化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡部分考查分析及備考建議
——以2018～2022全國卷為例*

趙海雨，李艷妮，楊艷華**，李曼彎，張曼妲

(1.昆明學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650214；2.蒙自市第一高級中學(xué)，云南 紅河 661100)

“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”模塊是全國高考卷的必考知識點，在近幾年的考查中均出現(xiàn)新的考查情境，題目新穎、靈活。該模塊通?？疾榛瘜W(xué)反應(yīng)速率及計算、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素、化學(xué)平衡的建立及移動、化學(xué)平衡常數(shù)計算、化學(xué)反應(yīng)進行的方向等知識相融合的綜合考題。試卷題材來源廣泛，新穎，常與工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，不僅考查學(xué)生的理解能力，而且還考查學(xué)生有效地從文字、表達式、關(guān)系圖中提取關(guān)鍵信息進行分析和相關(guān)計算的能力。因此，該模塊對基礎(chǔ)理論知識要求高，備考過程中學(xué)生不僅要深入理解基礎(chǔ)知識，還需要進一步了解知識點考查方式，方能靈活運用知識點，提高解題的正確率及效率。

“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”為人教版(2019版)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》第二單元內(nèi)容，是高中知識中較復(fù)雜的部分，也是較關(guān)鍵部分[1]。該模塊理論知識具有微觀、抽象、專業(yè)化和理論化的特點，在教學(xué)中，缺乏直觀的教學(xué)手段和載體，對學(xué)生的抽象思維能力與邏輯能力要求頗高，而高中學(xué)生在課業(yè)壓力和學(xué)習內(nèi)容繁重的條件下，這兩方面能力鍛煉程度不夠，學(xué)習該模塊較為吃力；部分學(xué)生認為該模塊脫離生活實際，導(dǎo)致學(xué)生對該模塊知識在解決生產(chǎn)、生活問題的價值認識不普遍[2]。

在前期研究基礎(chǔ)上[3-5]，結(jié)合自身實際情況，本文統(tǒng)計分析了2018～2022全國卷的化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡考題，總結(jié)核心考點，尋找系統(tǒng)的解題思路與方法，提出備考建議，進而幫助學(xué)生有效備考，提高復(fù)習效率。

1 2018～2022全國卷考點分析

對2018～2022高考全國卷中的“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”模塊的知識點考查進行統(tǒng)計，從以下三個方面進行分析：

1.1 題型與題量

如表1所示，2018～2022年高考全國卷對“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”的考查題量相對穩(wěn)定，為一個大題，集中于非選擇題的必考題部分，題號為27題或28題，整題總分15分左右，而與化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡相關(guān)考點占10分左右，分值占比較高。其中，題量約4～7個空，題型為填空題包括填空型填空(個別文字解答)、計算型填空(需進行計算解答)、簡答型填空(需大量文字解答)。掌握題型、題量、分值，便于學(xué)生把控做題優(yōu)先順序和做題速度。

表1 2018～2022全國卷“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”題型與分值情況分析

1.2 知識點考查頻率與考點分析

如表2所示，對2018～2022年全國高考卷中的“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”部分考查各知識點的頻率進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)平衡常數(shù)的表達式及計算、轉(zhuǎn)化率的影響因素及提高轉(zhuǎn)化率的措施、平衡移動的影響因素及平衡移動的方向、三段式的應(yīng)用及圖像分析考查次頻率較高，產(chǎn)率及轉(zhuǎn)化率的計算也會經(jīng)常出現(xiàn)。

表2 2018～2022全國卷“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”知識點考查頻率分析

1.3 考查特點與考查情境

如表3所示，對2018～2022年高考全國卷的考查特點進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)：①該模塊的考查試題設(shè)計新穎，題目難度、試題知識點、綜合性、計算量、圖像信息量、靈活度均有所增加。②圖像有“積碳量-溫度/反應(yīng)時間”、“分壓/轉(zhuǎn)化率/濃度-時間”、“轉(zhuǎn)化率-溫度”、“甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)-壓強-溫度”和“物質(zhì)的量分數(shù)-溫度”等關(guān)系圖。圖像豐富、新穎、信息量大，對學(xué)生的識圖能力、讀圖能力、分析理解能力和推斷能力要求越來越高。③用三段式計算的次數(shù)有所增加，不僅包括濃度列三段式，而且還涉及用各組分的分壓、轉(zhuǎn)化率、物質(zhì)的量、物質(zhì)的量分數(shù)代替濃度列三段式進行計算，題目還會給出一些陌生的表達式，與圖像及三段式相結(jié)合進行計算。計算題型填空考查越來越靈活多變，不再是套用公式簡單計算，對學(xué)生的計算能力、分析能力、公式理解能力、知識點剖析能力、靈活運用能力、綜合能力要求越來越高。對于醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境方面的重要物質(zhì)經(jīng)?？疾樘岣咿D(zhuǎn)化率的措施或是提高化學(xué)反應(yīng)速率的措施，對學(xué)生運用知識于生活實踐的能力要求越來越高。

