证据推理 数据表征 突破沉淀溶解平衡图像题——以2023年新课标卷第13题为例

施飞霞

(浙江省海宁市第一中学)

《中国高考评价体系》是深化新时代高考内容改革的基础工程、理论支撑和实践指南,其提出的“一核、四层、四翼”评价体系指明了高考的考查目的、考查内容和考查要求。依托高考评价体系,紧扣“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的命题理念,围绕“核心价值、关键能力、情境载体”三条主线对高考试题进行深入解读,发挥高考对素质教育的促进作用,落实“立德树人、服务选才、引导教学”的根本任务。

沉淀溶解平衡图像题是高考必考题型,其图像新、难度大。试题一般以图像形式呈现,将图像曲线与微粒种类、离子反应、守恒关系、函数变量等知识关联,形成“宏—微—符—曲”等多维度的考查,对学生利用数据处理转化并结合化学知识解决问题的能力和证据推理与模型认知等素养要求较高。本文以2023年新课标卷第13题为例进行分析,为广大教师教学和命题提供一定的参考。

一、高考原题

图1

下列说法错误的是

( )

A.曲线Ⅰ可视为AgCl溶解度随NH3浓度变化曲线

B.AgCl的溶度积常数Ksp=c(Ag+)·c(Cl-)=10-9.75

D.c(NH3)=0.01 mol·L-1时,溶液中c([Ag(NH3)2]+)>c([Ag(NH3)]+)>c(Ag+)

【答案】A

二、试题分析

(一)考点分析

以命题框架为基础,结合中国高考评价体系各项要素,将2023年新课标卷与全国甲卷、乙卷的第13题沉淀溶解平衡图像题分析归纳,见表1,研究高考试题,了解命题特点。

表1 试题分析表

通过考点分析,沉淀溶解平衡图像题主要集中在溶度积Ksp和平衡常数K的计算、溶解度的计算、曲线的识别、离子浓度大小的比较、分步沉淀、图像综合分析等知识点的考查,选项设置有梯度且多维度,有效落实对学科知识、关键能力和核心素养的考查。

(二)试题情境

2023年新课标卷第13题“向AgCl饱和溶液(有足量AgCl固体)中滴加氨水”将沉淀溶解平衡与沉淀配位溶解相融合,选取的问题情境源于真实的实验探究过程,设置四个维度的知识测评考点。通过挖掘lgc(M){M代表Ag+、Cl-、[Ag(NH3)]+或[Ag(NH3)2]+}与lgc(NH3)之间的关系,借助对数函数将涉及的离子浓度关系转化为线性关系并将其用坐标图呈现出来,要求学生具有较强的数据转换能力。试题考查学生在核心价值引领下综合运用知识和能力的水平,体现了考查要求的“基础性” “综合性”和“应用性”。

(三)试题评析

1.曲线的识别

图2

【解题技巧】在曲线识别过程中要根据横坐标和纵坐标的变化趋势来识别曲线,并绘制适当的辅助线帮助判断。

2.溶度积Ksp的计算

氯化银的溶度积表达式为Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-),由图知lgc(NH3)=-1时,lgc(Cl-)=-2.35,lgc(Ag+)=-7.40,即c(Cl-)=10-2.35mol·L-1,c(Ag+)=10-7.40mol·L-1,则氯化银的溶度积Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=10-2.35×10-7.40=10-9.75,B选项正确。以AgCl的溶度积为例,在一定温度下,当难溶物AgCl达到沉淀溶解平衡时,溶液的Ag+和Cl-的浓度成反比例关系(见图3),借助对数函数公式将其转化为更加直观的线性关系(见图4)。在沉淀溶解平衡曲线上任意一点都表示饱和溶液,将横坐标和纵坐标的值转化为浓度后相乘即得到Ksp的值。根据平衡移动原理,将任意点的离子积Q与Ksp比较。若Q>Ksp,溶液中有沉淀析出,即该点位于反比例函数曲线(图3)上方,线性函数曲线(图4)的下方;若Q

