董 軍 侯 春

(1.山東省淄博市教學(xué)研究室 255000;2.山東省淄博實(shí)驗(yàn)中學(xué) 255000)

侯春，女，高級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

一、化學(xué)計(jì)算是現(xiàn)代化學(xué)的三大支柱

現(xiàn)代化學(xué)的三大支柱是“化學(xué)理論、化學(xué)實(shí)驗(yàn)和化學(xué)計(jì)算”，化學(xué)理論是化學(xué)的核心和靈魂，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)研究的基本方式方法，而現(xiàn)代的化學(xué)計(jì)算已經(jīng)超出化學(xué)應(yīng)用的范疇，逐步成為研究化學(xué)的一種重要方式方法.

高考命題，在體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)方面探索創(chuàng)新，在考查關(guān)鍵能力方面推陳出新，既在襯托化學(xué)概念和化學(xué)理論的考查方面增光添彩，又在考查化學(xué)計(jì)算基本技能和思維能力方面濃墨重彩，使化學(xué)計(jì)算題在高考中?？汲Ｐ?、百花齊放、精彩紛呈.

二、化學(xué)計(jì)算是高考永恒主題，并推陳出新

現(xiàn)把2020年部分高考化學(xué)計(jì)算題(僅以全國三套試題和山東試題為例)匯總分析如下，供各位老師賞析.

類型1：“守恒”是“永恒”的主題

化學(xué)因其學(xué)科特點(diǎn)，“守恒”成為“永恒”的主題，年年必考.由于化學(xué)反應(yīng)的涉及面廣，所以，“守恒”在很多的方面都有表現(xiàn)，而往往被淹沒在具體的知識(shí)中.這就要求師生在學(xué)習(xí)過程中非常清析地認(rèn)識(shí)任何知識(shí)塊中是否含有“守恒”關(guān)系，如質(zhì)量守恒、原子守恒、能量守恒、得失電子守恒、化合價(jià)升降守恒、電中性原理等等，非常明確其“守恒”的計(jì)算方式，這樣才能在形式多樣的計(jì)算題中找到“守恒”計(jì)算的突破口.

例1[2020全國理綜Ⅲ.12(節(jié)選)]一種高性能的堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如圖1所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：

圖1

A. 負(fù)載通過0.04 mol電子時(shí)，有0.224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)

例2 [2020全國理綜I.27(節(jié)選)]為驗(yàn)證不同化合價(jià)鐵的氧化還原能力，利用圖2所示電池裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).電池反應(yīng)一段時(shí)間后，測得鐵電極溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1.石墨電極上未見Fe析出.可知，石墨電極溶液中c(Fe2+)=____.

圖2

例3[2020全國理綜Ⅰ.35(節(jié)選改編)]在Li0.8125FePO4中，n(Fe2+)∶n(Fe3+)=____.

說明例1和例2共同的特點(diǎn)就是已知在電池的一個(gè)極上發(fā)生了被描述的反應(yīng)，而要計(jì)算另一個(gè)電極上相關(guān)的物質(zhì)及其變化，這其中就是“得失電子守恒”成為橋梁.而例3是在同一個(gè)分子式中，“電中性原理”則是遵循的法則.

點(diǎn)評(píng)“守恒”大家都知道，但很多學(xué)生的考場上找不到“守恒”.這反映出平時(shí)的教學(xué)要挖掘“守恒”，平時(shí)的復(fù)習(xí)要總結(jié)“守恒”，平時(shí)的筆記中要突出“守恒”，解題思維要應(yīng)用“守恒”.只有認(rèn)識(shí)到“守恒”的重要性，在思想上和實(shí)際中應(yīng)用“守恒”，才能在頭腦中形成“守恒”意識(shí)，煉就一雙捕捉“守恒”的銳眼，才能在高考中“守恒”.

