构建学科思维模型 破解元素化合物试题

陕西

元素化合物知识是中学化学的基本知识，是化学学科学习的基础，也是认识化学物质、解决化学问题的一条重要途径。这部分内容既是教学的重点，也是考试的难点。为了让学生在高考中取得良好的成绩，大多数学校采用“教师详细知识归纳+学生大量习题训练”的模式进行“地毯式复习”，教师虽然教的非常“卖力”，学生学的也十分“用心”，但教学的有效性不容乐观，在考场上学生仍然面临两种困境：一是知识零散繁多，难以有效提取；二是试题情境中物质转化复杂，不知应从何处入手进行分析。反思这种教学困境，笔者试图通过构建科学的思维模型，优化学生的思维方式，依托高考化学试题，帮助学生有效复习元素化合物知识。

一、构建研究无机物性质的思维模型

《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)对必修课程“主题2：常见的无机物及其应用”的学业要求从6个方面进行了规定。第3条指出：“能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。”第4条指出：“能利用典型代表物的性质和反应，设计常见物质制备、分离、提纯、检验等简单任务的方案。能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化路径。”这两条学业要求正是基于高中学生的化学学科核心素养发展要求，为教师和学生明确指出学习和认识无机物的核心方法，即具备“研究无机物性质的角度和思路方法”的思维模型，可用图1来具体表示。

图1 研究无机物性质的思维模型

因此，在复习元素化合物知识时，教师应在《课程标准》的指引下，以“研究无机物性质的思维模型”为要点，努力缩小无机物的教学现状与课程标准要求之间的差距，有意识地引导学生从复分解反应角度和氧化还原角度了解每一种典型物质的性质，不断强化物质分类及氧化还原的功能化教学，帮助学生逐步形成认识和研究物质性质的思维模型，有效提升学生的化学学科核心素养。

二、运用思维模型破解元素化合物试题

【例1】(2018·北京卷·11)测定0.1 mol·L-1Na2SO3溶液先升温再降温过程中的pH，数据如下。

时刻①②③④温度/℃25304025pH9.669.529.379.25

实验过程中，取①④时刻的溶液，加入盐酸酸化的BaCl2溶液做对比实验，④产生白色沉淀多。下列说法不正确的是

( )

D.①与④的Kw值相等

【答案】C

图2 认识Na2SO3性质的思维模型

【例2】(2019·北京卷·28)化学小组实验探究SO2与AgNO3溶液的反应。

(1)实验一：用如图3装置(夹持、加热仪器略)制备SO2，将足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反应，得到无色溶液A和白色沉淀B。

图3

①浓H2SO4与Cu反应的化学方程式是

____________________。

②试剂a是________。

(2)对体系中有关物质性质分析得出：沉淀B可能为Ag2SO3、Ag2SO4或二者混合物。(资料：Ag2SO4微溶于水；Ag2SO3难溶于水)

实验二：验证B的成分

①写出Ag2SO3溶于氨水的离子方程式：

____________________。

②加入盐酸后沉淀D大部分溶解，剩余少量沉淀F。推断D中主要是BaSO3，进而推断B中含有Ag2SO3。向滤液E中加入一种试剂，可进一步证实B中含有Ag2SO3。所用试剂及现象是。

途径1：实验一中，SO2在AgNO3溶液中被氧化生成Ag2SO4，随沉淀B进入D。

①向溶液A中滴入过量盐酸，产生白色沉淀，证明溶液中含有________；取上层清液继续滴加BaCl2溶液，未出现白色沉淀，可判断B中不含Ag2SO4。做出判断的理由：。

②实验三的结论：。

(4)实验一中SO2与AgNO3溶液反应的离子方程式是______________________________。

(6)根据上述实验所得结论：。

【分析】教师引导学生结合已学知识构建出图4所示认识SO2(H2SO3)性质的思维模型。再从物质类别和氧化还原角度出发，引导学生结合题给信息构建出图5所示认识Ag+的性质的思维模型。

图4 认识SO2(H2SO3)性质的思维模型

图5 认识Ag+性质的思维模型

在对以上两种微粒性质全面分析的基础上，再引导学生从物质类别和氧化还原角度出发，可很顺利地构建出图6所示SO2(H2SO3)和AgNO3溶液可能会发生哪些反应的思维模型。

图6 认识SO2(H2SO3)和AgNO3可能发生的反应的思维模型

【反思】本题的实验目的是探究SO2与AgNO3溶液的反应，实验过程先用铜片和浓硫酸反应制备SO2，再将SO2通入硝酸银溶液中，对所得产物进行探究，可依据“研究无机物性质的思维模型”，结合所学知识和题给信息，便能够比较轻松地进行解答题中的相关问题。同时，此题也打破了教师和学生的一种固定思维模式——硝酸盐与SO2反应时，硝酸根一定表现氧化性，帮助教师和学生形成良好的学习化学的习惯，即运用所学知识分析题给实验事实，而不是运用所学知识随意推测实验结果。