促进深入理解,提升核心素养

2016-12-19广东刘英琦

高中数理化 2016年23期

◇ 广东刘英琦

促进深入理解,提升核心素养

◇ 广东刘英琦

知识的理解由浅入深有4个层次:经验性理解、本质性理解、结构化理解和观念文化性理解.有人说,忘记了所学的全部知识,留下来的就是“素养”.这个留下来的“素养”,简单说主要就是学科的思想、观点和方法.化学核心素养包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任.显然,促进知识的深入理解(注意:不是增加知识的难度,而是不断达到知识理解的深层次.),有利于提高知识的理解和运用水平,有利于提升学科核心素养.近年高考在考查基本知识、基本技能的同时,加大了对学科思想、观点和方法的考核力度,本文以高考真题为例对此略作分析.

例1 (2015年全国卷)化学与生活、社会密切相关,下列说法不正确的是( ).

A 利用太阳能等清洁能源代替化石燃料,有利于节约资源、保护环境;

B 凡含有食品添加剂的食物对人体的健康有害,不可食用;

C 为防止电池中重金属等污染土壤和水体,应该积极开发废电池的综合利用技术;

D 提倡购物时不用塑料袋,是为了防止白色污染

分析这是一道比较简单的题,但学生仍需要具备一定的学科思想、观点和方法,比如能正确看待化学的成分和作用(不是所有的食品添加剂都是对人体健康有害的),具有综合利用的学科思想,能积极关注社会生产中实际问题的解决,有科学精神和社会责任.

例2 图1是一种航天器能量储存系统的原理示意图,下列说法正确的是( ).

图1

A 该系统中只存在3种形式的能量转化;

B 装置Y中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－;

C 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生;

D 装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放,并能实现化学能与电能间的完全转化

分析本题是中等难度题.解答本题一方面需要对题目达到整体的、结构化的理解,理清题中各部分的关系(装置中太阳能、电能、化学能和机械能之间的相互转化),并明确题目中隐含的关于实际问题(航天器能量储存)的解决方法;另一方面,考生在平常的学习中需要达到结构化理解、观念文化性理解水平.唯有这样,才能对题目进行整体的、深入的宏观辨识与微观探析,敏捷洞察出装置X和Y实际上是存储了部分太阳能和电池产生的电能.正确答案为C.

例3 (2016年浙江卷)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一.研究表明,在Cu/ ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生2个平行反应,分别生成CH3OH和CO,热化学方程式如下:

某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得数据见表1.

表1

【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比.

已知:ⅰ)CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0和－285.8kJ·mol－1;ⅱ)H2O(l)＝H2O (g) ΔH3＝44.0kJ·mol－1.

请回答(不考虑温度对ΔH的影响):

(1)反应①的平衡常数表达式K＝________;反应②的ΔH2＝________kJ·mol－1.

(2)有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率措施有( ).

A 使用催化剂Cat.1;

B 使用催化剂Cat.2;

C 降低反应温度;

D 投料比不变,增加反应物的浓度;

E 增大CO2和H2的初始投料比

(3)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是________.

(4)分别画出反应I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2这3种情况下“反应过程-能量”示意图.

(5)研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在________极,该电极反应式是________.

分析 CO2的捕集利用技术是当今世界各国研究的一个重点.解答本题首先需要对题目有整体的、深入的理解,理清各变量的相互关系,明确题目问题解决的特点和要求,其次还要对化学平衡、反应热、反应速率、催化剂作用、电解池原理及其相关技能、方法有结构化的理解,能从学科思想、观念、方法来理解和分析问题,这样才能使问题迎刃而解.比如问题(3)曾使不少考生陷入困惑,因为从表面数据看,催化剂影响了CO2的转化率,这和化学平衡原理是相矛盾的.再如问题(5)电解生成甲醇的反应式的建构,对不少学生也是难点,如果在平常学习中对知识达到深入理解的层次,就不难基于证据推理与模型认知,作出正确解答.

(2)C、D.

(3)表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应①的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响.

(4)见图2.

图2

(5)阴;CO2＋ 6H＋＋6e－＝CH3OH＋H2O.

例4 (2015年全国卷)二氧化氯(ClO2,黄绿色、易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂,回答下列问题:

(1)工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2,该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为________;

(2)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料,通过图3过程制备ClO2:

图3

ⅰ)电解时发生反应的化学方程式为________;

ⅱ)溶液X中大量存在的阴离子有________;

ⅲ)除去ClO2中的NH3可选用的试剂是( ).

A 水; B 碱石灰;

C 浓硫酸; D 饱和食盐水

(3)用图4装置可测定混合气中ClO2的含量:

图4

①在锥形瓶中加入足量的碘化钾,用50mL水溶解后,再加入3mL稀硫酸;②在玻璃液封装置中加入水,使液面没过玻璃液封管的管口;③ 将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收;④将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中;⑤用0.1000mol·L－1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液指示剂显示终点时共用去20.00mL硫代硫酸钠溶液.

ⅰ)锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为________;

ⅱ)玻璃液封装置的作用是________;

ⅲ)⑤中加入的指示剂通常为________,滴定至终点的现象是________;

ⅳ)测得混合气中ClO2的质量为________g;

(4)用ClO2处理过的饮用水会含有一定量的亚氯酸盐.若要除去超标的亚氯酸盐,下列物质最适宜的是( ).

A 明矾; B 碘化钾;

C 盐酸; D 硫酸亚铁;

分析这是一道综合性较强的工业制备题,涉及元素化合物、物质制备、中和滴定、物质组成探究和含量测量、氧化还原反应、离子反应、电解反应、化学计算、实验探究等一系列知识及其相互关系,需要基于知识的深入理解,有很强的宏观辨识与微观探析、变化观念、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识能力.

答案 (1)2∶1.

ⅱ)Cl－、OH－;ⅲ)c.

(3)ⅰ)2ClO2＋10I－＋8H＋＝2Cl－＋5I2＋4H2O;

ⅱ)吸收残留的ClO2气体(避免碘的逸出);