高考化學反應(yīng)原理綜合試題分析與解題策略

于永卿

(安徽省利辛縣第十中學)

化學反應(yīng)原理的知識點常在高考中多角度呈現(xiàn),雖然單個知識點的難度不高,但綜合后難度會呈螺旋式上升。例如在2022年全國乙卷的28題中,就以H2S的回收處理與應(yīng)用為背景考查了平衡移動的原理,但考查的方式是對平衡轉(zhuǎn)化率變化的原因分析,將難度提高了。本文是在對近五年全國卷的化學高考試題研究分析的前提下,同時又調(diào)研了2 000名不同學習程度學生的基礎(chǔ)上完成的,在幫助學生規(guī)避常規(guī)錯誤、優(yōu)化解題策略方面提出了建設(shè)性意見,并構(gòu)建出相關(guān)的解題模型。

一、近五年全國卷化學反應(yīng)原理綜合試題考查統(tǒng)計

表1是近五年在全國卷中化學反應(yīng)原理綜合試題的考查背景與知識點。

表1

二、試題特點及考查特點分析

(一)試題特點

從試題背景來看,近五年化學反應(yīng)原理綜合題考查形式相近,雖然試題的背景素材不斷變化,考查形式不斷創(chuàng)新,但通常都是以化工生產(chǎn)中所涉及的化學反應(yīng)為背景,也會涉及當前的熱點問題。如2021年全國甲卷28題中的CO2催化加氫合成甲醇,就對應(yīng)了“碳中和”;也有經(jīng)典化工生產(chǎn)流程的新考法,如2019年全國Ⅰ卷的水煤氣變換反應(yīng)的使用;或者是常規(guī)情境下化學反應(yīng)的改進使用,如2022年全國乙卷中的硫化氫的回收利用。

從考查范圍來看,化學反應(yīng)原理綜合試題中的考查范圍非常廣,主要考查了反應(yīng)焓變的計算、平衡移動原理綜合應(yīng)用、平衡轉(zhuǎn)化率及化學反應(yīng)速率的計算、分壓及分壓化學平衡常數(shù)的計算、圖像分析等。將化學熱力學與化學動力學進行了有機結(jié)合,既是對基礎(chǔ)知識的考查,也是對綜合應(yīng)用能力的考查,還綜合考查了學生識圖、計算和文字表達等方面的能力。旨在區(qū)分考生能否把綜合題拆解成若干個較獨立的小問題,拆分以后明確了相應(yīng)考點,難度就會隨之降低,充分體現(xiàn)了“證據(jù)推理與模型認知” “變化觀念與平衡思想” “科學探究與創(chuàng)新意識”等化學學科核心素養(yǎng)。

(二)考查特點

通過分析近五年全國卷化學反應(yīng)原理綜合試題,發(fā)現(xiàn)有以下考查特點:

1.題型難度變化平穩(wěn)

全國卷的化學反應(yīng)原理綜合試題在分數(shù)、考查方式和具體知識點方面來看變化是比較平穩(wěn)的。具體試題中涉及陌生信息的應(yīng)用相對較少,題目中涉及的圖像分析問題一般都是一個,難度也不算大。比如2022全國乙卷28題中的第(4)問,只是考查了曲線的判斷。與之相關(guān)的原因分析的題目,注重文字的表達,要求學生能根據(jù)一定的試題背景,組織化學語言,科學、規(guī)范地回答相應(yīng)問題。盡管不具備什么規(guī)律,但模式固定不變,無外乎是關(guān)于速率、轉(zhuǎn)化率的分析。有關(guān)計算的題目,雖然有復(fù)雜性難度卻不高,主要考驗的是學生的耐心與細心程度,設(shè)問數(shù)量基本在3個空,一般涉及ΔH、Kp、轉(zhuǎn)化率三個方面。總而言之,全國卷在該題的結(jié)構(gòu)和難度方面沒有太大的“浮動”。

