基于學(xué)科大概念“化學(xué)變化是有條件的”結(jié)構(gòu)化設(shè)計

北京 閆銀權(quán)

“大概念”是為解決學(xué)生知識零散、記憶缺失、缺乏深刻理解等“表層學(xué)習(xí)”問題而提出的?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》提出以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，重視以學(xué)科大概念為核心促進學(xué)科核心素養(yǎng)的落實，強調(diào)教師在組織教學(xué)內(nèi)容時應(yīng)高度重視化學(xué)知識的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，尤其是應(yīng)有目的、有計劃地進行“認識思路”和“核心觀念”的結(jié)構(gòu)化設(shè)計。高三復(fù)習(xí)教學(xué)更應(yīng)以大概念為核心，整合相關(guān)內(nèi)容，聚焦關(guān)鍵問題，培養(yǎng)思維方法，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件或原因是做題中易錯的知識點，學(xué)生對這些內(nèi)容往往存在一些認知誤區(qū)。

【例1】加熱NaI與濃H3PO4混合物可制備HI，說明H3PO4比HI酸性強。你認為合理嗎？

【例2】下列物質(zhì)與氫硫酸反應(yīng)有沉淀生成的是

( )

A.硫酸銅 B.氫氧化鈉

C.硫酸亞鐵 D.二氧化硫

。

學(xué)生在回答以上問題時會出現(xiàn)模棱兩可，不確定答案的情況。對于選定的答案不能準(zhǔn)確說出其原因，認為有的反應(yīng)違背了化學(xué)反應(yīng)規(guī)律或條件。筆者由此發(fā)現(xiàn)學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件存在認識誤區(qū)。于是筆者對高中階段化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件進行梳理，提煉出學(xué)科大概念——化學(xué)變化是有條件的，以此統(tǒng)領(lǐng)引導(dǎo)學(xué)生進行專題復(fù)習(xí)，通過診斷、剖析學(xué)生存在的誤區(qū)，使知識結(jié)構(gòu)化，形成學(xué)科大概念，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、對“強制弱”規(guī)律的認識誤區(qū)

【認識誤區(qū)】只有強可以制弱，弱不能制強，這是典型的以偏概全。只看到物質(zhì)的某個性質(zhì)，而忽略物質(zhì)的其他性質(zhì)；只想到化學(xué)反應(yīng)的一個方面，而沒有從化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的整體去考慮。

因此，要全面、正確理解“強制弱”規(guī)律，教師需引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會多角度分析物質(zhì)性質(zhì)，系統(tǒng)考慮化學(xué)反應(yīng)，才能準(zhǔn)確分析化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件。

二、對自發(fā)反應(yīng)與非自發(fā)反應(yīng)發(fā)生條件的認識誤區(qū)

【例4】判斷下列說法是否正確

1.ΔH<0，ΔS>0時，反應(yīng)可以自發(fā)發(fā)生。

2.非自發(fā)反應(yīng)不能發(fā)生。

3.非自發(fā)反應(yīng)可以通過改變條件使其成為自發(fā)反應(yīng)。

【認識誤區(qū)】(1)只要是自發(fā)反應(yīng)就可以發(fā)生。(2)只有自發(fā)的反應(yīng)才可以發(fā)生，而非自發(fā)反應(yīng)不會發(fā)生。這是將自發(fā)反應(yīng)與反應(yīng)的發(fā)生等同的錯誤認知。

總之，化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行不是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的必要條件，自發(fā)反應(yīng)也不是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的充分條件，要明確化學(xué)反應(yīng)進行的方向與化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生是兩個不同的概念。

三、對多重平行反應(yīng)發(fā)生條件的認識誤區(qū)

表1 實驗方案及現(xiàn)象

(1)實驗①向BaO2中滴加稀硫酸，出現(xiàn)白色沉淀，經(jīng)檢驗為BaSO4，說明溶解度：BaO2>BaSO4。你認為結(jié)論是否正確？若正確，說明理由；若不正確請設(shè)計實驗方案③證明BaO2和BaSO4溶解度的大小。

