从必备知识、关键能力和核心素养的高度看高考化学计算题的命题与解题——简析2020年高考化学计算题

董 军 侯 春

(1.山东省淄博市教学研究室 255000;2.山东省淄博实验中学 255000)

侯春，女，高级教师，从事高中化学教学研究.

一、化学计算是现代化学的三大支柱

现代化学的三大支柱是“化学理论、化学实验和化学计算”，化学理论是化学的核心和灵魂，化学实验是化学研究的基本方式方法，而现代的化学计算已经超出化学应用的范畴，逐步成为研究化学的一种重要方式方法.

高考命题，在体现学科核心素养方面探索创新，在考查关键能力方面推陈出新，既在衬托化学概念和化学理论的考查方面增光添彩，又在考查化学计算基本技能和思维能力方面浓墨重彩，使化学计算题在高考中常考常新、百花齐放、精彩纷呈.

二、化学计算是高考永恒主题，并推陈出新

现把2020年部分高考化学计算题(仅以全国三套试题和山东试题为例)汇总分析如下，供各位老师赏析.

类型1：“守恒”是“永恒”的主题

化学因其学科特点，“守恒”成为“永恒”的主题，年年必考.由于化学反应的涉及面广，所以，“守恒”在很多的方面都有表现，而往往被淹没在具体的知识中.这就要求师生在学习过程中非常清析地认识任何知识块中是否含有“守恒”关系，如质量守恒、原子守恒、能量守恒、得失电子守恒、化合价升降守恒、电中性原理等等，非常明确其“守恒”的计算方式，这样才能在形式多样的计算题中找到“守恒”计算的突破口.

例1[2020全国理综Ⅲ.12(节选)]一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如图1所示，其中在VB2电极发生反应：

图1

A. 负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应

例2 [2020全国理综I.27(节选)]为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用图2所示电池装置进行实验.电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L-1.石墨电极上未见Fe析出.可知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=____.

图2

例3[2020全国理综Ⅰ.35(节选改编)]在Li0.8125FePO4中，n(Fe2+)∶n(Fe3+)=____.

说明例1和例2共同的特点就是已知在电池的一个极上发生了被描述的反应，而要计算另一个电极上相关的物质及其变化，这其中就是“得失电子守恒”成为桥梁.而例3是在同一个分子式中，“电中性原理”则是遵循的法则.

点评“守恒”大家都知道，但很多学生的考场上找不到“守恒”.这反映出平时的教学要挖掘“守恒”，平时的复习要总结“守恒”，平时的笔记中要突出“守恒”，解题思维要应用“守恒”.只有认识到“守恒”的重要性，在思想上和实际中应用“守恒”，才能在头脑中形成“守恒”意识，炼就一双捕捉“守恒”的锐眼，才能在高考中“守恒”.

类型2：“转化”是老知识、新要求

“物质的转化”在化学学科建立之初就已经建词，并且一直贯穿于学科知识及教学的始终，各类化学方程式就是最基本、最好的例证.随着科学技术的发展，随着化学对社会的贡献和价值越来越彰显并被高度认可，而被称为“最具应用性的学科”.在新课标中，对化学的概念进行了修正，把“转化”融入其中.这一重大修改，必将在今年和今后的高考中彰显“转化”的价值.

例4 [2020全国理综Ⅱ.28(节选)]CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图3所示.若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为____.

图3

例5 [2020全国理综Ⅱ.26(节选)]一种有效成分为NaClO2、NaHSO4、NaHCO3的“二氧化氯泡腾片”，能快速溶于水，溢出大量气泡，得到ClO2溶液.上述过程中，生成ClO2的反应属于歧化反应，每生成1 mol ClO2消耗NaClO2的量为____mol.

点评“新信息化学(离子)方程式的书写”是高考的必考项，因为方程式的书写既是必备知识，也是基本技能，也是守恒思想的应用.虽然从初中开始就学习根据化学方程式的计算，但在高考中很多学生往往关注技巧方法，而多忘记了用化学方程式这个最根本的依据，这也与教师平时多总结什么规律和方法来简化计算有直接关系.师生都应建立“底线思维”，根据化学方程式的计算是化学计算的万能钥匙、最后一招、镇宅之宝.“新信息化学(离子)方程式的书写”成为高考的必考项，除因为它不仅考查必备知识，具有计算功能外，还集多项关键能力于一身；有信息，就涉及到“接受、吸收、整合化学信息的能力”，不完全的信息，就凸显了“分析问题和解决(解答)化学问题的能力”；在解决问题中，“理解与辨析能力”、“分析与推测能力”、“归纳与论证能力”和“探究与创新能力”都发挥的淋漓尽致.所以，“新信息、新情景方程式的书写”是一个永恒的话题，是中学教学的必备形式，要经常练习使学生在应用“必备知识”解决具体问题的同时，练就并形成“关键能力”，从而洞察问题的本质并予以科学成效的表示和解决.

