主题式“命制”高三化学复习课<br/>——以“氯气与水的反应”为例

主题式“命制”高三化学复习课
——以“氯气与水的反应”为例

2023-08-11谢瑾

教学考试(高考化学) 2023年4期

谢瑾

(广东省中山市古镇高级中学)

“主题单元教学”是让学生接触与教学主题相关的各种学习内容,进而掌握关于高中化学知识的一般规律与特例,形成以点带面、以线促面的教学模式。“主题式命题”是高考试题命制的一种比较常见的方式,其命制的试题会对某一个主题进行多角度和多考点的设问,以达到检测学生学科能力和学科素养的命题目的。“主题单元教学”与“主题式命题”的本质是一致的,在高三复习备考的背景下,通过“主题单元教学”来促进学生适应新高考“主题式命题”的需求。

一、研究背景

(一)新高考化学教材选修模块的地位变更

2023年,2019年出版的人教版新教材(简称新教材)将亮相广东省高中化学学业水平选择性考试。其中《物质结构与性质》《有机化学基础》两个模块从二选一,变成了两个必选。模块数量的增多,不仅增加了高三化学复习备考的容量,而且这种特殊的考情,迫使高三教师对自己的备考资料进行有效的“压缩处理”。这种“压缩处理”不是简单的堆积,而是逻辑关系的调整和效率的提升。

(二)高考化学试题主题式命题的思路分析

为了找准备考方向,笔者对其他先行自主命题的省份的近两年高考试题进行研究,发现“主题式命题”仍是广东省内外高考化学试题命制的潮流所在。现就2022年广东卷中的第18题进行分析。

(2022年广东卷,18题)稀土(RE)包括镧、钇等元素,是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理,一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下:

已知:月桂酸(C11H23COOH)熔点为44℃;月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水。该工艺条件下,稀土离子保持+3价不变;(C11H23COO)2Mg的Ksp=1.8×10-8;Al(OH)3开始溶解时的pH为8.8;有关金属离子沉淀的相关pH见下表。

离子Mg2+Fe3+Al3+RE3+开始沉淀时的pH8.81.53.66.2～7.4沉淀完全时的pH/3.24.7/

(1)“氧化调pH”中,化合价有变化的金属离子是________。

(2)“过滤1”前,用NaOH溶液调pH至________的范围内,该过程中Al3+发生反应的离子方程式为________。

(3)“过滤2”后,滤饼中检测不到Mg元素,滤液2中Mg2+浓度为2.7 g·L-1。为尽可能多地提取RE3+,可提高月桂酸钠的加入量,但应确保“过滤2”前的溶液中c(C11H23COO-)低于________mol·L-1(保留两位有效数字)。

(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3+溶出、提高产率,其原因是________。

②“操作X”的过程为:先________,再固液分离。

(5)该工艺中,可再生循环利用的物质有________(写化学式)。

(6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂Pt3Y。

①还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y时,生成1 mol Pt3Y转移________mol电子。

②Pt3Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时,能在碱性溶液中高效催化O2的还原,发生的电极反应为________。

【答案】(1)Fe2+

(3)4.0×10-4

(4)①可增加其溶解度并加快溶解速率 ②冷却结晶

(5)MgSO4、C11H23COONa

从图1可以看出,该考题以稀土元素及其化合物的性质为考查载体,考查了多个模块的化学知识和多个化学学科素养。其中包括以“微观探析” “宏观辨识”和“变化观念”素养为考查目的对“离子反应” “氧化还原反应”和“电化学基础”的考查角度,以及以“平衡思想” “模型认知” “证据推理”素养为考查目的对“离子平衡”和“实验基本操作”的考查角度。(见图1)

图1 2022年广东卷中的第18题命题思路

这种命题模式不仅在广东卷出现,在全国其他省份的高考化学试卷中也比较常见。其他先行自主命题的省份的试题中还有将“物质结构与性质”知识模块融入该类试题的情况。

(三)元素及其化合物复习的备考特点

高三的复习备考本来就是一个庞大的系统工程,大量的知识需要转换形式再次呈现在学生的面前,如何让学生即便是“风景旧曾谙”,也能有“无边光景一时新”的乐趣,相信这是每一个高三一线教师在备课过程中一直会思考的问题。加上今年的高三化学备考需要处理的知识点增多,化学教师急需一个可以增效提速的备考方式来处理繁杂的知识体系。

