以真实情境为载体、学科关键能力为导向的试题命制——以2022年1月浙江省普通高校招生选考科目考试化学第29题为例

河北 李 畅 韩汝彩

(作者单位：河北衡水中学)

从2020年开始，浙江省高考将学业水平考试与选考科目考试功能分开，在选考试题中，充分体现了稳中有变的命题特点。试题以元素化合物相关知识为载体，突出对物质结构与性质、化学反应原理以及基本实验操作等化学核心内容的考查，问题设置在考查基础性的同时，也向学生展示了实际问题的综合性及化学知识的应用性，使其感受到化学的魅力，引导学生更广泛、更深入地了解化学。因此，教师在进行模拟题命制时，要关注高考试题的考查方式、考查内容以及考查角度，挖掘学科前沿文献素材进行原创试题研究，潜心凝练教学内容与试题考查的主题。本文以2022年1月浙江选择性考试第29题为模板，进行模拟题命制，展示命题思路如何呼应高考试题评价和考查主题，以期给广大教师提供一些命题启示。

一、浙江选考题再现及分析

1.选考题再现

(2022·浙江1月选考·29)工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。请回答：

(1)在C和O2的反应体系中：

①设y=ΔH-TΔS，反应1、2和3的y随温度的变化关系如图1所示。图中对应于反应3的线条是________。

图1

②一定压强下，随着温度的升高，气体中CO与CO2的物质的量之比________。

A.不变 B.增大 C.减小 D.无法判断

工业生产水煤气时，通常交替通入合适量的空气和水蒸气与煤炭反应，其理由是______________________。

①一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压)：p(CO)=0.25 MPa、p(H2O)=0.25 MPa、p(CO2)=0.75 MPa和p(H2)=0.75 MPa，则反应的平衡常数K的数值为________。

②维持与题①相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使CO的平衡转化率提高到90%，则原料气中水蒸气和CO的物质的量之比为________。

③生产过程中，为了提高变换反应的速率，下列措施中合适的是________。

A.反应温度愈高愈好 B.适当提高反应物压强

C.选择合适的催化剂 D.通入一定量的氮气

④以固体催化剂M催化变换反应，若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离，能量—反应过程如图2所示。

图2

用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理)：

步骤Ⅰ：______________________；

步骤Ⅱ：______________________。

【参考答案】(1)①a；②B

(2)水蒸气与煤炭反应吸热，氧气与煤炭反应放热，交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡，保持较高温度，有利于加快化学反应速率

2.选考题分析

化学反应原理题的常规考点主要包括化学反应中的能量变化、化学反应速率及化学平衡条件选择、化学平衡常数的计算、反应历程分析等。考查能力主要涉及读图析图能力、文字叙述、数学运算等。综合来说，试题的信息呈现形式多样化，重点考查学生利用所学的化学反应原理知识分析解决实际问题的能力，突出关注学生“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养的发展与落实。

二、模拟题命制及命制思路

1.模拟题、答案及解析

甲醇是结构最简单的饱和一元醇，被认为是重要的能源，在化工、医药、轻工、纺织以及运输等行业均有广泛的应用。因此，合成甲醇的研究备受关注。利用CO2羰基化合成甲醇，是实现“碳中和”、“碳达峰”的重要途径，合成路径如图3所示。请回答：

图3

(1)由图3可知，CO(结构式为C≡O)为原料也可以合成甲醇，其中一种路径分两步完成，请写出相应的化学反应方程式

步骤Ⅰ：______________________；

步骤Ⅱ：______________________。

(2)经查阅资料可知，CO2合成甲醇反应的能量路径示意图如图4所示：

图4 CO2合成甲醇反应能量路径示意图

①则CO2合成甲醇的总反应方程式的ΔH=________。

②一定压强下，随着温度的升高，CO2合成甲醇的平衡常数K的变化趋势为________。

A.不变 B.增大 C.减小 D.无法判断

①一定温度下，在密闭容器中只进行此反应，若反应后测得各组分的体积分数：x(CO)=0.2、x(H2O)=0.2、x(CO2)=0.3和x(H2)=0.3，则反应的平衡常数K的数值为________。

②维持与题①相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使CO的平衡转化率提高到80%，则原料气中水蒸气和CO的物质的量之比为________。

(4)已知在2.0 MPa、240℃条件下，催化剂性能与合成甲醇的原料气组成的关系如表1所示。

表1 催化剂性能与原料气组成的关系

由表中数据可知，原料气中随着CO含量的增加，甲醇选择性显著提高但二氧化碳转化率显著下降，试分析可能原因______________________。

(2)-122.8 kJ·mol-1；C

(3)2.25；20∶9

(4)一方面CO占据催化剂表面的活性位点，该活性位点可能是逆水煤气变换反应作用的活性位点，使二氧化碳转化率下降，从而使甲醇的选择性提高；另一方面CO在催化剂作用下与氢气反应生成甲醇使甲醇的产率提高