表3 2018-2022全國卷“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”考查情境和特點統(tǒng)計

如表3所示，對考查情境進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”部分的知識考查情境為在醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境等領(lǐng)域有著重要貢獻的化學(xué)物質(zhì)的合成與應(yīng)用，同時與科技發(fā)展前沿密切相關(guān)。

2 備考建議

2.1 串聯(lián)知識點 促進知識結(jié)構(gòu)化

思維導(dǎo)圖有利于學(xué)生思維的展開，具有激發(fā)思維、發(fā)散思維和集中思維的優(yōu)點，可以幫助學(xué)生理清各知識點的關(guān)系，在知識整理匯總的過程中既能幫助理解又能加深記憶，培養(yǎng)學(xué)生的思維習慣，復(fù)習時大大減少了枯燥乏味的文字，幫助學(xué)生高效快速理解記憶[6]。當學(xué)生接觸該模塊時，面對繁冗的概念、原理及方法，頭腦容易混亂，無法建立完整的知識網(wǎng)，導(dǎo)致學(xué)生遇到難題時，不知如何著手。因此，教師可以利用思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生將該模塊知識點的概念、原理及方法融為一體，串聯(lián)起來，進行科學(xué)組合，構(gòu)建清晰完整的知識網(wǎng)，使繁雜的知識簡單化，結(jié)構(gòu)化，進而幫助學(xué)生高效利用知識點，快速掌握該模塊，考試時減少知識點錯亂的現(xiàn)象出現(xiàn)。如圖1所示簡單化學(xué)反應(yīng)速率思維導(dǎo)圖，僅以簡單的框架結(jié)構(gòu)將知識點高度概括，便于學(xué)生復(fù)習，還可以融合學(xué)生錯題集整理相關(guān)知識內(nèi)容，拓寬思維導(dǎo)圖內(nèi)容。

圖1 化學(xué)反應(yīng)速率思維導(dǎo)圖

2.2 學(xué)會提取有效信息及微觀探究 培養(yǎng)學(xué)習方法與策略

“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”模塊的考查題中，解題所需的信息通常與大量文字、圖像以及一些從未見過的表達式相結(jié)合給出信息[6]，需要學(xué)生仔細審題，快速理解題目意圖，便于解答試卷。題目綜合性較強，學(xué)生在備考時應(yīng)該學(xué)會提取有效信息，把陌生的文字信息、表達式信息、圖像信息與知識經(jīng)驗相聯(lián)系，做到觸類旁通，有效增加題目熟悉感，增強自信心，提高做題效率[6]。同時，在學(xué)習化學(xué)知識的過程中，學(xué)生不能只停留在宏觀上，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生通過微觀探究了解化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)，要培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)的能力，讓學(xué)生從微觀角度分析各外界因素變化對化學(xué)平衡影響的實質(zhì)。在“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”模塊的復(fù)習中，不僅要求教師在教學(xué)過程中要有意識地培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，幫助學(xué)生發(fā)展思維方式，尋找解決問題的方法，有效提高學(xué)習效率，而且要求教師引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，從根本上解決問題，幫助學(xué)生更直觀的分析其影響，使學(xué)生分析知識本質(zhì)后，對知識點的理解更為透徹，對知識點的印象更為深刻[6]。學(xué)生應(yīng)該掌握的常見解題策略如下：

1)“三段式法”[7]：首先，根據(jù)題目寫出對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式；然后，按照起始、變化、平衡三段寫出各物質(zhì)對應(yīng)的物理量(不一定是濃度或者物質(zhì)的量，需根據(jù)題目找到最利于計算的物理量)；最后，根據(jù)所求的物理量，選擇合適的計算公式進行計算。

