謝 瑾

(廣東省中山市古鎮(zhèn)高級中學)

“主題單元教學”是讓學生接觸與教學主題相關的各種學習內(nèi)容,進而掌握關于高中化學知識的一般規(guī)律與特例,形成以點帶面、以線促面的教學模式?！爸黝}式命題”是高考試題命制的一種比較常見的方式,其命制的試題會對某一個主題進行多角度和多考點的設問,以達到檢測學生學科能力和學科素養(yǎng)的命題目的?！爸黝}單元教學”與“主題式命題”的本質(zhì)是一致的,在高三復習備考的背景下,通過“主題單元教學”來促進學生適應新高考“主題式命題”的需求。

一、研究背景

(一)新高考化學教材選修模塊的地位變更

2023年,2019年出版的人教版新教材(簡稱新教材)將亮相廣東省高中化學學業(yè)水平選擇性考試。其中《物質(zhì)結構與性質(zhì)》 《有機化學基礎》兩個模塊從二選一,變成了兩個必選。模塊數(shù)量的增多,不僅增加了高三化學復習備考的容量,而且這種特殊的考情,迫使高三教師對自己的備考資料進行有效的“壓縮處理”。這種“壓縮處理”不是簡單的堆積,而是邏輯關系的調(diào)整和效率的提升。

(二)高考化學試題主題式命題的思路分析

為了找準備考方向,筆者對其他先行自主命題的省份的近兩年高考試題進行研究,發(fā)現(xiàn)“主題式命題”仍是廣東省內(nèi)外高考化學試題命制的潮流所在?，F(xiàn)就2022年廣東卷中的第18題進行分析。

(2022年廣東卷,18題)稀土(RE)包括鑭、釔等元素,是高科技發(fā)展的關鍵支撐。我國南方特有的稀土礦可用離子交換法處理,一種從該類礦(含鐵、鋁等元素)中提取稀土的工藝如下:

已知:月桂酸(C11H23COOH)熔點為44℃;月桂酸和(C11H23COO)3RE均難溶于水。該工藝條件下,稀土離子保持+3價不變;(C11H23COO)2Mg的Ksp=1.8×10-8;Al(OH)3開始溶解時的pH為8.8;有關金屬離子沉淀的相關pH見下表。

離子Mg2+Fe3+Al3+RE3+開始沉淀時的pH8.81.53.66.2～7.4沉淀完全時的pH/3.24.7/

(1)“氧化調(diào)pH”中,化合價有變化的金屬離子是________。

(2)“過濾1”前,用NaOH溶液調(diào)pH至________的范圍內(nèi),該過程中Al3+發(fā)生反應的離子方程式為________。

(3)“過濾2”后,濾餅中檢測不到Mg元素,濾液2中Mg2+濃度為2.7 g·L-1。為盡可能多地提取RE3+,可提高月桂酸鈉的加入量,但應確?！斑^濾2”前的溶液中c(C11H23COO-)低于________mol·L-1(保留兩位有效數(shù)字)。

(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3+溶出、提高產(chǎn)率,其原因是________。

②“操作X”的過程為:先________,再固液分離。

(5)該工藝中,可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有________(寫化學式)。

(6)稀土元素釔(Y)可用于制備高活性的合金類催化劑Pt3Y。

①還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時,生成1 mol Pt3Y轉移________mol電子。

②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時,能在堿性溶液中高效催化O2的還原,發(fā)生的電極反應為________。

【答案】(1)Fe2+

(3)4.0×10-4

(4)①可增加其溶解度并加快溶解速率 ②冷卻結晶

(5)MgSO4、C11H23COONa

從圖1可以看出,該考題以稀土元素及其化合物的性質(zhì)為考查載體,考查了多個模塊的化學知識和多個化學學科素養(yǎng)。其中包括以“微觀探析” “宏觀辨識”和“變化觀念”素養(yǎng)為考查目的對“離子反應” “氧化還原反應”和“電化學基礎”的考查角度,以及以“平衡思想” “模型認知” “證據(jù)推理”素養(yǎng)為考查目的對“離子平衡”和“實驗基本操作”的考查角度。(見圖1)