類型2：“轉(zhuǎn)化”是老知識(shí)、新要求

“物質(zhì)的轉(zhuǎn)化”在化學(xué)學(xué)科建立之初就已經(jīng)建詞，并且一直貫穿于學(xué)科知識(shí)及教學(xué)的始終，各類化學(xué)方程式就是最基本、最好的例證.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著化學(xué)對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)和價(jià)值越來越彰顯并被高度認(rèn)可，而被稱為“最具應(yīng)用性的學(xué)科”.在新課標(biāo)中，對(duì)化學(xué)的概念進(jìn)行了修正，把“轉(zhuǎn)化”融入其中.這一重大修改，必將在今年和今后的高考中彰顯“轉(zhuǎn)化”的價(jià)值.

例4 [2020全國理綜Ⅱ.28(節(jié)選)]CH4和CO2都是比較穩(wěn)定的分子，科學(xué)家利用電化學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)兩種分子的耦合轉(zhuǎn)化，其原理如圖3所示.若生成的乙烯和乙烷的體積比為2∶1，則消耗的CH4和CO2體積比為____.

圖3

例5 [2020全國理綜Ⅱ.26(節(jié)選)]一種有效成分為NaClO2、NaHSO4、NaHCO3的“二氧化氯泡騰片”，能快速溶于水，溢出大量氣泡，得到ClO2溶液.上述過程中，生成ClO2的反應(yīng)屬于歧化反應(yīng)，每生成1 mol ClO2消耗NaClO2的量為____mol.

點(diǎn)評(píng)“新信息化學(xué)(離子)方程式的書寫”是高考的必考項(xiàng)，因?yàn)榉匠淌降臅鴮懠仁潜貍渲R(shí)，也是基本技能，也是守恒思想的應(yīng)用.雖然從初中開始就學(xué)習(xí)根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算，但在高考中很多學(xué)生往往關(guān)注技巧方法，而多忘記了用化學(xué)方程式這個(gè)最根本的依據(jù)，這也與教師平時(shí)多總結(jié)什么規(guī)律和方法來簡化計(jì)算有直接關(guān)系.師生都應(yīng)建立“底線思維”，根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算是化學(xué)計(jì)算的萬能鑰匙、最后一招、鎮(zhèn)宅之寶.“新信息化學(xué)(離子)方程式的書寫”成為高考的必考項(xiàng)，除因?yàn)樗粌H考查必備知識(shí)，具有計(jì)算功能外，還集多項(xiàng)關(guān)鍵能力于一身；有信息，就涉及到“接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力”，不完全的信息，就凸顯了“分析問題和解決(解答)化學(xué)問題的能力”；在解決問題中，“理解與辨析能力”、“分析與推測能力”、“歸納與論證能力”和“探究與創(chuàng)新能力”都發(fā)揮的淋漓盡致.所以，“新信息、新情景方程式的書寫”是一個(gè)永恒的話題，是中學(xué)教學(xué)的必備形式，要經(jīng)常練習(xí)使學(xué)生在應(yīng)用“必備知識(shí)”解決具體問題的同時(shí)，練就并形成“關(guān)鍵能力”，從而洞察問題的本質(zhì)并予以科學(xué)成效的表示和解決.

類型3：常規(guī)計(jì)算、深度思維、青春永在

高考試題形式多樣，為什么還保留常規(guī)計(jì)算？我個(gè)人的理解：它是對(duì)重要的理論深化理解的必備程序，它是發(fā)展思維能力、提升思維品質(zhì)的磨刀石，它是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的好素材，它是引導(dǎo)教學(xué)的好方法.

在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，強(qiáng)調(diào)教學(xué)中“倡導(dǎo)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)”，而在《中國高考評(píng)價(jià)體系》中是“通過設(shè)置真實(shí)的問題情境”，而化學(xué)平衡理論是重要的基礎(chǔ)理論，工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用很多，都需要定量的分析；用蓋斯定律計(jì)算的結(jié)果涉及到的反應(yīng)的可能性，各種滴定的結(jié)果更是精準(zhǔn)控制的前提，所以，這部分內(nèi)容往往成為常規(guī)計(jì)算的熱點(diǎn).

