问题情境清新脱俗 关键能力创新考查——2022年高考全国乙卷理综第13题评析

张安荣 王志庚(正高级教师)

(1.山西省临汾市第一实验中学 2.河北省唐山市教育局教研室)

题目(2022年全国乙卷第13题)常温下,一元酸HA 的Ka(HA)＝1.0×10－3.在某体系中,H＋与A－不能穿过隔膜,未电离的HA 可自由穿过该膜,如图1所示.

图1

设溶液中c总(HA)＝c(HA)＋c(A－),当达到平衡时,下列叙述正确的是().

A.溶液Ⅰ中c(H＋)＝c(OH－)＋c(A－)

C.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)不相等

D.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c总(HA)之比为10－4

分析本题以HAc溶液中的电离平衡及移动为素材,以通过“膜”隔离的2份pH 不同的溶液为情境,从电荷守恒、电离度计算、微粒浓度的大小判断和溶液中的HAc总浓度之比的计算等角度进行设问,突出考查了学生的理解与辨析、分析与推测、归纳与论证等关键能力.

1 知识分析——确定考查对象、知识点和化学原理

根据题意,一元酸HA 的电离常数很小,故为弱酸,在溶液中存在电离平衡:

在达到电离平衡时,其电离平衡常数为

数值均为平衡浓度.在HA 酸中,电离度等于已电离的A－与电离之前总的HA 浓度之比:

2 研究装置图像——知含义、感受题目的创新性

我们以前接触过的“膜”多为离子交换膜,用在电化学装置中,本题没有电极,不是电化学反应装置,这是题目的“清新”之处;“离子交换膜”也变成了仅中性的“HA 分子”可以自由通过,H＋与A－不能通过;微粒迁移的推动力,也由“电性引力推动”变为“浓差推动”,这是题目的“脱俗”之处.

3 设问分析——抓本质,避陷阱,灵活思考,不落俗套

选项A,考查学生的“理解与辨析”能力.

根据题目附图,溶液Ⅰ、Ⅱ均含HA,那么都是纯的HA 溶液吗? 常温下,溶液Ⅱ的pH 为1.0,可以假设为pH＝1.0的HA 溶液.

常温下,HA 溶液为弱酸性,pH＜7.溶液Ⅰ的pH＝7.0,可以理解为在HA 的溶液中,加入了某些与HA 反应的碱性物质——碱或强碱弱酸盐,因此溶液Ⅰ并不是纯的HA 溶液,除了水分子、HA 分子、H＋、A－和OH－外,还一定有阳离子(如Na＋).

HA 不断稀释,也可能无限接近pH＝7.0,相当于纯水,没有意义,本文不予讨论.

由于溶液Ⅰ的pH＝7,所以c(H＋)＝c(OH－),则c(H＋)＝c(OH－)＋c(A－)不正确.若使等式成立,必须在左侧增加一种阳离子(如Na＋),这样就变为了电荷守恒式,即c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(A－).选项A 错误.

点评pH＝7 时,c(H＋)＝c(OH－)＝1.0×10－7mol·L－1,必有别的阳离子来平衡A－所带的负电荷,所以本选项比较简单.但本选项由于图像只标明HA,未标明中和时所加物质,容易诱导学生当作纯的HA 溶液处理从而误选A.

选项B,考查学生的“分析与推测”能力.

点评本选项容易因计算能力不足,对题意理解不到位而掉进陷阱.若学生的数学能力比较好,溶液Ⅱ中HA 的电离度,可理解为

这很容易完成,从而快速判断出选项B正确.

选项C,考查学生的“归纳与论证”能力.

根据题意,未电离的HA 可以自由穿过隔膜,那么假设时间足够长,则两边的HA 会不断扩散,直到浓度相等.故溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)相等,选项C错误.

点评在自然界普遍存在着“扩散”现象.气体、溶液中的微粒,甚至固体中,都存在着“高浓度”向“低浓度”扩散的普遍现象,直到浓度相等.

溶液中粒子的扩散是溶液的基本性质,溶液中的微粒,如分子、离子等,都存在着由于热运动而产生的物质迁移现象,微粒的扩散主要由浓差、温差和湍流运动引起,直到浓度相等.

选项D,考查学生的“读取信息和处理信息”能力.

要求出溶液Ⅰ和Ⅱ中的c总(HA)之比,则需分别求出溶液Ⅰ和溶液Ⅱ中的c总(HA),再求出其比值.

在常温下,溶液Ⅰ的pH＝7.0,则

由题意可得

代入电离平衡常数表达式可得

溶液Ⅱ的pH＝1.0,即c(H＋)＝0.1mol·L－1,由题意可得

将c平(A－)＝c总(HA)－c平(HA)代入电离平衡常数表达式可得c总(HA)＝1.01·c平(HA).

由于HA 可自由穿过隔膜,故达平衡后,溶液Ⅰ和Ⅱ中的c平(HA)相等,溶液Ⅰ和Ⅱ中c总(HA)之比为(104＋1)·c(HA)∶1.01c(HA)＝(104＋1)∶1.01,选项D错误.

点评进行选项D的运算,需要把Ka＝中的c(A－)替换成c总(HA)－c平(HA),再知道c平(HA)相等即可.虽然难度并不是很大,但由于情境较新,在紧张的考试中,能够计算正确也绝非易事.学生如果计算到这一步,也是迫不得已而为之,毕竟在分秒如金的考场上,谁也不愿意耗费这么多时间去推算,因为选项B 也是运算,若选项B 计算正确则没有必要再计算选项D,而计算选项D 时还要用到选项C 中c平(HA)相等的结论.故平时的练习中,我们要更多地引导学生巩固基础知识,总结思维方法,避免让学生陷入题目设置的计算陷阱之中.

4 反思感悟——务必加强化学计算的教学

本题情境新颖、不落俗套,立足学生必备知识,考查学生的关键能力,充分体现了高考试题“立德树人、服务选才、引导教学”的核心功能.答好本题,需要有扎实的基本功,需要学生有创新意识和创新思维,能够创造性地思考和解决问题.

反思历年高考化学中的电解质溶液选择题,多为压轴题,题目思维容量大,考查角度除了三大守恒、粒子浓度大小比较外,还设置双重或多重情境,加入化学计算和推理,而难点往往就落在“计算与推理”上.

破解类似的问题,首先要研究题目的信息,理解命题者的意图,揭示图像已知信息里蕴含的和没有明示的信息;灵活运用常见的三段式、三大守恒式、电离度、平衡常数表达式等进行计算;在各种数据之间灵活切换;要舍得花时间,平时做好扎扎实实的训练,在关键时刻,才能读好、处理好信息,克敌制胜.

(完)