基于學科大概念“化學變化是有條件的”結構化設計

北京 閆銀權

“大概念”是為解決學生知識零散、記憶缺失、缺乏深刻理解等“表層學習”問題而提出的。《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》提出以發展化學學科核心素養為主旨，重視以學科大概念為核心促進學科核心素養的落實，強調教師在組織教學內容時應高度重視化學知識的結構化設計，尤其是應有目的、有計劃地進行“認識思路”和“核心觀念”的結構化設計。高三復習教學更應以大概念為核心，整合相關內容，聚焦關鍵問題，培養思維方法，提升學生的化學學科核心素養。

筆者在教學中發現化學反應發生的條件或原因是做題中易錯的知識點，學生對這些內容往往存在一些認知誤區。

【例1】加熱NaI與濃H3PO4混合物可制備HI，說明H3PO4比HI酸性強。你認為合理嗎？

【例2】下列物質與氫硫酸反應有沉淀生成的是

( )

A.硫酸銅 B.氫氧化鈉

C.硫酸亞鐵 D.二氧化硫

。

學生在回答以上問題時會出現模棱兩可，不確定答案的情況。對于選定的答案不能準確說出其原因，認為有的反應違背了化學反應規律或條件。筆者由此發現學生對化學反應發生的條件存在認識誤區。于是筆者對高中階段化學反應發生的條件進行梳理，提煉出學科大概念——化學變化是有條件的，以此統領引導學生進行專題復習，通過診斷、剖析學生存在的誤區，使知識結構化，形成學科大概念，發展學生的化學學科核心素養。

一、對“強制弱”規律的認識誤區

【認識誤區】只有強可以制弱，弱不能制強，這是典型的以偏概全。只看到物質的某個性質，而忽略物質的其他性質；只想到化學反應的一個方面，而沒有從化學反應發生的整體去考慮。

因此，要全面、正確理解“強制弱”規律，教師需引導學生學會多角度分析物質性質，系統考慮化學反應，才能準確分析化學反應發生的條件。

二、對自發反應與非自發反應發生條件的認識誤區

【例4】判斷下列說法是否正確

1.ΔH<0，ΔS>0時，反應可以自發發生。

2.非自發反應不能發生。

3.非自發反應可以通過改變條件使其成為自發反應。

【認識誤區】(1)只要是自發反應就可以發生。(2)只有自發的反應才可以發生，而非自發反應不會發生。這是將自發反應與反應的發生等同的錯誤認知。

總之，化學反應能否自發進行不是化學反應發生的必要條件，自發反應也不是化學反應發生的充分條件，要明確化學反應進行的方向與化學反應的發生是兩個不同的概念。

三、對多重平行反應發生條件的認識誤區

表1 實驗方案及現象

(1)實驗①向BaO2中滴加稀硫酸，出現白色沉淀，經檢驗為BaSO4，說明溶解度：BaO2>BaSO4。你認為結論是否正確？若正確，說明理由；若不正確請設計實驗方案③證明BaO2和BaSO4溶解度的大小。

(2)結合實驗②可得出什么結論？

【認識誤區】學生認為(1)的結論是正確的，發生了沉淀的轉化，根據“強制弱”原理，溶解度較大的物質轉化為溶解度較小的物質。但只關注了多重反應發生的可能條件之一，未關注多重條件，并未找到反應發生的真正原因。

圖1 實驗方案③

【總結】多重平行反應發生的條件可能也是多重的，但并不都是反應發生的真正條件。教師要引導學生學會分析多重反應中的“主動”反應和“被迫”反應，“主動”反應具備發生的條件，是反應發生的真原因，而“被迫”反應是偽原因。面對問題，學生要學會通過已有知識、題設信息、對比實驗等的綜合應用去偽存真，找到多重反應發生的真原因。

四、對競爭反應發生條件的認識誤區

競爭反應可分為兩類：①體系中同種物質(微粒)可與其他2種以上的物質(微粒)發生反應，則存在多種物質反應的競爭；②相同的反應物，可以發生不同類型的反應，存在不同反應之間的競爭關系。第①類情況較為簡單，其本質就是“強制弱”，強者先反應，在此不做過多討論。第②類情況較為復雜，相同的反應物可以發生多個反應，到底發生哪個反應？是同時都發生？還是先發生哪個？本文主要討論第②類情況。