(2)結(jié)合實驗②可得出什么結(jié)論？

【認識誤區(qū)】學(xué)生認為(1)的結(jié)論是正確的，發(fā)生了沉淀的轉(zhuǎn)化，根據(jù)“強制弱”原理，溶解度較大的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解度較小的物質(zhì)。但只關(guān)注了多重反應(yīng)發(fā)生的可能條件之一，未關(guān)注多重條件，并未找到反應(yīng)發(fā)生的真正原因。

圖1 實驗方案③

【總結(jié)】多重平行反應(yīng)發(fā)生的條件可能也是多重的，但并不都是反應(yīng)發(fā)生的真正條件。教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析多重反應(yīng)中的“主動”反應(yīng)和“被迫”反應(yīng)，“主動”反應(yīng)具備發(fā)生的條件，是反應(yīng)發(fā)生的真原因，而“被迫”反應(yīng)是偽原因。面對問題，學(xué)生要學(xué)會通過已有知識、題設(shè)信息、對比實驗等的綜合應(yīng)用去偽存真，找到多重反應(yīng)發(fā)生的真原因。

四、對競爭反應(yīng)發(fā)生條件的認識誤區(qū)

競爭反應(yīng)可分為兩類：①體系中同種物質(zhì)(微粒)可與其他2種以上的物質(zhì)(微粒)發(fā)生反應(yīng)，則存在多種物質(zhì)反應(yīng)的競爭；②相同的反應(yīng)物，可以發(fā)生不同類型的反應(yīng)，存在不同反應(yīng)之間的競爭關(guān)系。第①類情況較為簡單，其本質(zhì)就是“強制弱”，強者先反應(yīng)，在此不做過多討論。第②類情況較為復(fù)雜，相同的反應(yīng)物可以發(fā)生多個反應(yīng)，到底發(fā)生哪個反應(yīng)？是同時都發(fā)生？還是先發(fā)生哪個？本文主要討論第②類情況。

【例6】(2019·北京卷·28改編)化學(xué)小組實驗探究SO2與AgNO3溶液的反應(yīng)。將足量SO2通入0.1 mol·L-1AgNO3溶液中。

(1)請預(yù)測SO2通入AgNO3溶液中會發(fā)生什么反應(yīng)？

(2)反應(yīng)得到無色溶液和沉淀，經(jīng)檢驗沉淀為Ag2SO3。實驗中SO2與AgNO3溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是____________________。

(4)根據(jù)上述實驗可得結(jié)論：____________________

。

【認識誤區(qū)】學(xué)生從物質(zhì)類別、價態(tài)角度分析，預(yù)測SO2通入AgNO3溶液可能發(fā)生沉淀反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)。但不知道具體發(fā)生哪個反應(yīng)，以及反應(yīng)的先后順序。學(xué)生認為既然都符合反應(yīng)發(fā)生的條件，那都有可能發(fā)生，但找不到?jīng)Q定競爭反應(yīng)發(fā)生的依據(jù)。可見學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件的認識是零散的，沒有將所學(xué)知識聯(lián)系為一個系統(tǒng)，缺乏認識競爭反應(yīng)發(fā)生條件的視角，仍按簡單反應(yīng)發(fā)生條件進行處理。

競爭反應(yīng)的發(fā)生由反應(yīng)的速率(活化能)、限度決定，速率快的反應(yīng)先發(fā)生，而最終的反應(yīng)產(chǎn)物由反應(yīng)限度決定，得到反應(yīng)限度大的反應(yīng)產(chǎn)物。

五、對協(xié)同反應(yīng)發(fā)生條件的認識誤區(qū)