圖1 2022年廣東卷中的第18題命題思路

這種命題模式不僅在廣東卷出現(xiàn),在全國其他省份的高考化學試卷中也比較常見。其他先行自主命題的省份的試題中還有將“物質(zhì)結構與性質(zhì)”知識模塊融入該類試題的情況。

(三)元素及其化合物復習的備考特點

高三的復習備考本來就是一個龐大的系統(tǒng)工程,大量的知識需要轉換形式再次呈現(xiàn)在學生的面前,如何讓學生即便是“風景舊曾諳”,也能有“無邊光景一時新”的樂趣,相信這是每一個高三一線教師在備課過程中一直會思考的問題。加上今年的高三化學備考需要處理的知識點增多,化學教師急需一個可以增效提速的備考方式來處理繁雜的知識體系。

元素及其化合物的備考尤顯“難”和“繁”。“難”是因為考查角度常常是多重的。它們只是一個載體,呈現(xiàn)出來的卻是綜合性強、多模塊融合的外觀。這種外觀,常常讓學生無從下手,出現(xiàn)“看著容易,就是答不對”或者是“看到答案,才發(fā)現(xiàn)很容易”的現(xiàn)象?！胺薄笔且驗樵丶捌浠衔锏目键c多。雖然新課標刪去了對部分元素的要求,但涉及的各種物質(zhì)的性質(zhì),仍需占據(jù)學生一部分的記憶空間,時常還讓學生感覺零散難成系統(tǒng)。若沒有很好地向?qū)W生解釋各種物質(zhì)的性質(zhì)和變化背后的原理,就會出現(xiàn)散亂無規(guī)律、學不能致用的困局。

綜上所述,今年的高三復習背景有備考知識量增加、高考試題的“主題式命制”以及高三復習備考需要高效的特點,若要破局,需要高三教師對教學思路做出改進。

二、教學案例

針對目前的復習備考背景,筆者在部分元素及其化合物的復習課中重組了教學內(nèi)容,以精選的主題帶入多模塊考點融合,把已有的知識進行再架構,解決新問題,促進學生的深度學習,把教學的重點指向?qū)W生、指向化學學科的本質(zhì)?，F(xiàn)以“氯氣與水的反應”為例,從物質(zhì)結構、離子反應、化學平衡、氧化還原反應、離子平衡、實驗探究6個角度對其復習備考進行構建,其知識整合框架如圖2。總體設計是從簡單到復雜,兼顧多元學科素養(yǎng)和多個模塊知識。

圖2 知識整合框架

環(huán)節(jié)一:物質(zhì)結構角度,微觀結構提領全局

問題討論1:Cl2與水反應中各分子結構的變化?

微觀探析:水分子中帶負電荷的羥基部分與氯氣中一個Cl原子結合為次氯酸分子,剩余帶正電荷的H原子與另一個Cl原子結合為HCl分子。

設計說明:從物質(zhì)結構的角度對相關物質(zhì)的微觀結構及其變化進行分析,能更加深刻地把握其發(fā)生化學變化的原理及產(chǎn)物性質(zhì)的來由。

環(huán)節(jié)二:氧化還原角度,模型推導微觀變化

問題討論2:該反應的電子轉移情況如何?都是形成單鍵,兩種產(chǎn)物中Cl原子的價態(tài)為什么不同?(已知電負性:H是2.1,Cl是3.0,O是3.5)

模型推導:次氯酸分子中的Cl和O原子成鍵時由于電負性較低而顯+1價,HCl分子中的Cl和H原子成鍵時由于電負性較大而顯-1價。

設計說明:從電負性規(guī)律和微觀結構推導化合價和電子轉移情況,讓學生從本質(zhì)上理解該歧化反應的特點。

環(huán)節(jié)三:離子反應角度,變化觀念、模型認知

問題討論3:反應中涉及的微粒都是電解質(zhì)嗎?有強電解質(zhì)嗎?如何表示出其中區(qū)別?氯氣溶于水的過程OH-濃度如何變化?