本題考查靈活運用三段式解決計算型填空題，①至⑥為三段式推導(dǎo)出的常用公式。

2) “比值法”[7]：比較化學(xué)反應(yīng)速率大小時(不同物質(zhì)之間)，轉(zhuǎn)化為比較化學(xué)反應(yīng)速率與對應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)的比值。

A、ν(A)=0.5 mol·L-1·s-1

B、ν(B)=0.8 mol·L-1·s-1

C、ν(C)=0.9 mol·L-1·s-1

D、ν(C)=1.2 mol·L-1·s-1

首先，分析題目是較可逆反應(yīng)中化學(xué)反應(yīng)速率大小的對比，采用“比值法”進行比較，v(A)/a=0.5/1=0.5、v(B)/b=0.8/2=0.4、v(C)/c=0.9/3=0.3、v(D)/d=1.2/4=0.3，由此本題化學(xué)反應(yīng)速率最快的是A。

3) “圖像分析法”：① 看關(guān)系圖中橫坐標和縱坐標分別代表的物理量；② 看關(guān)系圖中曲線的變化趨勢；③ 分析關(guān)系圖中有特殊意義的點，常見拐點、斷點，例如拐點，分析關(guān)系圖中的拐點，先出現(xiàn)拐點說明這條曲線先達到平衡，則該條線表示的數(shù)值比另一條線表示的數(shù)值大，記憶口訣“先拐先平數(shù)值大”；④ 分析輔助線。

【例3】(2022年全國甲卷，第28題第②題)在1.0×105Pa將TiO2、C、Cl2以物質(zhì)的量比1∶2.2∶2進行反應(yīng)。體系中氣體平衡組成比例(物質(zhì)的量分數(shù))隨溫度變化的理論計算結(jié)果如圖2所示。

圖2 平衡組成隨溫度變化理論計算結(jié)果示意圖

首先分析圖像中橫、縱坐標對應(yīng)的物理量，得到1400 ℃時，體系中氣體平衡組成比例CO2和CO分別是0.05和0.6，然后根據(jù)反應(yīng)式推理平衡常數(shù)的計算公式Kp(1400 ℃)=(0.6P總)2/0.05P總=(0.6×1.0×105Pa)2/(0.05×1.0×105Pa)=7.2×105Pa。

本題考查了圖像分析、平衡常數(shù)的計算、相關(guān)公式的推理，靈活運用各種解題策略。

2.3 熟記規(guī)律 輕松解題

1)根據(jù)圖像比較反應(yīng)速率大?。悍治鰣D像，化學(xué)反應(yīng)達到平衡所需的時間越短，對應(yīng)的濃度、壓強、或溫度就越大，則對應(yīng)的反應(yīng)速率越大[8]。

2)氣體反應(yīng)體系中充入“惰性氣體”(不參加化學(xué)反應(yīng)的氣體)時，對反應(yīng)速率的影響如圖3所示：

3)當某一因素變化時，平衡總是朝著抵消這種變化的方向移動。常見考點，溫度和壓力的變化對反應(yīng)速率的影響結(jié)果，如表4所示。

4)“正逆相等，變量不變”判斷平衡狀態(tài)：①“正逆相等”是指同一種物質(zhì)的正反應(yīng)的速率與逆反應(yīng)的速率相等；②“變量不變”是指一個物理量隨著化學(xué)反應(yīng)進行而改變，當該物理量不變時，化學(xué)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；如果一個物理量隨反應(yīng)的進行保持不變，則該物理量不能作為判斷化學(xué)是否平衡的依據(jù)?；瘜W(xué)平衡移動判斷的一般思路，如圖4所示[9]。

圖4 判斷化學(xué)平衡移動的一般思路圖

5)最優(yōu)化工生產(chǎn)條件的原則：① 化學(xué)反應(yīng)速率，既不能過快，也不能過慢；② 注意外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動的影響；③ 在保證質(zhì)量安全的大前提下，多采用價格低廉的可替代原料，提高昂貴原料的利用率；④ 改善工藝條件時，綜合考慮設(shè)備的承受能力；⑤ 考慮溫度對催化劑活性的影響，便于實現(xiàn)較好的催化效果。