【例7】(2020·北京卷·17改編)回收廢舊CPU中的單質(zhì)Au(金)，Ag和Cu。

(1)金溶于濃鹽酸、濃硝酸嗎？溶于王水嗎？為什么？

(2)用HNO3-NaCl混合液可以溶解金。①將溶金反應(yīng)的化學(xué)方程式補充完整：

(3)關(guān)于溶金的下列說法正確的是________。

A.用到了HNO3的氧化性

B.王水中濃鹽酸的主要作用是增強溶液的酸性

C.用濃鹽酸與NaNO3也可使Au溶解

【認識誤區(qū)】金是很不活潑的金屬，不溶于鹽酸、硝酸等酸，可以溶于王水，因為王水是濃鹽酸和濃硝酸的混合物，氧化性比濃硝酸強，所以可以將金氧化而溶解。

協(xié)同反應(yīng)包括耦合反應(yīng)、輔助催化、連續(xù)反應(yīng)等，反應(yīng)體系中包含2個以上反應(yīng)，它們協(xié)同“作戰(zhàn)”，可以使難以發(fā)生的反應(yīng)發(fā)生，或者加快反應(yīng)速率等。

通過以上有關(guān)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生條件的分析，教師引導(dǎo)學(xué)生逐步建立如圖2所示的認知體系，并提煉出化學(xué)學(xué)科大概念“化學(xué)變化是有條件的”。以此來加深學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)發(fā)生條件的認識，促進學(xué)生將零散的知識系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，加強對知識的理解與應(yīng)用能力，形成正確的變化觀。

圖2 “化學(xué)變化是有條件的”認知體系

化學(xué)變化是有條件的，物質(zhì)本身的性質(zhì)是化學(xué)變化的決定性條件，但其他反應(yīng)條件也至關(guān)重要。如物質(zhì)的濃度、反應(yīng)體系的酸堿性、溫度等都會影響物質(zhì)的性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。教師可引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用大概念“化學(xué)變化是有條件的”認識思路完成提升訓(xùn)練，體會化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件在高考中的考查。

【提升訓(xùn)練】

1.下列溶液中通入SO2一定不會產(chǎn)生沉淀的是

( )

A.Ba(OH)2B.Ba(NO3)2

C.Na2S D.BaCl2

。

有何啟示？

3.工業(yè)上可由磷精礦濕法制備磷酸。已知：溶解度Ca5(PO4)3(OH)

。

4.探究Cu與濃鹽酸能否發(fā)生反應(yīng)。

(1)Cu與濃鹽酸能發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣嗎？為什么？

(2)如表2所示進行實驗[硫酸與濃鹽酸中c(H+)接近]。

表2 探究Cu與濃鹽酸的反應(yīng)條件

a.丙中氣球變鼓是因為生成了________氣體(填化學(xué)式)。

b.經(jīng)檢測，丙中反應(yīng)后溶液中存在[CuCl4]3-。分析丙中反應(yīng)能夠發(fā)生的原因：

。

5.(2021·北京市學(xué)業(yè)水平等級性考試·19節(jié)選)(4)Ag分別與1 mol·L-1的鹽酸、氫溴酸和氫碘酸混合，Ag只與氫碘酸發(fā)生置換反應(yīng)，試解釋原因：

。

6.(2021·浙江省1月選考·29)“氯堿工業(yè)”以電解飽和食鹽水為基礎(chǔ)制取氯氣等產(chǎn)品，氯氣是實驗室和工業(yè)上的常用氣體。請回答：

。

(2)工業(yè)上，常采用“加碳氯化”的方法以高鈦渣(主要成分為TiO2)為原料生產(chǎn)TiCl4，相應(yīng)的化學(xué)方程式為

結(jié)合數(shù)據(jù)說明氯化過程中加碳的理由：

。

【參考答案】1.D

2.> 溶液的酸堿性不同 物質(zhì)氧化性的強弱與體系的酸堿性(環(huán)境)有關(guān)，有時酸堿性對物質(zhì)氧化性的強弱可起到?jīng)Q定性作用

3.< 強酸制弱酸[因為溶解度：Ca5(PO4)3(OH)

4.(1)不能，在金屬活動性順序中，Cu位于H之后