高中化學解題建模之“特異”例析

四川 劉 宇

新課程標準倡導真實問題情景的創設，開展以實驗為主的多種探究活動、在各個教學環節激發學生學習化學的興趣、培養學生敢于質疑、勇于創新的科學精神；幫助學生逐步形成證據意識，能通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系。學生應能對復雜的化學問題情景中的關鍵要素進行分析以構建相應的模型，能選擇不同模型綜合解釋或解決復雜的化學問題，在知識積累的基礎上，通過試題解答，逐漸形成不同題型的解題模型。在學習的過程中不斷提升學生的關鍵能力，發展學生的核心素養。

作為一門以實驗為基礎的自然學科，化學學科涉及的眾多原理和結論均是從實驗中歸納和提煉而成。化學探索的過程艱辛而漫長，由于受制實驗條件、研究方式等因素，過程中會得到一些階段性、局限性甚至“錯誤”的結論，但它們對揭示化學過程本質起到了推動作用，因此有些結論被一直被沿用。一線的教師教學也是沿著科研之路在循序漸進，導致某些特殊階段，學生難免遇到一些與之前的結論相悖的“特異”問題，教師在教學中應及時給予學生指導，以期能幫助學生建立正確的解題模型。筆者在高三教學和研究過程中對此專門研究，取得階段性成果。

1.化學反應中的特例判斷

在化學反應中，我們經常使用的反應原理包括：強酸制弱酸、強堿制弱堿等，一旦遇到與之不同的反應我們將之確定為特例。但實際上只要這個反應存在，都會遵循特定的反應原理。教學中需增強學生嚴謹求實的科學態度，增強探究物質性質和變化的興趣，通過分析、推理形成完整的知識體系。

【例1】(2015·四川卷·2改編)下列有關CuSO4溶液的敘述正確的是

( )

B.通入CO2氣體產生藍色沉淀

【答案】C

【解析】CuSO4溶液中Cu2+與OH-反應生成Cu(OH)2沉淀，不能大量共存，A項錯誤；CO2通入CuSO4溶液不發生反應，無明顯現象，B項錯誤；CuSO4與H2S反應生成難溶電解質CuS，H2S屬于弱電解質，書寫離子反應方程式時要寫化學式，C項正確；CuSO4溶液與濃氨水反應，先生成的Cu(OH)2溶于過量濃氨水生成四氨基合銅離子，D項錯誤。

2.非常規方程式的書寫與識別

結合以上理論，反應生成水、沉淀、氣體是復分解反應發生的條件。但實際反應中我們發現常見的可溶性的物質也作為生成物出現，這樣的反應還比較多，那這些反應遵循的原理是什么呢？教學中應培養學生的“問題意識”，能提出化學探究問題，并結合實驗現象能和同學交流展示實驗探究的成果，用準確的化學用語表達(表述)化學過程。

【例2】(2017·全國卷Ⅲ·27節選)重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質。制備流程如圖所示：

回答下列問題：

(4)有關物質的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl，蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到________(填標號)得到的K2Cr2O7固體產品最多。

a.80℃ b.60℃ c.40℃ d.10℃

步驟⑤的反應類型是________________。

【答案】(4)d 復分解反應

侯氏制堿法流程

物質溶解度曲線

3.化學老師的“謊言”

化學知識的呈現是逐層逐級螺旋上升的過程，這也是人類探索世界的一個實際發展過程，在初中甚至是高中階段的學習我們都只是從現有的理論儲備水平去解決相關問題，因此教師為了教授該部分知識出現善意的“謊言”。化學知識是解決實際問題不可或缺的工具，習題課教學中應教會學生根據情景的需要，系統梳理解決問題所要運用的化學知識和方法。

加入試劑稀硫酸濃硫酸、加熱稀硝酸濃硝酸實驗現象有紅色固體剩余和溶液變為藍色產生無色氣體產生無色氣體和溶液變為藍色產生紅棕色氣體和溶液變為藍色

由此推出本次氫氣還原氧化銅實驗的產物

( )