模型認知:強酸、強堿和可溶性鹽能在水溶液中拆分為離子符號表示其組成。

變化觀念:次氯酸是弱酸,主要以分子形式存在,HCl是強酸,主要以H+和Cl-存在,H+的濃度上升,抑制水的電離,導致OH-的濃度下降,最終c(H+)>c(OH-)。

設計說明:從強、弱電解質(zhì)的類別分析微粒種類的變化,從離子反應的角度認識氯水成分的多樣性,為氯水性質(zhì)的推導和后期的定量計算做好鋪墊。

環(huán)節(jié)四:化學平衡角度,證據(jù)推理、平衡思想

問題討論4:飽和氯水中離子濃度大小順序如何?[已知:常溫常壓下Kw=1.0×10-14;Ka(HClO)=4.0×10-8;1體積的水約溶解2體積的Cl2,忽略溶解前后水的體積變化;氣體的摩爾體積約為24.5 L/mol。假設已溶氯氣有80%與水反應]

證據(jù)推理:已知:Cl2～HClO則

次氯酸和水分子都是部分電離,但

即c(ClO-)>c(OH-),所以離子濃度為c(H+)>c(Cl-)>c(ClO-)>c(OH-)。

問題討論5:氯水的哪些性質(zhì)與該平衡的移動有關?

平衡思想:1.新制氯水呈淺黃綠色,久置后顏色變淺,且失去漂白性;2.飽和食鹽水中Cl-濃度大,抑制Cl2與水繼續(xù)反應;3.用NaOH溶液吸收Cl2,是因為HClO和HCl被NaOH中和而濃度下降,促進了Cl2與水繼續(xù)反應,同理,用堿液吸收Cl2制取的漂白液和漂白粉中含有的有效氯更多;4.鹽酸與漂白液混合產(chǎn)生Cl2,是因為H+的濃度增大,促進該平衡逆向移動。

設計說明:從平衡常數(shù)定量計算和宏觀的實驗現(xiàn)象尋找平衡移動存在的依據(jù),讓學生能強化證據(jù)推理的能力。

環(huán)節(jié)五:離子平衡角度,定量推理、定量分析

問題討論6:飽和氯水完全失去漂白效果后,溶液的主要成分是什么?濃度約為多少?(已知:常溫常壓下,1體積的水約溶解2體積的Cl2,氣體的摩爾體積約為24.5 L·mol-1)

問題討論7:在氯水中分別加入NaHCO3固體、Na2CO3固體后的溶液中的HClO濃度是否都增加?[已知:Ka1(H2CO3)=4.5×10-7;Ka2(H2CO3)=4.7×10-11;Ka(HClO)=4.0×10-8]

設計說明:從數(shù)據(jù)分析的角度判斷化學反應發(fā)生的可能性,加深學生對化學性質(zhì)的理解。

環(huán)節(jié)六:實驗探究角度,科學探究、合理預測

實驗1:將氯水滴入紅色的NaOH和酚酞混合溶液。

問題討論8:紅色的NaOH和酚酞混合溶液褪色原因是什么?設計實驗證明。

假設1:Cl2與水生成的酸性物質(zhì)中和了OH-,導致紅色褪去;

假設2:Cl2與水生成的氧化性物質(zhì)破壞了酚酞的結構,導致紅色褪去。

科學探究:氯水中的氧化性物質(zhì)有Cl2和HClO,所以證明是否因為酸性使紅色褪去更簡單,只需在褪色溶液中滴加過量的NaOH,觀察溶液是否恢復紅色即可。

設計說明:通過對褪色原因的分析(酸堿中和、酚酞被氧化),鞏固氯水的成分及性質(zhì),提出可能的驗證方案,提升學生分析問題的能力。

三、結束語

用高考真題采用的主題式命制模式來進行高三化學復習課構建,有其益處。首先,主題式命制的復習課可以讓學生對學科知識建立一個完整的邏輯體系,涉及的知識散而不亂,也能有一個理論和實際相結合的體驗經(jīng)歷。其次,主題式命制的復習課把核心知識進行多次滾動出現(xiàn),避免出現(xiàn)學生學了后邊的又忘記前面的局面。

基金項目:本文系廣東省中山市教育科研2020年度一般項目“基于‘素養(yǎng)診斷’的高中化學‘當堂檢測’試題設計研究”(立項課題編號:B2020157)的階段性研究成果。