2.重視基礎(chǔ)知識及應(yīng)用的考查

化學反應(yīng)原理綜合題考查知識的基礎(chǔ)性比較強,包含焓變的計算,化學反應(yīng)速率的計算、比較和影響因素的判斷,化學反應(yīng)平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡移動的影響因素,轉(zhuǎn)化率、壓強平衡常數(shù)計算等,所考知識的原型都可以在教材中尋得痕跡,屬于基礎(chǔ)知識范圍。例如2020年全國Ⅰ卷的28題中以接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序為背景,試題的(2)(3)兩問中就分別考查了轉(zhuǎn)化率、轉(zhuǎn)化率的影響因素、壓強及壓強平衡常數(shù),同時給了信息說明。在第(4)問中圍繞著速率變化的實際情況展開原因分析,主要考查了學生對基礎(chǔ)知識的掌握和應(yīng)用,旨在用化學知識處理工業(yè)所遇到的問題,體現(xiàn)學以致用、理論聯(lián)系實際的思路。在其他年份的不同考卷中通常還會涉及該如何提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品的產(chǎn)率及如何控制生產(chǎn)成本等問題。

3.重視對數(shù)據(jù)、圖像的分析和處理能力的考查

這類題目需要從圖像或者圖表中解讀出有效信息,對思維能力的要求相對比較高,要求學生能通過閱讀圖形和表格,提取相關(guān)的解題信息,再通過對圖像中的符號、數(shù)據(jù)、曲線變化特點等信息進行分析和整理,并結(jié)合已有的解題模型和化學理論知識,推理得出相應(yīng)的結(jié)論,并能對具體的問題給出合理的解釋。近五年的試題中全國卷都有涉及,比如2021年全國甲卷的第28題中對“等壓過程曲線的判定和原因分析”的考查、2020年全國Ⅲ卷第28題中對“物質(zhì)變化曲線判定”的考查、2019年全國Ⅰ卷第28題中對“物質(zhì)壓強變化曲線判定”的考查等,借以實現(xiàn)對學生化學學科核心素養(yǎng)的全面考查,也是對學生思維能力的高階考查。在整體試題容量和難度的控制下,此類題目雖然有一定的難度,但不是沒有線索?！岸聪け举|(zhì)、逐個擊破”是解決問題的錦囊妙計。

4.重視對計算能力的考查

化學反應(yīng)原理綜合試題中必然涉及化學計算過程,而計算則是對化學公式和邏輯思維的考查,是一個嚴密的數(shù)據(jù)推導過程,引導學生看待問題從定性的角度向定量的角度轉(zhuǎn)變。例如通過平衡常數(shù)的計算可以引導學生更好地理解化學反應(yīng)的限度,以便更好地建立看待化學問題的“平衡觀”,比如2022年全國乙卷第28題第(3)問中壓強平衡常數(shù)的計算,第(4)問中分壓的平均變化率的計算。同時,在計算中還能實現(xiàn)對學生能力的全面考查,比如通過對焓變的計算考查了學生的數(shù)據(jù)處理能力;依托化學平衡常數(shù)的計算和轉(zhuǎn)化率的計算考查了學生的邏輯推理能力。不同的計算題型考查的角度是不同的,不太熟練的同學,在臨場時計算的速度和準確度可能會有所下降。

三、學生的錯因分析

為了更準確地掌握學生對化學反應(yīng)原理基礎(chǔ)知識的掌握情況及應(yīng)對高考化學反應(yīng)原理綜合試題的能力,設(shè)計了本次的高考化學反應(yīng)原題綜合試題解題情況調(diào)查。同時,為了更清晰地掌握學生丟分的原因,也對學生的解題思路進行了調(diào)查。調(diào)查的目的是通過調(diào)研,能對學情有更好的掌握,為針對性的解題策略的推行打下基礎(chǔ)。

本次調(diào)研選擇了三個不同層次高中的高三學生,共計2 000名,分發(fā)試題2 000份,回收試題 2 000份。分發(fā)的試題是2022年全國乙卷中的第28題,該化學反應(yīng)原理綜合試題的分值是15分,共計4小題9個空,試題如下:

28.(15分)油氣開采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含有的硫化氫,需要回收處理并加以利用?；卮鹣铝袉栴}:

(1)已知下列反應(yīng)的熱化學方程式:

(2)較普遍采用的H2S處理方法是克勞斯工藝。即利用反應(yīng)①和②生成單質(zhì)硫。另一種方法是利用反應(yīng)④高溫熱分解H2S。相比克勞斯工藝,高溫熱分解方法的優(yōu)點是________________,缺點是________________。