【命题意图】本题考查化学反应原理。考查化学方法及分析能力；考查宏观辨识与微观探析的核心素养。

2.命制思路

近年来，《中国高考评价体系》要求高考试题的命制要更加关注情境素材的内部优化以及关键能力的全面考查，更加注重学生核心素养的落实。上述试题正是基于《中国高考评价体系》要求的命题案例，笔者总结了以下几点命题思路供广大教师们参考。

2.1 选取真实的情境素材，正向引导教学方向

本题选用二氧化碳合成甲醇的真实化学工艺理论计算及实验实施，该素材整合了理论角度的合成路径分析，从能量角度、断键角度以及中间产物和副反应发生的可能性进行了理论计算，又结合具体的实验过程，通过控制温度、投料比、压强等影响因素进行实验，得出符合工业生产的最佳实验条件。既有理论性的计算数据作为方向指导，又有真实可操的实验数据作为支撑，保证了素材的真实性及科学性，同时又展示了我国科研工作者在“碳达峰”“碳中和”方面做出的努力和贡献，激发学生对化学学科的学习兴趣。新颖而真实的情境素材设置有利于考查学生的创新性思维以及信息转化能力，有利于引导教师教学向素养视域下的教学方向转变。笔者从模拟题的情境内容属性、情境呈现形式及情境熟悉度等角度进行统计，具体见表2。

表2

2.2 图表信息再加工，完善试题呈现方式

文献中的图像往往需要加工后，才能符合高中学生的认知特点，与高中化学知识、能力、素养考查相匹配。因此，教师在命制试题时需有效捕捉素材中的可用信息，将关键步骤的产物及能量变化转换成清晰简洁、指向性明确的图表信息，这是原创试题命制的关键步骤。笔者以2021年11月发表在《广州化工》上的文献《CO/CO2羰基化合成甲醇的理论研究》为重点参考文献，选取了其中CO/CO2羰基化合成甲醇的反应机理图，以及CO2合成甲醇反应能量路径示意图，删减了其中的路径表示以及复杂的计算数据；另外，笔者还选取了发表于《分子催化》第12卷第3期的《提高CO2加氢合成甲醇选择性的研究》中催化剂性能与原料气组成的关系图表，删减了表中字母符号的表示，改编为文字叙述，以便于学生理解和分析实验数据。

2.3 设置梯度性问题，重视进阶式考查

这一阶段最重要的是教师要明确《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)中在化学反应原理部分对学生的必备知识、关键能力以及学科素养的考查要求，然后根据高考试题中的高频考点进行归纳。模拟题对学生的必备知识、关键能力、学科素养以及考查要求分析如表3所示。

表3

模拟题在核心考点的问题设置，尽量与高考题的考查内容一致，但考查方向和设问角度略有不同。考查深度从低阶思维——分析图像获得答案，到高阶思维——结合图像及数据分析并加工成文字叙述表达出来，紧扣学科素养和关键能力，建立起新旧知识之间的联系，实现多模块的综合考查，增强学生分析问题、解决实际问题的能力。

三、命题感悟及教学建议

《课程标准》在教学与评价建议中强调“教—学—评”一体化，充分发挥评价促进学生化学学科核心素养全面发展的功能。笔者从评价的角度，以浙江省选考试题为研究背景，以模拟题命制为切入口，探讨“教—学—评”一体化教学理念下的化学反应原理的教学。

坚持理论联系实际，教师需真正从真实情境出发，促进学生化学学科知识的迁移和能力的发展。化学是一门自然科学，更是一门与社会、生产、生活息息相关的学科。教师在进行教学活动时要努力实现从生活和生产的角度进行教学，打破课堂与实际生活的界限，培养学生从实际生活生产中抽取化学模型的能力，加强学生理论联系实际的能力，缩短理论知识与实际实践操作之间的距离，让学生真正体会化学学以致用的魅力。

凝练学科核心素养，注重对学生关键能力的培养，凸显学科的育人价值。笔者通过对高考试题的研究发现，试题的命制往往既有创新又有传承，高考试题也会对往届试题或模拟试题结合社会热点进行重新包装和加工，进行深度的挖掘和拓展。因此教师在进行化学反应原理部分的教学过程中，研究高考题及模拟题，并针对已有素材进行不同角度的改编，引导学生在“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”等核心素养方面增加思维认知的维度、拓展认识的深度，将所学知识灵活自如的应用到实际问题的解决中，将会使高三备考更有针对性。