A.Cu

B.Cu2O

C.一定有Cu，一定有Cu2O

D.一定有Cu2O，可能有Cu

【答案】D

【解析】結合加入稀硫酸觀察到“有紅色固體剩余和溶液變為藍色”可確定Cu2O的存在，結合濃硫酸(加熱)、硝酸反應現象，只能確定紅色固體具有還原性(Cu或Cu2O均可)，即可能含有Cu2O。

【能力提升】在解答題目時，直接依據初中知識可得氫氣還原氧化銅得到銅和水，該紅色固體即是Cu，會造成錯選。為什么在該反應中會有紅色Cu2O的出現呢？結合《選修3物質的結構與性質》，29號元素Cu，價層電子為3d104s1，失去兩個電子即Cu2+(3d9)、失去一個電子即Cu+(3d10，d軌道全滿，結構穩定)，因此Cu2O相對于Cu更加穩定，氫氣還原氧化銅產物中主要是Cu2O也呈紅色。

4.歷史問題的準確分析

由于知識的儲備、實驗條件等限制因素，科學上得出相關的結論正確性也是階段性的，時間常常能推翻之前的一些結論。例如苯環結構，凱庫勒式的出現，解釋了C6H6的分子構成，在現代化學確定了真實的正六邊形結構前，很長時間沒有得出結論，凱庫勒式被一直沿用。

【例4】某同學用下列裝置制備并檢驗Cl2的性質。下列說法正確的是

( )

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

A.圖Ⅰ中：如果MnO2過量，濃鹽酸就可被全部消耗

B.圖Ⅱ中：量筒中發生了取代反應

C.圖Ⅲ中：生成藍色的煙

D.圖Ⅳ中：干燥的有色布條褪色，說明氯氣有漂白性

【答案】B

【解析】濃鹽酸與二氧化錳的反應過程中鹽酸的濃度逐漸降低，稀鹽酸與二氧化錳不反應，所以圖Ⅰ中，如果MnO2過量，濃鹽酸也不可能全部被消耗，A項錯誤；圖Ⅱ中，量筒內發生了甲烷和氯氣的取代反應，B項正確；圖Ⅲ中，銅和氯氣反應生成氯化銅，產生棕黃色的煙，C項錯誤；氯氣與水反應生成的次氯酸具有漂白性，因此圖Ⅳ中濕潤的有色布條褪色，D項錯誤。

【追本溯源】漂白原理是建立在特定的化學反應基礎上的，如SO2的漂白在于SO2與部分有色的有機色素發生化合反應生成無色或者白色亞硫酸鹽，還原酸性高錳酸鉀不屬于漂白，氧化型漂白是指漂白劑與有色物質發生氧化還原反應而出現褪色，濕潤的氯氣(次氯酸)能完成氧化型漂白，但干燥的氯氣與這些物質不反應，未體現漂白性。建立該結論時實驗條件有限，未關注到氯氣是否干燥，該結論一直沿用至今。

5.化學實際過程的精準分析

化學理論指導實際的生產和生活，但客觀存在的實際過程需要理論支撐但卻有著實際因素的限定。分析實際過程中的化學問題需要全面的理論作為支撐。教學過程中，在組織學生開展實驗探究活動時，注意實驗前的分析預測和對實驗現象的分析解釋，發展學生宏觀辨識與微觀探析的化學學科核心素養，培養系統思維能力。

【例5】(2015·北京卷·27節選)研究CO2在海洋中的轉移和歸宿，是當今海洋科學研究的前沿領域。

(2)在海洋碳循環中，通過如圖所示的途徑固碳。

①寫出鈣化作用的離子方程式：______________。

化學學科的學習是一個由易到難、循序漸進、螺旋上升的發展過程。學生在學習的過程中要善于發現問題，并借助化學實驗、教材、資料等學習資源不斷的增加對應知識內容，將重要的知識點和解題模型(尤其是“特異”模型)歸納在積累本上，不斷修正和完善知識體系，不斷提升和強化個人獨立學習能力和解決實際問題的關鍵能力。