高考化学计算核心能力的培养

赵永刚

(安徽省宿城第一中学)

化学计算不是化学知识和数学计算的简单拼凑,它以数学计算思维为载体,将化学原理贯穿其间.纵观各地高考试卷,更多侧重于实际问题的解决,明确回答了“为什么考”的问题,即“立德树人、服务选才、引导教学”.围绕着“一核四层四翼”的高考评价体系,笔者对如何培养学生的化学计算能力进行简单阐述.

1 关于阿伏加德罗常数的计算

例1(2021年全国甲卷)NA为阿伏加德罗常数的值.下列叙述正确的是( ).

A.18g重水(D2O)中含有的质子数为10NA

B.3mol的NO2与H2O 完全反应时转移的电子数为4NA

C.32g环状S8()分子中含有的S—S键数为1NA

D.1LpH＝4的0.1mol·L－1K2Cr2O7溶液中离子数为0.1NA

分析此题涉及原子结构、电子转移、化学键、离子数目等微观粒子的计算.选项A,学生要了解同位素及质子数、中子数、质量数的关系等相关知识.选项B涉及化学方程式的书写,应具备NO2转化为HNO3和NO 的符号表征能力,要了解微观看不见的电子与宏观可分析的化合价之间的推算.选项C 考查陌生物质共用电子对的知识,可以从水分子或者过氧化氢中O—O 单键迁移到S—S单键.选项D,学生应掌握变化观念与平衡思想,认识盐类水解是有一定限度的,并会运用平衡移动原理解决实际问题,即K2Cr2O7在水溶液中发生水解,其离子浓度相应减小.答案为C.

有关阿伏加德罗常数的计算突出了高考考查的基础性、综合性.解决这类问题,学生必须要打好基础,要学会从不同层次认识物质的多样性,并对物质进行分类;能从元素和原子、分子角度认识物质的组成、结构、性质和变化,形成“结构决定性质”的观念,找到宏观和微观的桥梁,结合相应的视角去分析与解决实际问题.

2 物质转化的有关计算

例2(2022年1月浙江卷)某同学设计实验确定Al(NO3)3·xH2O 的结晶水数目.称取样品7.50g,经热分解测得气体产物中有NO2、O2、HNO3、H2O,其中H2O 的质量为3.06 g;残留的固体产物是Al2O3,质量为1.02g.计算:

(1)x＝________(写出计算过程).

(2)气体产物中n(O2)＝________mol.

分析此题的解题思路是利用物质的变化与守恒思想列出方程式,并代入数据即可求解.

由题意可知反应方程式为

列出关系式即可求出答案.

答案(1)9.(2)0.0100.

这类试题属于常规题,没有太多的计算技巧,物质间的转化关系也不太难,考查基础知识.在过去的十几年里,绝大部分地区均采用了理科综合的考试模式,往往计算过程被省略了,给人感觉是只重结果,不重过程.随着新课程改革的推进,单科的考查又重新把计算过程的推演搬回考题中,这也是对计算过程思路的基础性、重要性的肯定.

3 有关滴定的计算

例3(2021 年湖南卷,节选)步骤Ⅱ.产品中NaHCO3含量测定.

①称取产品2.500g,用蒸馏水溶解,定容于250mL容量瓶中;

②移取25.00mL 上述溶液于锥形瓶,加入2滴指示剂M,用0.1000mol·L－1盐酸标准溶液滴定,溶液由红色变至近无色(第一滴定终点),消耗盐酸V1mL;

③在上述锥形瓶中再加入2滴指示剂N,继续用0.1000mol·L－1盐酸标准溶液滴定至终点(第二滴定终点),又消耗盐酸V2mL;

④平行测定3次,V1平均值为22.45,V2平均值为23.51.

……

(3)指示剂N 为_________,描述第二滴定终点前后颜色变化_________.

(4)产品中NaHCO3的质量分数为________(保留3位有效数字).

(5)第一滴定终点时,某同学俯视读数,其他操作均正确,则NaHCO3质量分数的计算结果_________(填“偏大”“偏小”或“无影响”).

分析此题要求学生掌握的必备知识有:根据反应原理选择正确的指示剂,盐类的水解知识、多步反应的计算,误差分析等知识.该滴定的过程为Na2CO3→NaHCO3→NaCl＋CO2.指示剂的选择要依据溶液的酸碱性,滴定过程随盐酸的滴入,对应的产物及pH 可用数轴表示,如图1所示.

图1

根据指示剂变色点,M 为酚酞,N 为甲基橙,故

最后误差分析作图即可分析出第一数据偏小,则2次滴定之差偏大,结果亦偏大.

答案(3)甲基橙;由黄色变橙色,且半分钟内不褪色.(4)3.56%.(5)偏大.

在新课标教材中,渗透了许多从事与化学有关的职业内容.因此,学生既要掌握纸面的计算、理论的分析,还要强化实验的动手能力,真正掌握有关知识及基本技能.

4 反应热焓变、混乱度熵变的比较与计算

例4(2022年1月浙江卷,节选)在C和O2的反应体系中:

反应1:C(s)＋O2(g)＝CO2(g) ΔH1＝－394 kJ·mol－1.

反应2:2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g)ΔH2＝－566kJ·mol－1.

反应3:2C(s)＋O2(g)＝2CO(g) ΔH3.

设y＝ΔH－TΔS……图2中对应于反应3的线条是________.

图2

分析该题考查盖斯定律的应用以及吉布斯自由能的判断.首先需要对ΔH3进行求算.由反应1的2倍减去反应2可得反应3,即ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝－222kJ·mol－1.由于该反应是气体增加的反应,ΔS＞0,随着温度的升高,y减小.

答案a.

该题难度不大,但考查全面,体现了高考评价体系的基础性.在往年的高考试题中,对于ΔS的考查比较少,让很多教师和学生产生错觉,这个知识点课本上有但考试不考,可能是无用的知识.然而,这道试题给了我们一个明确的信号,对我们今后的教学和学习起了一个明确的指导作用.

课程改革是一件永远不会停止的事情,社会在变化,我们面对的学生也在变化,但唯一不变的是,以学生为本的教学理念.如何提高学生的化学计算核心能力是我们一直都在思考的问题,这包含了很多方面,比如计算方法,学生需要灵活掌握科学的化学思维和计算思维,比如守恒法、差量法、控制变量法等;比如信息处理能力,学生在阅读题目的过程中,特别是题目较长、条件较多时,更要清晰了解化学情境,精准抓住题设条件,找到解题的切入口;再比如意志力,很多学生在考试中常常放弃计算题,最大一个问题就在于平时练习中,习惯性依赖教师给出解题方法,而不是独立思考,努力解决问题,久而久之,在考试中就习惯性地回避计算题,但要拿到高分,平时教学中提高学生的计算能力是非常必要的.

(完)