逆向推理破解高考題中水溶液復雜體系反應

沈金龍 李 娜 王 麗

(1.山東省博興第一中學 2.山東省博興縣第三中學)

水溶液中復雜體系的離子反應方程式書寫是高考的一個必考點,由于同時存在弱電解質(zhì)的電離、鹽類的水解、沉淀溶解等多個平衡,導致許多考生不能快速并精確地確定到底哪些是主反應.筆者研究近年關于水溶液中復雜反應方程式的書寫,歸納總結(jié)出了逆向推理思維的解題方法.逆向推理又稱“倒推法”或者“目標驅(qū)動推理”,其最大特點在于目的性強,由已知的結(jié)果出發(fā),將目標問題分解成問題解決的子目標,再尋找各個子目標與給定條件的關聯(lián),運用所學知識和基本原理找到解釋驗證子目標正確性的說法,從果溯因,追本求源,做到有理有據(jù)地解決水溶液中復雜反應方程式的書寫.

1 水溶液中復雜體系反應類試題分析

筆者整理近年部分高考試題,對于水溶液中復雜反應方程式的書寫統(tǒng)計如表1所示.

表1

水溶液中復雜體系的離子反應類試題,重在考查獲取、分析和解讀題目信息,調(diào)動和應用化學核心知識、基本原理以及符號表征等綜合能力.其復雜性源于組分多、相互作用多、平衡體系多且平衡之間存在相互影響、平衡主次的劃分等.但這類試題都具有很強的因果關系,所以分析問題的切入點為作用結(jié)果(作用結(jié)果指的是根據(jù)題目信息可推測出的因平衡作用產(chǎn)生的部分生成物),首先要根據(jù)作用結(jié)果中微粒的種類、數(shù)量、宏觀現(xiàn)象逆向推理,運用溶液中粒子的行為找到直接原因,確定終反應;再對比終反應粒子與原料,建立關系,找到間接反應.這樣分析問題,學生的思路清晰,能有效地判斷主次反應,進而有理有據(jù)地作答.

2 逆向推理解題過程分析

2.1 逆向思維下的模型構(gòu)建

例1(2020年山東卷,節(jié)選)用軟錳礦(主要成分為MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制備高純MnCO3的工藝流程如圖1所示.

圖1

碳化過程中發(fā)生反應的離子方程式為________.

分析1)基于作用結(jié)果,逆向推理微粒作用.

碳化過程生成了MnCO3,逆向推理微粒作用的實質(zhì)是Mn2＋與結(jié)合生成的MnCO3,電離生成和H＋,由于體系中存在氨水,這樣氨水電離出的OH－能與H＋結(jié)合生成水.

2)基于微粒作用,厘清微粒間主反應.

根據(jù)溶液的組成,結(jié)合微粒的相互作用,確定體系中的主反應如圖2所示.

圖2 溶液體系內(nèi)微粒之間相互作用

3)基于主反應,有理有據(jù)作答.

厘清溶液體系內(nèi)的主反應,分析微粒的相互作用、平衡之間的相互影響,得到體系內(nèi)發(fā)生的反應:

2.2 逆向思維下的模型應用

例2(2019年全國Ⅰ卷,節(jié)選)硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料,廣泛應用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工業(yè).一種以硼鎂礦(含Mg2B2O5?H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如圖3所示.

圖3

在“沉鎂”中生成Mg(OH)2?MgCO3沉淀的離子方程式為________.

1)基于作用結(jié)果,逆向推理微粒作用.

分析沉鎂過程中生成了Mg(OH)2?MgCO3,微粒作用的實質(zhì)是Mg2＋與、OH－結(jié)合生成目標產(chǎn)物,水電離生成OH－和H＋,由于體系中存在,這樣與H＋結(jié)合生成或者H2O和CO2.

2)基于微粒作用,厘清微粒間主反應.

根據(jù)溶液的組成,結(jié)合微粒的相互作用,確定體系中的主反應如下:

思路1:碳酸銨足量時,主反應過程如圖4所示.

圖4 碳酸銨足量分析過程

圖5 碳酸銨不足分析過程

3)基于主反應,有理有據(jù)作答.

碳酸銨足量時離子方程式為2Mg2＋＋＋2H2O＝Mg(OH)2?MgCO3↓＋.

碳酸銨少量時離子方程式為2Mg2＋＋＋H2O＝Mg(OH)2?MgCO3↓＋CO2↑.

3 復習備考策略

3.1 基于核心知識,發(fā)展平衡觀念的進階

認識水溶液知識的進階包括:1)離子水平:對溶液組成、性質(zhì)和變化的認識.2)單平衡水平:溶質(zhì)的行為和溶劑的行為,建立溶液的平衡觀.3)多平衡水平:溶質(zhì)和溶劑相互作用以及難溶物的行為.4)系統(tǒng)水平:離子反應.在復習備考中,需要建立體系組成溶質(zhì)、溶劑以及體系中微粒之間的相互作用,要關注核心知識、核心概念的關聯(lián)性,建立多平衡體系的關聯(lián)性,不能只關注單一的體系或者單一的平衡體系.多平衡并不是簡單孤立地分析幾個平衡,而是看到平衡之間的相互影響,概括多平衡體系問題解決的角度和思路,形成對多平衡溶液體系的認識以及應用核心知識解決實際問題的能力,發(fā)展化學學科核心素養(yǎng).

3.2 關注微項目,優(yōu)化思維,形成有效的思維模型

備考復習時,需要深度挖掘教材中的微項目.微項目并不是知識的簡單應用,而是把實際問題轉(zhuǎn)化成化學知識并加以解決的能力,提升聚焦核心問題、分析問題的能力,基于信息的問題轉(zhuǎn)化能力.結(jié)合溶液的組成、微粒與微粒之間的相互作用,把復雜問題簡單化,結(jié)合信息進行必要的化學推理,形成系統(tǒng)認識復雜溶液體系的角度和視角.

3.3 研讀高考題,構(gòu)建思維模型,發(fā)展學科核心素養(yǎng)

筆者通過分析近年的高考題,發(fā)現(xiàn)題目都有似曾相識的感覺,通過加入碳酸氫銨或者碳酸銨實現(xiàn)沉錳、沉鐵、沉鈰、沉鎂的過程,其實考查的都是相同的核心知識、相同的原理、相同的反應類型、相同的設問方式.雖然題目非常相似,但每年都有創(chuàng)新,所以復習過程中學生要分析高考題,用好高考題,將同種類型的高考題放在一起分析和研究,總結(jié)歸納解決問題的思路和方法,以不變應萬變.

筆者運用逆向推理,從微觀上分析水溶液中復雜的平衡關系,厘清反應的主次,旨在幫助學生形成清晰的解題思路,快速準確地書寫水溶液中復雜體系的反應方程式.

(完)