(3)在1 470 K、100 kPa反應(yīng)條件下,將n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合氣進行H2S熱分解反應(yīng)。平衡時混合氣中H2S與H2的分壓相等,H2S平衡轉(zhuǎn)化率為________,平衡常數(shù)Kp=________kPa。

(4)在1 373 K、100 kPa反應(yīng)條件下,對于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19 的H2S-Ar混合氣,熱分解反應(yīng)過程中H2S轉(zhuǎn)化率隨時間的變化如圖所示。

①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡轉(zhuǎn)化率________,理由是____________________________________。

②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9對應(yīng)圖中曲線________,計算其在0～0.1 s之間,H2S分壓的平均變化率為________kPa·s-1。

得分統(tǒng)計如表2所示:

表2

通過對結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn),三個層次的學生得分率相差較大,無論是哪個題目都沒有百分之百的得分率,通過與學生的談話將具體的丟分原因歸類如下:

1.基礎(chǔ)知識方面存在馬虎和遺忘的現(xiàn)象。以本次調(diào)查的焓變計算為例,主要考查的是蓋斯定律的使用,普通班的學生存在概念不清的情況,對于由已知熱化學方程式求解未知焓變值的方法掌握的不牢固;實驗班和重點班的學生則存在符號錯誤的情況,除此之外,平常考試的熱化學方程式書寫也會有一些小錯誤。

3.計算能力方面邏輯思維有欠缺。首先是K值(K、Kp、Kx)的形式多變,單位的不一致性易造成錯誤,其次是多重平衡體系加大了試題的難度。比如在本題中的第(3)問中的計算。在恒溫、恒壓下,對于Δn≠0的反應(yīng),Kc、Kp計算有時很麻煩。因為要維持恒壓,加入某氣體物質(zhì)時體系的體積就一定會變。而體積一變,所有物質(zhì)的濃度及分壓就都會隨之改變。這里歸根到底還是三段式的使用,在計算了轉(zhuǎn)化率后,平衡常數(shù)也能迎刃而解。但是有相當一部分學生由于沒有解題思路,丟分也就自然而然了。

四、解題策略分析

俗話說:“知己知彼,百戰(zhàn)不殆”,縱觀近年來的高考化學試題,不難發(fā)現(xiàn)有些考點經(jīng)久不衰,幾乎成為每年高考必考,有些考點則在不斷更新。在總結(jié)出學生錯因的前提下,對應(yīng)的解題策略也就應(yīng)運而生。

從學生學習方面來說,學生是學習的主體,要想有效地解決化學反應(yīng)原理綜合試題,就必須做到有效的學習,針對基礎(chǔ)知識點不眼高手低,一輪復(fù)習中不留知識盲區(qū)。其次就是形成從“理清研究對象”到“關(guān)注反應(yīng)體系”,進而“判定反應(yīng)特點”,最后是“分析圖像變化”的解題思路,最終構(gòu)建解題的模型,以K值的計算模型為例:

(一) 一般模型

(二) Kp計算基本模型

從教師教學方面來說,在進行化學反應(yīng)原理備考復(fù)習過程中,應(yīng)該引導學生做好以下幾個方面:

1.在基礎(chǔ)知識方面

①掌握利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱的方法,能利用化學鍵計算反應(yīng)熱,會分析反應(yīng)熱有關(guān)圖像;

②掌握外界條件對化學反應(yīng)速率和化學平衡的影響,熟練掌握化學反應(yīng)速率和化學平衡常數(shù)有關(guān)計算;

③對多步連鎖反應(yīng)、速率方程、活化能等拓展知識,做適當訓練;

④加強解題能力訓練,具備識圖能力,分析圖形變化,正確理解題意,能利用規(guī)范語言正確回答問題。

2.在熱點信息方面準確把握高考熱點

高考熱點通常與新興科技有關(guān),是在高考試題中經(jīng)常出現(xiàn)的重要考點,在進行高考復(fù)習時,可以通過分析高考試題的變化,預(yù)測高考的趨勢及試題的載體,充分掌握高考熱點。高考重點考什么,我們就要重點復(fù)習什么,不能不分主次,搞平均分配。關(guān)注高考熱點,不是放棄冷點,而是將有限的時間,合理分配,適當安排,有的放矢,重點突破,這樣就可以做到把好鋼用在刀刃上,達到精準高效備考的目的。

五、結(jié)束語