問題情境清新脫俗 關鍵能力創新考查
——2022年高考全國乙卷理綜第13題評析

張安榮 王志庚(正高級教師)

(1.山西省臨汾市第一實驗中學 2.河北省唐山市教育局教研室)

題目(2022年全國乙卷第13題)常溫下,一元酸HA 的Ka(HA)＝1.0×10－3.在某體系中,H＋與A－不能穿過隔膜,未電離的HA 可自由穿過該膜,如圖1所示.

圖1

設溶液中c總(HA)＝c(HA)＋c(A－),當達到平衡時,下列敘述正確的是().

A.溶液Ⅰ中c(H＋)＝c(OH－)＋c(A－)

C.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)不相等

D.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c總(HA)之比為10－4

分析本題以HAc溶液中的電離平衡及移動為素材,以通過“膜”隔離的2份pH 不同的溶液為情境,從電荷守恒、電離度計算、微粒濃度的大小判斷和溶液中的HAc總濃度之比的計算等角度進行設問,突出考查了學生的理解與辨析、分析與推測、歸納與論證等關鍵能力.

1 知識分析——確定考查對象、知識點和化學原理

根據題意,一元酸HA 的電離常數很小,故為弱酸,在溶液中存在電離平衡:

在達到電離平衡時,其電離平衡常數為

數值均為平衡濃度.在HA 酸中,電離度等于已電離的A－與電離之前總的HA 濃度之比:

2 研究裝置圖像——知含義、感受題目的創新性

我們以前接觸過的“膜”多為離子交換膜,用在電化學裝置中,本題沒有電極,不是電化學反應裝置,這是題目的“清新”之處;“離子交換膜”也變成了僅中性的“HA 分子”可以自由通過,H＋與A－不能通過;微粒遷移的推動力,也由“電性引力推動”變為“濃差推動”,這是題目的“脫俗”之處.

3 設問分析——抓本質,避陷阱,靈活思考,不落俗套

選項A,考查學生的“理解與辨析”能力.

根據題目附圖,溶液Ⅰ、Ⅱ均含HA,那么都是純的HA 溶液嗎? 常溫下,溶液Ⅱ的pH 為1.0,可以假設為pH＝1.0的HA 溶液.

常溫下,HA 溶液為弱酸性,pH＜7.溶液Ⅰ的pH＝7.0,可以理解為在HA 的溶液中,加入了某些與HA 反應的堿性物質——堿或強堿弱酸鹽,因此溶液Ⅰ并不是純的HA 溶液,除了水分子、HA 分子、H＋、A－和OH－外,還一定有陽離子(如Na＋).

HA 不斷稀釋,也可能無限接近pH＝7.0,相當于純水,沒有意義,本文不予討論.

由于溶液Ⅰ的pH＝7,所以c(H＋)＝c(OH－),則c(H＋)＝c(OH－)＋c(A－)不正確.若使等式成立,必須在左側增加一種陽離子(如Na＋),這樣就變為了電荷守恒式,即c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(A－).選項A 錯誤.

點評pH＝7 時,c(H＋)＝c(OH－)＝1.0×10－7mol·L－1,必有別的陽離子來平衡A－所帶的負電荷,所以本選項比較簡單.但本選項由于圖像只標明HA,未標明中和時所加物質,容易誘導學生當作純的HA 溶液處理從而誤選A.

選項B,考查學生的“分析與推測”能力.

點評本選項容易因計算能力不足,對題意理解不到位而掉進陷阱.若學生的數學能力比較好,溶液Ⅱ中HA 的電離度,可理解為

這很容易完成,從而快速判斷出選項B正確.

選項C,考查學生的“歸納與論證”能力.

根據題意,未電離的HA 可以自由穿過隔膜,那么假設時間足夠長,則兩邊的HA 會不斷擴散,直到濃度相等.故溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)相等,選項C錯誤.

點評在自然界普遍存在著“擴散”現象.氣體、溶液中的微粒,甚至固體中,都存在著“高濃度”向“低濃度”擴散的普遍現象,直到濃度相等.

溶液中粒子的擴散是溶液的基本性質,溶液中的微粒,如分子、離子等,都存在著由于熱運動而產生的物質遷移現象,微粒的擴散主要由濃差、溫差和湍流運動引起,直到濃度相等.

選項D,考查學生的“讀取信息和處理信息”能力.

要求出溶液Ⅰ和Ⅱ中的c總(HA)之比,則需分別求出溶液Ⅰ和溶液Ⅱ中的c總(HA),再求出其比值.

在常溫下,溶液Ⅰ的pH＝7.0,則

由題意可得

代入電離平衡常數表達式可得

溶液Ⅱ的pH＝1.0,即c(H＋)＝0.1mol·L－1,由題意可得

將c平(A－)＝c總(HA)－c平(HA)代入電離平衡常數表達式可得c總(HA)＝1.01·c平(HA).

由于HA 可自由穿過隔膜,故達平衡后,溶液Ⅰ和Ⅱ中的c平(HA)相等,溶液Ⅰ和Ⅱ中c總(HA)之比為(104＋1)·c(HA)∶1.01c(HA)＝(104＋1)∶1.01,選項D錯誤.

點評進行選項D的運算,需要把Ka＝中的c(A－)替換成c總(HA)－c平(HA),再知道c平(HA)相等即可.雖然難度并不是很大,但由于情境較新,在緊張的考試中,能夠計算正確也絕非易事.學生如果計算到這一步,也是迫不得已而為之,畢竟在分秒如金的考場上,誰也不愿意耗費這么多時間去推算,因為選項B 也是運算,若選項B 計算正確則沒有必要再計算選項D,而計算選項D 時還要用到選項C 中c平(HA)相等的結論.故平時的練習中,我們要更多地引導學生鞏固基礎知識,總結思維方法,避免讓學生陷入題目設置的計算陷阱之中.

4 反思感悟——務必加強化學計算的教學

本題情境新穎、不落俗套,立足學生必備知識,考查學生的關鍵能力,充分體現了高考試題“立德樹人、服務選才、引導教學”的核心功能.答好本題,需要有扎實的基本功,需要學生有創新意識和創新思維,能夠創造性地思考和解決問題.

反思歷年高考化學中的電解質溶液選擇題,多為壓軸題,題目思維容量大,考查角度除了三大守恒、粒子濃度大小比較外,還設置雙重或多重情境,加入化學計算和推理,而難點往往就落在“計算與推理”上.

破解類似的問題,首先要研究題目的信息,理解命題者的意圖,揭示圖像已知信息里蘊含的和沒有明示的信息;靈活運用常見的三段式、三大守恒式、電離度、平衡常數表達式等進行計算;在各種數據之間靈活切換;要舍得花時間,平時做好扎扎實實的訓練,在關鍵時刻,才能讀好、處理好信息,克敵制勝.

(完)