例6 [2020全國理綜I.28(節(jié)選)]將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的氣體通入反應(yīng)器，在溫度t、壓強(qiáng)p條件下進(jìn)行反應(yīng).平衡時(shí)，若SO2轉(zhuǎn)化率為α，則SO3壓強(qiáng)為____，平衡常數(shù)Kp=____(以分壓表示).

例7 [2020全國理綜Ⅱ.28(節(jié)選)](1)乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應(yīng)：

相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)見表1(略)：

①ΔH=____kJ·mol-1.

③容器中通入等物質(zhì)的量的乙烷和氫氣，在等壓(p)下發(fā)生上述反應(yīng)，乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為α.反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=____(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算).

例8 [2020山東化學(xué)18(節(jié)選)]探究CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產(chǎn)率.以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：

ΔH1=-49.5kJ·mol-1

ΔH2=-90.4 kJ·mol-1

ΔH3

①ΔH3=____kJ·mol-1.

②一定條件下，向體積為VL的恒容密閉容器中通入1 mol CO2和3 mol H2發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，容器中CH3OH(g)為amol，CO為bmol，此時(shí)H2O(g)的濃度為____mol·L-1，反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)為____.

例9 [2020山東化學(xué)18(節(jié)選)]某FeC2O4·2H2O樣品中可能含有的雜質(zhì)為H2C2O4·2H2O、Fe2(C2O4)3，采用KMnO4滴定法測定該樣品的組成，實(shí)驗(yàn)步驟如下:

(1)取mg樣品于錐形瓶中，加入稀H2SO4溶解，水浴加熱至75℃.用cmol·L-1的KMnO4溶液趁熱滴定至溶液出現(xiàn)粉紅色且30s內(nèi)不褪色，消耗KMnO4溶液V1mL.

(2)向上述溶液中加入適量還原劑將Fe3+完全還原為Fe2+，加入稀H2SO4酸化后，在75℃繼續(xù)用KMnO4溶液滴定至溶液出現(xiàn)粉紅色且30s內(nèi)不褪色，又消耗KMnO4溶液V2mL.

樣品中所含H2C2O4·2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表達(dá)式為____.

說明這類試題是必考題型，往往用在需要多步運(yùn)算的重要的必備知識(shí)上.體現(xiàn)了“考查重點(diǎn)不回避”的命題特點(diǎn)，多步計(jì)算區(qū)分度很高，其原因一是知識(shí)方面的“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性”，二是思維品質(zhì)方面的邏輯性、深刻性和嚴(yán)密性.

點(diǎn)評(píng)對(duì)此類重點(diǎn)知識(shí)復(fù)習(xí)與備考，要原理來自于教材，但內(nèi)容不同于教材.無論是新授還是復(fù)習(xí)，都要在過程中深刻理解，靈活應(yīng)用；要防止學(xué)生“死讀書”，關(guān)鍵在于防止教師“教死書”.這還不僅是知識(shí)的理解和熟練的問題，也是對(duì)“以思維能力為核心的關(guān)鍵能力”培養(yǎng)的很好的素材和時(shí)機(jī)，依托重點(diǎn)知識(shí)培養(yǎng)關(guān)鍵能力是最好的方式方法.防止“眼高手低”，師生都要特別注意.經(jīng)常性的針對(duì)性訓(xùn)練，定期做幾道多步驟、多數(shù)據(jù)的計(jì)算題，既是鞏固必備知識(shí)，更是保持思維清晰、思維靈活、思維精準(zhǔn)、保持心算能力的好方法.

