基于学科大概念“化学变化是有条件的”结构化设计

北京 闫银权

“大概念”是为解决学生知识零散、记忆缺失、缺乏深刻理解等“表层学习”问题而提出的。《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》提出以发展化学学科核心素养为主旨，重视以学科大概念为核心促进学科核心素养的落实，强调教师在组织教学内容时应高度重视化学知识的结构化设计，尤其是应有目的、有计划地进行“认识思路”和“核心观念”的结构化设计。高三复习教学更应以大概念为核心，整合相关内容，聚焦关键问题，培养思维方法，提升学生的化学学科核心素养。

笔者在教学中发现化学反应发生的条件或原因是做题中易错的知识点，学生对这些内容往往存在一些认知误区。

【例1】加热NaI与浓H3PO4混合物可制备HI，说明H3PO4比HI酸性强。你认为合理吗？

【例2】下列物质与氢硫酸反应有沉淀生成的是

( )

A.硫酸铜 B.氢氧化钠

C.硫酸亚铁 D.二氧化硫

。

学生在回答以上问题时会出现模棱两可，不确定答案的情况。对于选定的答案不能准确说出其原因，认为有的反应违背了化学反应规律或条件。笔者由此发现学生对化学反应发生的条件存在认识误区。于是笔者对高中阶段化学反应发生的条件进行梳理，提炼出学科大概念——化学变化是有条件的，以此统领引导学生进行专题复习，通过诊断、剖析学生存在的误区，使知识结构化，形成学科大概念，发展学生的化学学科核心素养。

一、对“强制弱”规律的认识误区

【认识误区】只有强可以制弱，弱不能制强，这是典型的以偏概全。只看到物质的某个性质，而忽略物质的其他性质；只想到化学反应的一个方面，而没有从化学反应发生的整体去考虑。

因此，要全面、正确理解“强制弱”规律，教师需引导学生学会多角度分析物质性质，系统考虑化学反应，才能准确分析化学反应发生的条件。

二、对自发反应与非自发反应发生条件的认识误区

【例4】判断下列说法是否正确

1.ΔH<0，ΔS>0时，反应可以自发发生。

2.非自发反应不能发生。

3.非自发反应可以通过改变条件使其成为自发反应。

【认识误区】(1)只要是自发反应就可以发生。(2)只有自发的反应才可以发生，而非自发反应不会发生。这是将自发反应与反应的发生等同的错误认知。

总之，化学反应能否自发进行不是化学反应发生的必要条件，自发反应也不是化学反应发生的充分条件，要明确化学反应进行的方向与化学反应的发生是两个不同的概念。

三、对多重平行反应发生条件的认识误区

表1 实验方案及现象

(1)实验①向BaO2中滴加稀硫酸，出现白色沉淀，经检验为BaSO4，说明溶解度：BaO2>BaSO4。你认为结论是否正确？若正确，说明理由；若不正确请设计实验方案③证明BaO2和BaSO4溶解度的大小。

(2)结合实验②可得出什么结论？

【认识误区】学生认为(1)的结论是正确的，发生了沉淀的转化，根据“强制弱”原理，溶解度较大的物质转化为溶解度较小的物质。但只关注了多重反应发生的可能条件之一，未关注多重条件，并未找到反应发生的真正原因。

图1 实验方案③

【总结】多重平行反应发生的条件可能也是多重的，但并不都是反应发生的真正条件。教师要引导学生学会分析多重反应中的“主动”反应和“被迫”反应，“主动”反应具备发生的条件，是反应发生的真原因，而“被迫”反应是伪原因。面对问题，学生要学会通过已有知识、题设信息、对比实验等的综合应用去伪存真，找到多重反应发生的真原因。

四、对竞争反应发生条件的认识误区

竞争反应可分为两类：①体系中同种物质(微粒)可与其他2种以上的物质(微粒)发生反应，则存在多种物质反应的竞争；②相同的反应物，可以发生不同类型的反应，存在不同反应之间的竞争关系。第①类情况较为简单，其本质就是“强制弱”，强者先反应，在此不做过多讨论。第②类情况较为复杂，相同的反应物可以发生多个反应，到底发生哪个反应？是同时都发生？还是先发生哪个？本文主要讨论第②类情况。