类型3：常规计算、深度思维、青春永在

高考试题形式多样，为什么还保留常规计算？我个人的理解：它是对重要的理论深化理解的必备程序，它是发展思维能力、提升思维品质的磨刀石，它是培养学生科学态度的好素材，它是引导教学的好方法.

在《普通高中化学课程标准》中，强调教学中“倡导真实问题情境的创设”，而在《中国高考评价体系》中是“通过设置真实的问题情境”，而化学平衡理论是重要的基础理论，工业生产实际应用很多，都需要定量的分析；用盖斯定律计算的结果涉及到的反应的可能性，各种滴定的结果更是精准控制的前提，所以，这部分内容往往成为常规计算的热点.

例6 [2020全国理综I.28(节选)]将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应.平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为____，平衡常数Kp=____(以分压表示).

例7 [2020全国理综Ⅱ.28(节选)](1)乙烷在一定条件可发生如下反应：

相关物质的燃烧热数据见表1(略)：

①ΔH=____kJ·mol-1.

③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压(p)下发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α.反应的平衡常数Kp=____(用平衡分压代替平衡浓度计算).

例8 [2020山东化学18(节选)]探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率.以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：

ΔH1=-49.5kJ·mol-1

ΔH2=-90.4 kJ·mol-1

ΔH3

①ΔH3=____kJ·mol-1.

②一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为amol，CO为bmol，此时H2O(g)的浓度为____mol·L-1，反应Ⅲ的平衡常数为____.

例9 [2020山东化学18(节选)]某FeC2O4·2H2O样品中可能含有的杂质为H2C2O4·2H2O、Fe2(C2O4)3，采用KMnO4滴定法测定该样品的组成，实验步骤如下:

(1)取mg样品于锥形瓶中，加入稀H2SO4溶解，水浴加热至75℃.用cmol·L-1的KMnO4溶液趁热滴定至溶液出现粉红色且30s内不褪色，消耗KMnO4溶液V1mL.

(2)向上述溶液中加入适量还原剂将Fe3+完全还原为Fe2+，加入稀H2SO4酸化后，在75℃继续用KMnO4溶液滴定至溶液出现粉红色且30s内不褪色，又消耗KMnO4溶液V2mL.

样品中所含H2C2O4·2H2O的质量分数表达式为____.

说明这类试题是必考题型，往往用在需要多步运算的重要的必备知识上.体现了“考查重点不回避”的命题特点，多步计算区分度很高，其原因一是知识方面的“基础性、综合性、应用性和创新性”，二是思维品质方面的逻辑性、深刻性和严密性.

点评对此类重点知识复习与备考，要原理来自于教材，但内容不同于教材.无论是新授还是复习，都要在过程中深刻理解，灵活应用；要防止学生“死读书”，关键在于防止教师“教死书”.这还不仅是知识的理解和熟练的问题，也是对“以思维能力为核心的关键能力”培养的很好的素材和时机，依托重点知识培养关键能力是最好的方式方法.防止“眼高手低”，师生都要特别注意.经常性的针对性训练，定期做几道多步骤、多数据的计算题，既是巩固必备知识，更是保持思维清晰、思维灵活、思维精准、保持心算能力的好方法.

类型4：平衡计算，四重表征，素养为本，能力为先

化学平衡理论是最重要的化学基础理论，既是知识重点，也是能力重点，是必备知识与是必考考点.关于化学平衡的试题都是区分度很高的试题，也都是广大师生关注的试题，所以，命题专家在平衡试题上费尽了心血，力求让全体考生在同一起跑线上，试题中创造性的新颖图表则是试题的最大亮点，也是学生的区分点，半数学生因此掉队.

例10 [2020全国理综Ⅱ.26(节选)]次氯酸为一元弱酸，其电离平衡体系中各成分的组成分数与pH的关系如图4所示.HClO的电离常数Ka值为____.

图4

例11 [2020全国理综Ⅲ.28(节选)]原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3，在体系压强为0.1MPa，反应(成乙烯和水)达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图5所示.根据图中点A(440K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp=____(MPa)-3(列出计算式).