類型4：平衡計(jì)算，四重表征，素養(yǎng)為本，能力為先

化學(xué)平衡理論是最重要的化學(xué)基礎(chǔ)理論，既是知識(shí)重點(diǎn)，也是能力重點(diǎn)，是必備知識(shí)與是必考考點(diǎn).關(guān)于化學(xué)平衡的試題都是區(qū)分度很高的試題，也都是廣大師生關(guān)注的試題，所以，命題專家在平衡試題上費(fèi)盡了心血，力求讓全體考生在同一起跑線上，試題中創(chuàng)造性的新穎圖表則是試題的最大亮點(diǎn)，也是學(xué)生的區(qū)分點(diǎn)，半數(shù)學(xué)生因此掉隊(duì).

例10 [2020全國理綜Ⅱ.26(節(jié)選)]次氯酸為一元弱酸，其電離平衡體系中各成分的組成分?jǐn)?shù)與pH的關(guān)系如圖4所示.HClO的電離常數(shù)Ka值為____.

圖4

例11 [2020全國理綜Ⅲ.28(節(jié)選)]原料初始組成n(CO2)∶n(H2)=1∶3，在體系壓強(qiáng)為0.1MPa，反應(yīng)(成乙烯和水)達(dá)到平衡時(shí)，四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x隨溫度T的變化如圖5所示.根據(jù)圖中點(diǎn)A(440K，0.39)，計(jì)算該溫度時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=____(MPa)-3(列出計(jì)算式).

圖5

例12 [2020全國理綜I.13(節(jié)選)]以酚酞為指示劑，用0.1000 mol·L-1的NaOH溶液滴定20.00 mL未知濃度的二元酸H2A溶液.溶液中pH、分布系數(shù)δ隨滴加NaOH溶液體積VNaOH的變化關(guān)系如圖6所示.

圖6

B. H2A溶液的濃度為0.2000 mol·L-1

C. HA-的電離常數(shù)Ka=1.0×10-2

說明例10兩條明確物質(zhì)的曲線的“交點(diǎn)”的等值就解決了Ka值.例11由化學(xué)方程式可確定a線所示物質(zhì)是H2O，由其0.39的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，用“三量法”可求出其它物質(zhì)，進(jìn)而代入Kp.而例12三條曲線都有明確的的意義，由曲線③突變時(shí)的40mL可知c(H2A)=0.1000 mol·L-1，由曲線①②的起點(diǎn)數(shù)據(jù)，則可推知(或可代入表達(dá)式計(jì)算)Ka(HA-)=1.0×10-2.

點(diǎn)評(píng)圖表既包含物質(zhì)的種類，也表現(xiàn)反應(yīng)的趨勢，還顯現(xiàn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，從而定量的描述化學(xué)反應(yīng)及其進(jìn)程.所以，讀透圖表、讀出內(nèi)涵，建立物質(zhì)與曲線、反應(yīng)進(jìn)程與曲線的關(guān)系是解決此類問題的基礎(chǔ)性、前提性工作.現(xiàn)代技術(shù)促進(jìn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)方式方法的進(jìn)步，傳感器已經(jīng)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)配備.由此，對(duì)化學(xué)的描述已經(jīng)由“三重表征”升級(jí)為包括“曲線”的“四重表征”.包含圖表的新情景試題已經(jīng)成為現(xiàn)代高考的重要特征.所以，能否迅速而正確的讀透圖表，不僅決定了本題能否做出，而是直接決定了高考的成敗.《化學(xué)考試大綱》中把“接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力”列為化學(xué)學(xué)習(xí)三大能力之首，足以說明他的重要性.在化學(xué)專家對(duì)《中國高考評(píng)價(jià)體系》中“關(guān)鍵能力”的解讀中，也把“理解與辨析能力”放在首位，足見其基礎(chǔ)性.

化學(xué)平衡類的圖表信息選擇題，是多年來高考化學(xué)選擇題的壓軸題，此類題的立意高，在命題時(shí)充分融入核心素養(yǎng)之“變化觀念與平衡思想”和“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，對(duì)關(guān)鍵能力之“理解與辨析能力”、“分析與推測能力”和“歸納與論證能力”都有很高的要求，對(duì)中學(xué)教學(xué)有非常好的啟發(fā)和導(dǎo)向.