【例6】(2019·北京卷·28改编)化学小组实验探究SO2与AgNO3溶液的反应。将足量SO2通入0.1 mol·L-1AgNO3溶液中。

(1)请预测SO2通入AgNO3溶液中会发生什么反应？

(2)反应得到无色溶液和沉淀，经检验沉淀为Ag2SO3。实验中SO2与AgNO3溶液发生反应的离子方程式是____________________。

(4)根据上述实验可得结论：____________________

。

【认识误区】学生从物质类别、价态角度分析，预测SO2通入AgNO3溶液可能发生沉淀反应和氧化还原反应。但不知道具体发生哪个反应，以及反应的先后顺序。学生认为既然都符合反应发生的条件，那都有可能发生，但找不到决定竞争反应发生的依据。可见学生对化学反应发生的条件的认识是零散的，没有将所学知识联系为一个系统，缺乏认识竞争反应发生条件的视角，仍按简单反应发生条件进行处理。

竞争反应的发生由反应的速率(活化能)、限度决定，速率快的反应先发生，而最终的反应产物由反应限度决定，得到反应限度大的反应产物。

五、对协同反应发生条件的认识误区

【例7】(2020·北京卷·17改编)回收废旧CPU中的单质Au(金)，Ag和Cu。

(1)金溶于浓盐酸、浓硝酸吗？溶于王水吗？为什么？

(2)用HNO3-NaCl混合液可以溶解金。①将溶金反应的化学方程式补充完整：

(3)关于溶金的下列说法正确的是________。

A.用到了HNO3的氧化性

B.王水中浓盐酸的主要作用是增强溶液的酸性

C.用浓盐酸与NaNO3也可使Au溶解

【认识误区】金是很不活泼的金属，不溶于盐酸、硝酸等酸，可以溶于王水，因为王水是浓盐酸和浓硝酸的混合物，氧化性比浓硝酸强，所以可以将金氧化而溶解。

协同反应包括耦合反应、辅助催化、连续反应等，反应体系中包含2个以上反应，它们协同“作战”，可以使难以发生的反应发生，或者加快反应速率等。

通过以上有关化学反应发生条件的分析，教师引导学生逐步建立如图2所示的认知体系，并提炼出化学学科大概念“化学变化是有条件的”。以此来加深学生对化学反应发生条件的认识，促进学生将零散的知识系统化、结构化，加强对知识的理解与应用能力，形成正确的变化观。

图2 “化学变化是有条件的”认知体系

化学变化是有条件的，物质本身的性质是化学变化的决定性条件，但其他反应条件也至关重要。如物质的浓度、反应体系的酸碱性、温度等都会影响物质的性质及化学反应的发生。教师可引导学生应用大概念“化学变化是有条件的”认识思路完成提升训练，体会化学反应发生的条件在高考中的考查。

【提升训练】

1.下列溶液中通入SO2一定不会产生沉淀的是

( )

A.Ba(OH)2B.Ba(NO3)2

C.Na2S D.BaCl2

。

有何启示？

3.工业上可由磷精矿湿法制备磷酸。已知：溶解度Ca5(PO4)3(OH)

。

4.探究Cu与浓盐酸能否发生反应。

(1)Cu与浓盐酸能发生反应产生氢气吗？为什么？

(2)如表2所示进行实验[硫酸与浓盐酸中c(H+)接近]。

表2 探究Cu与浓盐酸的反应条件

a.丙中气球变鼓是因为生成了________气体(填化学式)。

b.经检测，丙中反应后溶液中存在[CuCl4]3-。分析丙中反应能够发生的原因：

。

5.(2021·北京市学业水平等级性考试·19节选)(4)Ag分别与1 mol·L-1的盐酸、氢溴酸和氢碘酸混合，Ag只与氢碘酸发生置换反应，试解释原因：

。

6.(2021·浙江省1月选考·29)“氯碱工业”以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品，氯气是实验室和工业上的常用气体。请回答：

。

(2)工业上，常采用“加碳氯化”的方法以高钛渣(主要成分为TiO2)为原料生产TiCl4，相应的化学方程式为

结合数据说明氯化过程中加碳的理由：

。

【参考答案】1.D

2.> 溶液的酸碱性不同 物质氧化性的强弱与体系的酸碱性(环境)有关，有时酸碱性对物质氧化性的强弱可起到决定性作用

3.< 强酸制弱酸[因为溶解度：Ca5(PO4)3(OH)

4.(1)不能，在金属活动性顺序中，Cu位于H之后