6)用瞬時速率突破難點。近年高考題中常常會給出瞬時速率相關(guān)公式進行考查“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”，利用瞬時速率進行解題實則是打破常規(guī)的解題思路，從不同角度解題，拓展學(xué)生的思維。首先，充分理解瞬時速率的概念以及瞬時速率與各個公式中的相關(guān)物理量之間的關(guān)系；其次，利用瞬時速率相關(guān)公式理解各外界因素對反應(yīng)速率的影響；再次，利用瞬時速率理解影響平衡移動的因素及平衡移動原理；最后，利用瞬時速率理解并計算化學(xué)平衡常數(shù)[10]。

2.4 理論聯(lián)系實際，提高學(xué)習興趣

“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”這部分知識雖然理論性很強，但不僅僅是理論，而且可以為生活服務(wù)。在該模塊的復(fù)習中教師可以引導(dǎo)學(xué)生積極思考理論知識與實際生活之間可能存在的聯(lián)系，循序漸進中引導(dǎo)學(xué)生挖掘知識更深層次的社會價值。在與化學(xué)工程相關(guān)的題目中，學(xué)會分析反應(yīng)的特點，思考各因素的相互影響、討論如何趨利避害、考慮可實施性，得到最優(yōu)化的生產(chǎn)條件以提高產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率從而獲得更高的收益。通過教師一系列的引導(dǎo)讓學(xué)生感受到該模塊知識的奧妙與魅力所在，讓學(xué)生通過自己對知識的運用從而收獲成就感，達到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣的目的。

例如合成氨，利用“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”的知識選擇合成氨的條件，① 增大壓強，化學(xué)反應(yīng)速率增大，平衡正向移動，則氨的含量提高；② 升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率增大，但平衡逆向移動，則氨的含量降低；③ 使用催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率增大。綜合上述考慮，選擇10～30 MPa 的高壓、400～500 ℃ 的溫度、鐵觸媒作催化劑能夠最大限度合成氨[11]，從而解決固定氮源，從本質(zhì)上增產(chǎn)糧食，解決饑荒問題，養(yǎng)育眾多人口。諾貝爾獎曾三次授予合成氨相關(guān)研究領(lǐng)域的科學(xué)家，足以證明合成氨研究對人類生活的重要意義，所以要幫助學(xué)生掌握該模塊知識，增強學(xué)生知識來源于生活，知識又服務(wù)于生活的認知。

2.5 關(guān)注科技前沿信息，創(chuàng)設(shè)真實情境

經(jīng)過表2中考查情境的統(tǒng)計，“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”的試題情境主要是在醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境等領(lǐng)域有著重要貢獻的化學(xué)物質(zhì)的合成與應(yīng)用，同時與科技發(fā)展前沿密切相關(guān)，所以教師應(yīng)該緊跟科技、社會發(fā)展潮流，把握最新的科技前沿信息，并選擇有意義的情境融入化學(xué)復(fù)習中，更新學(xué)生的認知、開拓學(xué)生視野；學(xué)生也應(yīng)該多與老師交流，并在日常生活中多關(guān)注環(huán)境、生命、信息和能源科學(xué)、材料化學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)[12]。例如，據(jù)2019中國航空報訊：20世紀50年代以來，隨著航空航天工業(yè)的快速發(fā)展，鈦合金材料及其運用得到極大發(fā)展，因比重輕、耐熱、耐寒、韌性好鈦合金主要作為火箭、導(dǎo)彈及宇宙飛船等的結(jié)構(gòu)、容器制造材料。鈦化學(xué)活性高，在熔煉溫度下易與許多元素發(fā)生反應(yīng)，故鈦的提取相當困難[13]?；谶@樣的背景，2022年全國甲卷考查了以鈦為核心的化學(xué)知識。

【例4】(2022年全國甲卷)金屬鈦(Ti)在航空航天、醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域有著重要用途，目前生產(chǎn)鈦的方法之一是將紅金石(TiO2)轉(zhuǎn)化為TiCl4，再進一步還原得到鈦。(具體考查知識信息略)

3 總結(jié)

綜上所述，“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”模塊內(nèi)容具有復(fù)雜性、綜合性和理論性的特點。2018～2022年全國高考卷對“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”的考查主要內(nèi)容為平衡常數(shù)的表達式及計算、轉(zhuǎn)化率的影響因素及提高轉(zhuǎn)化率的措施、平衡移動的影響因素及平衡移動的方向、三段式的應(yīng)用及圖像分析等，重在考查對基礎(chǔ)知識點的掌握、計算能力、分析圖像能力等。根據(jù)統(tǒng)計分析給出備考建議，幫助學(xué)生復(fù)習該模塊知識點，真正掌握該模塊。