高考化学反应原理综合试题分析与解题策略

于永卿

(安徽省利辛县第十中学)

化学反应原理的知识点常在高考中多角度呈现,虽然单个知识点的难度不高,但综合后难度会呈螺旋式上升。例如在2022年全国乙卷的28题中,就以H2S的回收处理与应用为背景考查了平衡移动的原理,但考查的方式是对平衡转化率变化的原因分析,将难度提高了。本文是在对近五年全国卷的化学高考试题研究分析的前提下,同时又调研了2 000名不同学习程度学生的基础上完成的,在帮助学生规避常规错误、优化解题策略方面提出了建设性意见,并构建出相关的解题模型。

一、近五年全国卷化学反应原理综合试题考查统计

表1是近五年在全国卷中化学反应原理综合试题的考查背景与知识点。

表1

二、试题特点及考查特点分析

(一)试题特点

从试题背景来看,近五年化学反应原理综合题考查形式相近,虽然试题的背景素材不断变化,考查形式不断创新,但通常都是以化工生产中所涉及的化学反应为背景,也会涉及当前的热点问题。如2021年全国甲卷28题中的CO2催化加氢合成甲醇,就对应了“碳中和”;也有经典化工生产流程的新考法,如2019年全国Ⅰ卷的水煤气变换反应的使用;或者是常规情境下化学反应的改进使用,如2022年全国乙卷中的硫化氢的回收利用。

从考查范围来看,化学反应原理综合试题中的考查范围非常广,主要考查了反应焓变的计算、平衡移动原理综合应用、平衡转化率及化学反应速率的计算、分压及分压化学平衡常数的计算、图像分析等。将化学热力学与化学动力学进行了有机结合,既是对基础知识的考查,也是对综合应用能力的考查,还综合考查了学生识图、计算和文字表达等方面的能力。旨在区分考生能否把综合题拆解成若干个较独立的小问题,拆分以后明确了相应考点,难度就会随之降低,充分体现了“证据推理与模型认知” “变化观念与平衡思想” “科学探究与创新意识”等化学学科核心素养。

(二)考查特点

通过分析近五年全国卷化学反应原理综合试题,发现有以下考查特点:

1.题型难度变化平稳

全国卷的化学反应原理综合试题在分数、考查方式和具体知识点方面来看变化是比较平稳的。具体试题中涉及陌生信息的应用相对较少,题目中涉及的图像分析问题一般都是一个,难度也不算大。比如2022全国乙卷28题中的第(4)问,只是考查了曲线的判断。与之相关的原因分析的题目,注重文字的表达,要求学生能根据一定的试题背景,组织化学语言,科学、规范地回答相应问题。尽管不具备什么规律,但模式固定不变,无外乎是关于速率、转化率的分析。有关计算的题目,虽然有复杂性难度却不高,主要考验的是学生的耐心与细心程度,设问数量基本在3个空,一般涉及ΔH、Kp、转化率三个方面。总而言之,全国卷在该题的结构和难度方面没有太大的“浮动”。

2.重视基础知识及应用的考查

化学反应原理综合题考查知识的基础性比较强,包含焓变的计算,化学反应速率的计算、比较和影响因素的判断,化学反应平衡状态的判断,化学平衡移动的影响因素,转化率、压强平衡常数计算等,所考知识的原型都可以在教材中寻得痕迹,属于基础知识范围。例如2020年全国Ⅰ卷的28题中以接触法制硫酸生产中的关键工序为背景,试题的(2)(3)两问中就分别考查了转化率、转化率的影响因素、压强及压强平衡常数,同时给了信息说明。在第(4)问中围绕着速率变化的实际情况展开原因分析,主要考查了学生对基础知识的掌握和应用,旨在用化学知识处理工业所遇到的问题,体现学以致用、理论联系实际的思路。在其他年份的不同考卷中通常还会涉及该如何提高反应物的转化率、产品的产率及如何控制生产成本等问题。

3.重视对数据、图像的分析和处理能力的考查

这类题目需要从图像或者图表中解读出有效信息,对思维能力的要求相对比较高,要求学生能通过阅读图形和表格,提取相关的解题信息,再通过对图像中的符号、数据、曲线变化特点等信息进行分析和整理,并结合已有的解题模型和化学理论知识,推理得出相应的结论,并能对具体的问题给出合理的解释。近五年的试题中全国卷都有涉及,比如2021年全国甲卷的第28题中对“等压过程曲线的判定和原因分析”的考查、2020年全国Ⅲ卷第28题中对“物质变化曲线判定”的考查、2019年全国Ⅰ卷第28题中对“物质压强变化曲线判定”的考查等,借以实现对学生化学学科核心素养的全面考查,也是对学生思维能力的高阶考查。在整体试题容量和难度的控制下,此类题目虽然有一定的难度,但不是没有线索。“洞悉本质、逐个击破”是解决问题的锦囊妙计。