在化學(xué)平衡思想的指導(dǎo)下，充分認(rèn)識(shí)曲線的趨勢、特殊點(diǎn)的含義、與曲線相關(guān)的明確交點(diǎn)和標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的含義是讀圖的第一步；用化學(xué)平衡原理中相關(guān)概念的表達(dá)式、關(guān)系式、或是他們的組合式，去分析或應(yīng)用于圖示關(guān)系和數(shù)字，從而解決具體問題，這是難點(diǎn).這一系列的過程都是知識(shí)與能力的綜合體，都是核心素養(yǎng)的體現(xiàn)，需要教師科學(xué)的、細(xì)致的引領(lǐng)學(xué)生去學(xué)習(xí)，經(jīng)常性的讓學(xué)生自己全程做一些新形式、新信息、新情景的化學(xué)平衡類的圖表計(jì)算題，并自我總結(jié)感悟，才能促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡原理這一高難度的“必備知識(shí)”有深刻理解，才能逐步學(xué)會(huì)科學(xué)的讀圖識(shí)圖，才能逐步練就“關(guān)鍵能力”，才能在解決具體問題中提升“核心素養(yǎng)”.

三、來自高考試題的感悟

化學(xué)計(jì)算與化學(xué)概念和化學(xué)原理與生俱來，相輔相承，化學(xué)概念式、方程式、及各種關(guān)系式不僅表述物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，而且能夠精確定量.把“轉(zhuǎn)化”融入化學(xué)的概念之中，更而彰顯其價(jià)值，越來越多的新觀念、新反應(yīng)、新物質(zhì)、新手段的測量、新的表述方式等都將出現(xiàn)在高考試題中，而準(zhǔn)確提取出其反應(yīng)的原理，準(zhǔn)確的用化學(xué)原理、化學(xué)術(shù)語和各種關(guān)系式來定量表述，從而實(shí)現(xiàn)定性和定量兩個(gè)維度的深刻分析，正是《中國高考評(píng)價(jià)體系》中“應(yīng)用性”、“關(guān)鍵能力”、“必備知識(shí)”的融合體現(xiàn).

化學(xué)計(jì)算的數(shù)字化結(jié)果能夠很快的驗(yàn)證自己對(duì)化學(xué)概念和化學(xué)原理理解的正確程度，和思維的科學(xué)性、靈活性、嚴(yán)密性和深刻性，所以，對(duì)化學(xué)計(jì)算題不能看一眼感到會(huì)做而不做.化學(xué)計(jì)算是原理與推理的結(jié)合，是知識(shí)與思維的結(jié)合，是能力和素養(yǎng)的平臺(tái)，經(jīng)常性、規(guī)范性和全過程的進(jìn)行化學(xué)計(jì)算，不僅有利于深刻理解知識(shí)，還能使思維更敏捷、邏輯更清晰，所以，化學(xué)計(jì)算題是提高學(xué)生思維能力的催化劑.

新情景試題伴隨著時(shí)代發(fā)展而生，圖表式試題伴隨著科技發(fā)展和化學(xué)的“四重表征”而來，也必將伴隨著學(xué)生的學(xué)習(xí)和高考.應(yīng)用圖表的信息，提取其內(nèi)涵而與基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)合，本身就是學(xué)科素養(yǎng)之“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，大量的與化學(xué)平衡相關(guān)的各形特異的圖形曲線讓人眼花繚亂，但學(xué)科素養(yǎng)之“變化觀念與平衡思想”則是科學(xué)的火眼金睛.所以，用“必備知識(shí)”和“關(guān)鍵能力”來審視新圖表、研讀新情景、科學(xué)做好計(jì)算題，是鞏固與發(fā)展同步的捷徑，是助力能力與素養(yǎng)提升的好平臺(tái).