析，從能量角度、斷鍵角度以及中間產(chǎn)物和副反應(yīng)發(fā)生的可能性進行了理論計算，又結(jié)合具體的實驗過程，通過控制溫度、投料比、壓強等影響因素進行實驗，得出符合工業(yè)生產(chǎn)的最佳實驗條件。既有理論性的計算數(shù)據(jù)作為方向指導(dǎo)，又有真實可操的實驗數(shù)據(jù)作為支撐，保證了素材的真實性及科學性，同時又展示了我國科研工作者在“碳達峰”“碳中和”方面做出的努力和貢獻，激發(fā)學生對化學學科的學習興趣。新穎而真實的情境素材設(shè)置有利于考查學生的創(chuàng)新性思維以及信息轉(zhuǎn)化能力，有利于引導(dǎo)教師教學向素養(yǎng)視域下的教學方向轉(zhuǎn)變。筆者從模擬題的情境內(nèi)容屬性、情境呈現(xiàn)形式及情境熟悉度等角度進行統(tǒng)計，具體見表2。

表2

2.2 圖表信息再加工，完善試題呈現(xiàn)方式

文獻中的圖像往往需要加工后，才能符合高中學生的認知特點，與高中化學知識、能力、素養(yǎng)考查相匹配。因此，教師在命制試題時需有效捕捉素材中的可用信息，將關(guān)鍵步驟的產(chǎn)物及能量變化轉(zhuǎn)換成清晰簡潔、指向性明確的圖表信息，這是原創(chuàng)試題命制的關(guān)鍵步驟。筆者以2021年11月發(fā)表在《廣州化工》上的文獻《CO/CO2羰基化合成甲醇的理論研究》為重點參考文獻，選取了其中CO/CO2羰基化合成甲醇的反應(yīng)機理圖，以及CO2合成甲醇反應(yīng)能量路徑示意圖，刪減了其中的路徑表示以及復(fù)雜的計算數(shù)據(jù)；另外，筆者還選取了發(fā)表于《分子催化》第12卷第3期的《提高CO2加氫合成甲醇選擇性的研究》中催化劑性能與原料氣組成的關(guān)系圖表，刪減了表中字母符號的表示，改編為文字敘述，以便于學生理解和分析實驗數(shù)據(jù)。

2.3 設(shè)置梯度性問題，重視進階式考查

這一階段最重要的是教師要明確《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)中在化學反應(yīng)原理部分對學生的必備知識、關(guān)鍵能力以及學科素養(yǎng)的考查要求，然后根據(jù)高考試題中的高頻考點進行歸納。模擬題對學生的必備知識、關(guān)鍵能力、學科素養(yǎng)以及考查要求分析如表3所示。

表3

模擬題在核心考點的問題設(shè)置，盡量與高考題的考查內(nèi)容一致，但考查方向和設(shè)問角度略有不同?？疾樯疃葟牡碗A思維——分析圖像獲得答案，到高階思維——結(jié)合圖像及數(shù)據(jù)分析并加工成文字敘述表達出來，緊扣學科素養(yǎng)和關(guān)鍵能力，建立起新舊知識之間的聯(lián)系，實現(xiàn)多模塊的綜合考查，增強學生分析問題、解決實際問題的能力。

三、命題感悟及教學建議

《課程標準》在教學與評價建議中強調(diào)“教—學—評”一體化，充分發(fā)揮評價促進學生化學學科核心素養(yǎng)全面發(fā)展的功能。筆者從評價的角度，以浙江省選考試題為研究背景，以模擬題命制為切入口，探討“教—學—評”一體化教學理念下的化學反應(yīng)原理的教學。

堅持理論聯(lián)系實際，教師需真正從真實情境出發(fā)，促進學生化學學科知識的遷移和能力的發(fā)展?；瘜W是一門自然科學，更是一門與社會、生產(chǎn)、生活息息相關(guān)的學科。教師在進行教學活動時要努力實現(xiàn)從生活和生產(chǎn)的角度進行教學，打破課堂與實際生活的界限，培養(yǎng)學生從實際生活生產(chǎn)中抽取化學模型的能力，加強學生理論聯(lián)系實際的能力，縮短理論知識與實際實踐操作之間的距離，讓學生真正體會化學學以致用的魅力。

凝練學科核心素養(yǎng)，注重對學生關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，凸顯學科的育人價值。筆者通過對高考試題的研究發(fā)現(xiàn)，試題的命制往往既有創(chuàng)新又有傳承，高考試題也會對往屆試題或模擬試題結(jié)合社會熱點進行重新包裝和加工，進行深度的挖掘和拓展。因此教師在進行化學反應(yīng)原理部分的教學過程中，研究高考題及模擬題，并針對已有素材進行不同角度的改編，引導(dǎo)學生在“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”等核心素養(yǎng)方面增加思維認知的維度、拓展認識的深度，將所學知識靈活自如的應(yīng)用到實際問題的解決中，將會使高三備考更有針對性。