【例6】(2019·北京卷·28改編)化學小組實驗探究SO2與AgNO3溶液的反應。將足量SO2通入0.1 mol·L-1AgNO3溶液中。

(1)請預測SO2通入AgNO3溶液中會發生什么反應？

(2)反應得到無色溶液和沉淀，經檢驗沉淀為Ag2SO3。實驗中SO2與AgNO3溶液發生反應的離子方程式是____________________。

(4)根據上述實驗可得結論：____________________

。

【認識誤區】學生從物質類別、價態角度分析，預測SO2通入AgNO3溶液可能發生沉淀反應和氧化還原反應。但不知道具體發生哪個反應，以及反應的先后順序。學生認為既然都符合反應發生的條件，那都有可能發生，但找不到決定競爭反應發生的依據。可見學生對化學反應發生的條件的認識是零散的，沒有將所學知識聯系為一個系統，缺乏認識競爭反應發生條件的視角，仍按簡單反應發生條件進行處理。

競爭反應的發生由反應的速率(活化能)、限度決定，速率快的反應先發生，而最終的反應產物由反應限度決定，得到反應限度大的反應產物。

五、對協同反應發生條件的認識誤區

【例7】(2020·北京卷·17改編)回收廢舊CPU中的單質Au(金)，Ag和Cu。

(1)金溶于濃鹽酸、濃硝酸嗎？溶于王水嗎？為什么？

(2)用HNO3-NaCl混合液可以溶解金。①將溶金反應的化學方程式補充完整：

(3)關于溶金的下列說法正確的是________。

A.用到了HNO3的氧化性

B.王水中濃鹽酸的主要作用是增強溶液的酸性

C.用濃鹽酸與NaNO3也可使Au溶解

【認識誤區】金是很不活潑的金屬，不溶于鹽酸、硝酸等酸，可以溶于王水，因為王水是濃鹽酸和濃硝酸的混合物，氧化性比濃硝酸強，所以可以將金氧化而溶解。

協同反應包括耦合反應、輔助催化、連續反應等，反應體系中包含2個以上反應，它們協同“作戰”，可以使難以發生的反應發生，或者加快反應速率等。

通過以上有關化學反應發生條件的分析，教師引導學生逐步建立如圖2所示的認知體系，并提煉出化學學科大概念“化學變化是有條件的”。以此來加深學生對化學反應發生條件的認識，促進學生將零散的知識系統化、結構化，加強對知識的理解與應用能力，形成正確的變化觀。

圖2 “化學變化是有條件的”認知體系

化學變化是有條件的，物質本身的性質是化學變化的決定性條件，但其他反應條件也至關重要。如物質的濃度、反應體系的酸堿性、溫度等都會影響物質的性質及化學反應的發生。教師可引導學生應用大概念“化學變化是有條件的”認識思路完成提升訓練，體會化學反應發生的條件在高考中的考查。

【提升訓練】

1.下列溶液中通入SO2一定不會產生沉淀的是

( )

A.Ba(OH)2B.Ba(NO3)2

C.Na2S D.BaCl2

。

有何啟示？

3.工業上可由磷精礦濕法制備磷酸。已知：溶解度Ca5(PO4)3(OH)

。

4.探究Cu與濃鹽酸能否發生反應。

(1)Cu與濃鹽酸能發生反應產生氫氣嗎？為什么？

(2)如表2所示進行實驗[硫酸與濃鹽酸中c(H+)接近]。

表2 探究Cu與濃鹽酸的反應條件

a.丙中氣球變鼓是因為生成了________氣體(填化學式)。

b.經檢測，丙中反應后溶液中存在[CuCl4]3-。分析丙中反應能夠發生的原因：

。

5.(2021·北京市學業水平等級性考試·19節選)(4)Ag分別與1 mol·L-1的鹽酸、氫溴酸和氫碘酸混合，Ag只與氫碘酸發生置換反應，試解釋原因：

。

6.(2021·浙江省1月選考·29)“氯堿工業”以電解飽和食鹽水為基礎制取氯氣等產品，氯氣是實驗室和工業上的常用氣體。請回答：

。

(2)工業上，常采用“加碳氯化”的方法以高鈦渣(主要成分為TiO2)為原料生產TiCl4，相應的化學方程式為

結合數據說明氯化過程中加碳的理由：

。

【參考答案】1.D

2.> 溶液的酸堿性不同 物質氧化性的強弱與體系的酸堿性(環境)有關，有時酸堿性對物質氧化性的強弱可起到決定性作用

3.< 強酸制弱酸[因為溶解度：Ca5(PO4)3(OH)

4.(1)不能，在金屬活動性順序中，Cu位于H之后