图5

例12 [2020全国理综I.13(节选)]以酚酞为指示剂，用0.1000 mol·L-1的NaOH溶液滴定20.00 mL未知浓度的二元酸H2A溶液.溶液中pH、分布系数δ随滴加NaOH溶液体积VNaOH的变化关系如图6所示.

图6

B. H2A溶液的浓度为0.2000 mol·L-1

C. HA-的电离常数Ka=1.0×10-2

说明例10两条明确物质的曲线的“交点”的等值就解决了Ka值.例11由化学方程式可确定a线所示物质是H2O，由其0.39的物质的量分数，用“三量法”可求出其它物质，进而代入Kp.而例12三条曲线都有明确的的意义，由曲线③突变时的40mL可知c(H2A)=0.1000 mol·L-1，由曲线①②的起点数据，则可推知(或可代入表达式计算)Ka(HA-)=1.0×10-2.

点评图表既包含物质的种类，也表现反应的趋势，还显现相关的数据，从而定量的描述化学反应及其进程.所以，读透图表、读出内涵，建立物质与曲线、反应进程与曲线的关系是解决此类问题的基础性、前提性工作.现代技术促进了化学实验方式方法的进步，传感器已经进入标准配备.由此，对化学的描述已经由“三重表征”升级为包括“曲线”的“四重表征”.包含图表的新情景试题已经成为现代高考的重要特征.所以，能否迅速而正确的读透图表，不仅决定了本题能否做出，而是直接决定了高考的成败.《化学考试大纲》中把“接受、吸收、整合化学信息的能力”列为化学学习三大能力之首，足以说明他的重要性.在化学专家对《中国高考评价体系》中“关键能力”的解读中，也把“理解与辨析能力”放在首位，足见其基础性.

化学平衡类的图表信息选择题，是多年来高考化学选择题的压轴题，此类题的立意高，在命题时充分融入核心素养之“变化观念与平衡思想”和“证据推理与模型认知”，对关键能力之“理解与辨析能力”、“分析与推测能力”和“归纳与论证能力”都有很高的要求，对中学教学有非常好的启发和导向.

在化学平衡思想的指导下，充分认识曲线的趋势、特殊点的含义、与曲线相关的明确交点和标点的数据的含义是读图的第一步；用化学平衡原理中相关概念的表达式、关系式、或是他们的组合式，去分析或应用于图示关系和数字，从而解决具体问题，这是难点.这一系列的过程都是知识与能力的综合体，都是核心素养的体现，需要教师科学的、细致的引领学生去学习，经常性的让学生自己全程做一些新形式、新信息、新情景的化学平衡类的图表计算题，并自我总结感悟，才能促进学生对化学平衡原理这一高难度的“必备知识”有深刻理解，才能逐步学会科学的读图识图，才能逐步练就“关键能力”，才能在解决具体问题中提升“核心素养”.

三、来自高考试题的感悟

化学计算与化学概念和化学原理与生俱来，相辅相承，化学概念式、方程式、及各种关系式不仅表述物质的转化，而且能够精确定量.把“转化”融入化学的概念之中，更而彰显其价值，越来越多的新观念、新反应、新物质、新手段的测量、新的表述方式等都将出现在高考试题中，而准确提取出其反应的原理，准确的用化学原理、化学术语和各种关系式来定量表述，从而实现定性和定量两个维度的深刻分析，正是《中国高考评价体系》中“应用性”、“关键能力”、“必备知识”的融合体现.

化学计算的数字化结果能够很快的验证自己对化学概念和化学原理理解的正确程度，和思维的科学性、灵活性、严密性和深刻性，所以，对化学计算题不能看一眼感到会做而不做.化学计算是原理与推理的结合，是知识与思维的结合，是能力和素养的平台，经常性、规范性和全过程的进行化学计算，不仅有利于深刻理解知识，还能使思维更敏捷、逻辑更清晰，所以，化学计算题是提高学生思维能力的催化剂.

新情景试题伴随着时代发展而生，图表式试题伴随着科技发展和化学的“四重表征”而来，也必将伴随着学生的学习和高考.应用图表的信息，提取其内涵而与基础知识结合，本身就是学科素养之“证据推理与模型认知”，大量的与化学平衡相关的各形特异的图形曲线让人眼花缭乱，但学科素养之“变化观念与平衡思想”则是科学的火眼金睛.所以，用“必备知识”和“关键能力”来审视新图表、研读新情景、科学做好计算题，是巩固与发展同步的捷径，是助力能力与素养提升的好平台.