4.重视对计算能力的考查

化学反应原理综合试题中必然涉及化学计算过程,而计算则是对化学公式和逻辑思维的考查,是一个严密的数据推导过程,引导学生看待问题从定性的角度向定量的角度转变。例如通过平衡常数的计算可以引导学生更好地理解化学反应的限度,以便更好地建立看待化学问题的“平衡观”,比如2022年全国乙卷第28题第(3)问中压强平衡常数的计算,第(4)问中分压的平均变化率的计算。同时,在计算中还能实现对学生能力的全面考查,比如通过对焓变的计算考查了学生的数据处理能力;依托化学平衡常数的计算和转化率的计算考查了学生的逻辑推理能力。不同的计算题型考查的角度是不同的,不太熟练的同学,在临场时计算的速度和准确度可能会有所下降。

三、学生的错因分析

为了更准确地掌握学生对化学反应原理基础知识的掌握情况及应对高考化学反应原理综合试题的能力,设计了本次的高考化学反应原题综合试题解题情况调查。同时,为了更清晰地掌握学生丢分的原因,也对学生的解题思路进行了调查。调查的目的是通过调研,能对学情有更好的掌握,为针对性的解题策略的推行打下基础。

本次调研选择了三个不同层次高中的高三学生,共计2 000名,分发试题2 000份,回收试题 2 000份。分发的试题是2022年全国乙卷中的第28题,该化学反应原理综合试题的分值是15分,共计4小题9个空,试题如下:

28.(15分)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:

(1)已知下列反应的热化学方程式:

(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺。即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是________________,缺点是________________。

(3)在1 470 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为________,平衡常数Kp=________kPa。

(4)在1 373 K、100 kPa反应条件下,对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19 的H2S-Ar混合气,热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。

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

②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应图中曲线________,计算其在0～0.1 s之间,H2S分压的平均变化率为________kPa·s-1。

得分统计如表2所示:

表2

通过对结果的分析发现,三个层次的学生得分率相差较大,无论是哪个题目都没有百分之百的得分率,通过与学生的谈话将具体的丢分原因归类如下:

1.基础知识方面存在马虎和遗忘的现象。以本次调查的焓变计算为例,主要考查的是盖斯定律的使用,普通班的学生存在概念不清的情况,对于由已知热化学方程式求解未知焓变值的方法掌握的不牢固;实验班和重点班的学生则存在符号错误的情况,除此之外,平常考试的热化学方程式书写也会有一些小错误。

3.计算能力方面逻辑思维有欠缺。首先是K值(K、Kp、Kx)的形式多变,单位的不一致性易造成错误,其次是多重平衡体系加大了试题的难度。比如在本题中的第(3)问中的计算。在恒温、恒压下,对于Δn≠0的反应,Kc、Kp计算有时很麻烦。因为要维持恒压,加入某气体物质时体系的体积就一定会变。而体积一变,所有物质的浓度及分压就都会随之改变。这里归根到底还是三段式的使用,在计算了转化率后,平衡常数也能迎刃而解。但是有相当一部分学生由于没有解题思路,丢分也就自然而然了。

四、解题策略分析

俗话说:“知己知彼,百战不殆”,纵观近年来的高考化学试题,不难发现有些考点经久不衰,几乎成为每年高考必考,有些考点则在不断更新。在总结出学生错因的前提下,对应的解题策略也就应运而生。

从学生学习方面来说,学生是学习的主体,要想有效地解决化学反应原理综合试题,就必须做到有效的学习,针对基础知识点不眼高手低,一轮复习中不留知识盲区。其次就是形成从“理清研究对象”到“关注反应体系”,进而“判定反应特点”,最后是“分析图像变化”的解题思路,最终构建解题的模型,以K值的计算模型为例:

(一) 一般模型

(二) Kp计算基本模型

从教师教学方面来说,在进行化学反应原理备考复习过程中,应该引导学生做好以下几个方面:

1.在基础知识方面

①掌握利用盖斯定律计算反应热的方法,能利用化学键计算反应热,会分析反应热有关图像;

②掌握外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响,熟练掌握化学反应速率和化学平衡常数有关计算;

③对多步连锁反应、速率方程、活化能等拓展知识,做适当训练;

④加强解题能力训练,具备识图能力,分析图形变化,正确理解题意,能利用规范语言正确回答问题。

2.在热点信息方面准确把握高考热点

高考热点通常与新兴科技有关,是在高考试题中经常出现的重要考点,在进行高考复习时,可以通过分析高考试题的变化,预测高考的趋势及试题的载体,充分掌握高考热点。高考重点考什么,我们就要重点复习什么,不能不分主次,搞平均分配。关注高考热点,不是放弃冷点,而是将有限的时间,合理分配,适当安排,有的放矢,重点突破,这样就可以做到把好钢用在刀刃上,达到精准高效备考的目的。

五、结束语