元素及其化合物的备考尤显“难”和“繁”。“难”是因为考查角度常常是多重的。它们只是一个载体,呈现出来的却是综合性强、多模块融合的外观。这种外观,常常让学生无从下手,出现“看着容易,就是答不对”或者是“看到答案,才发现很容易”的现象。“繁”是因为元素及其化合物的考点多。虽然新课标删去了对部分元素的要求,但涉及的各种物质的性质,仍需占据学生一部分的记忆空间,时常还让学生感觉零散难成系统。若没有很好地向学生解释各种物质的性质和变化背后的原理,就会出现散乱无规律、学不能致用的困局。

综上所述,今年的高三复习背景有备考知识量增加、高考试题的“主题式命制”以及高三复习备考需要高效的特点,若要破局,需要高三教师对教学思路做出改进。

二、教学案例

针对目前的复习备考背景,笔者在部分元素及其化合物的复习课中重组了教学内容,以精选的主题带入多模块考点融合,把已有的知识进行再架构,解决新问题,促进学生的深度学习,把教学的重点指向学生、指向化学学科的本质。现以“氯气与水的反应”为例,从物质结构、离子反应、化学平衡、氧化还原反应、离子平衡、实验探究6个角度对其复习备考进行构建,其知识整合框架如图2。总体设计是从简单到复杂,兼顾多元学科素养和多个模块知识。

图2 知识整合框架

环节一:物质结构角度,微观结构提领全局

问题讨论1:Cl2与水反应中各分子结构的变化?

微观探析:水分子中带负电荷的羟基部分与氯气中一个Cl原子结合为次氯酸分子,剩余带正电荷的H原子与另一个Cl原子结合为HCl分子。

设计说明:从物质结构的角度对相关物质的微观结构及其变化进行分析,能更加深刻地把握其发生化学变化的原理及产物性质的来由。

环节二:氧化还原角度,模型推导微观变化

问题讨论2:该反应的电子转移情况如何?都是形成单键,两种产物中Cl原子的价态为什么不同?(已知电负性:H是2.1,Cl是3.0,O是3.5)

模型推导:次氯酸分子中的Cl和O原子成键时由于电负性较低而显+1价,HCl分子中的Cl和H原子成键时由于电负性较大而显-1价。

设计说明:从电负性规律和微观结构推导化合价和电子转移情况,让学生从本质上理解该歧化反应的特点。

环节三:离子反应角度,变化观念、模型认知

问题讨论3:反应中涉及的微粒都是电解质吗?有强电解质吗?如何表示出其中区别?氯气溶于水的过程OH-浓度如何变化?

模型认知:强酸、强碱和可溶性盐能在水溶液中拆分为离子符号表示其组成。

变化观念:次氯酸是弱酸,主要以分子形式存在,HCl是强酸,主要以H+和Cl-存在,H+的浓度上升,抑制水的电离,导致OH-的浓度下降,最终c(H+)>c(OH-)。

设计说明:从强、弱电解质的类别分析微粒种类的变化,从离子反应的角度认识氯水成分的多样性,为氯水性质的推导和后期的定量计算做好铺垫。

环节四:化学平衡角度,证据推理、平衡思想

问题讨论4:饱和氯水中离子浓度大小顺序如何?[已知:常温常压下Kw=1.0×10-14;Ka(HClO)=4.0×10-8;1体积的水约溶解2体积的Cl2,忽略溶解前后水的体积变化;气体的摩尔体积约为24.5 L/mol。假设已溶氯气有80%与水反应]

证据推理:已知:Cl2～HClO则

次氯酸和水分子都是部分电离,但

即c(ClO-)>c(OH-),所以离子浓度为c(H+)>c(Cl-)>c(ClO-)>c(OH-)。

问题讨论5:氯水的哪些性质与该平衡的移动有关?

平衡思想:1.新制氯水呈浅黄绿色,久置后颜色变浅,且失去漂白性;2.饱和食盐水中Cl-浓度大,抑制Cl2与水继续反应;3.用NaOH溶液吸收Cl2,是因为HClO和HCl被NaOH中和而浓度下降,促进了Cl2与水继续反应,同理,用碱液吸收Cl2制取的漂白液和漂白粉中含有的有效氯更多;4.盐酸与漂白液混合产生Cl2,是因为H+的浓度增大,促进该平衡逆向移动。

设计说明:从平衡常数定量计算和宏观的实验现象寻找平衡移动存在的依据,让学生能强化证据推理的能力。

环节五:离子平衡角度,定量推理、定量分析

问题讨论6:饱和氯水完全失去漂白效果后,溶液的主要成分是什么?浓度约为多少?(已知:常温常压下,1体积的水约溶解2体积的Cl2,气体的摩尔体积约为24.5 L·mol-1)