图3 c(Ag+)与c(Cl-)的关系图

图4 -lgc(Ag+)与-lgc(Cl-)的关系图

【解题技巧】在求溶度积时根据曲线上的数值将lgc(M)、pM(包括pH、pOH和pK等)相关量转化为相应的浓度,代入公式求解。

3.平衡常数K的计算

【解题技巧】在求解平衡常数K时基于平衡常数表达式的推导,找到各微粒的离子浓度代入求解或将平衡常数转化为与Ksp、Ka、Kw等常数有关的表达式进一步求解。

4.分步沉淀

当溶液中含有多种可沉淀的离子时,加入某种沉淀试剂时该试剂可能与溶液中的多种离子分别发生反应而产生沉淀,即分步沉淀。当溶液中某种沉淀对应的离子积首先达到或超过其溶度积时这种沉淀先析出;当某种离子浓度≤10-5mol·L-1,即认为沉淀完全。当难溶电解质的溶度积差别越大,越适合采用分步沉淀分离,如通过分步沉淀进行分离Al3+和Fe3+。

【解题技巧】根据Ksp求解沉淀所需的离子浓度,一般情况下所需离子浓度小的先沉淀。

三、真题再练

【试题2】(2023年全国乙卷,13题)一定温度下,AgCl和Ag2CrO4的沉淀溶解平衡曲线如图5所示。

图5

下列说法正确的是

( )

A.a点条件下能生成Ag2CrO4沉淀,也能生成AgCl沉淀

D.向NaCl、Na2CrO4均为0.1 mol·L-1的混合溶液中滴加AgNO3溶液,先产生Ag2CrO4沉淀

【答案】C

四、教学启示

(一)加强变式训练,提高数据推理能力

高三复习课要重视对知识和试题的归纳与整合。同一个试题情境可以选择不同的提问角度、提问方式和图像呈现,锻炼学生阅读、分析、推理和解释等能力。重视图像由c(M)向-lgc(M)(或pM)、δ(M)等的转变,引导学生梳理变化关系,提高数据推理能力。也可适当拓展同类型的试题,如AgOH-[Ag(NH3)2]+、Cu(OH)2-[Cu(NH3)4]2+、Al(OH)3-[Al(OH)4]-等曲线变化。如对2023年新课标卷可进行变式复习。

【变式】常温下,向10 mL一定浓度的AgNO3溶液中,逐滴加入0.1 mol·L-1的氨水,反应过程中-lgc(Ag+)或-lgc([Ag(NH3)2]+)与加入氨水体积的关系如图6。下列说法错误的是

( )

图6

A.原AgNO3溶液的浓度是0.1 mol·L-1

B.Ksp(AgOH)的数量级为10-8

(二)增进学科理解,发展高阶思维能力

化学学科理解是指教师对化学学科知识及其思维方式和方法的一种本原性、结构化的认识,它不仅仅是对化学知识的理解,还包括对具有化学学科特质的思维方式和方法的理解。教师自身对化学学科教学内容的理解越深,在教学设计和实施时可发挥的空间越大,越有利于学生的深度学习和长远发展,同时也要善于吸收其他学科的知识来丰富化学的内涵,拓展化学的外延。

在高三复习要重视回归教材,教师对教材内容的挖掘与整合是教学水平的体现,也是教学质量的保证。复习课要注重提升学生以书本内容为起点并进行迁移应用的水平,发展学生以分析、评价、创造为主的高阶思维能力。

(三)聚焦学习评价,落实学科核心素养

“教、学、评”一体化是促进学生核心素养发展的重要途径,其中提问与点评、练习与作业、复习与考试等都是有效开展化学日常学习评价的基本途径和方法。高考试题更是注重对核心价值“金线”考查和学科思维“银线”考查的有机结合。在试题讲评时要注重对试题的层层剖析,通过设计问题链,过程性评价和结果性评价双向同行,诊断并发展学科核心素养。