證據推理 數據表征 突破沉淀溶解平衡圖像題
——以2023年新課標卷第13題為例

施飛霞

(浙江省海寧市第一中學)

《中國高考評價體系》是深化新時代高考內容改革的基礎工程、理論支撐和實踐指南,其提出的“一核、四層、四翼”評價體系指明了高考的考查目的、考查內容和考查要求。依托高考評價體系,緊扣“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基”的命題理念,圍繞“核心價值、關鍵能力、情境載體”三條主線對高考試題進行深入解讀,發揮高考對素質教育的促進作用,落實“立德樹人、服務選才、引導教學”的根本任務。

沉淀溶解平衡圖像題是高考必考題型,其圖像新、難度大。試題一般以圖像形式呈現,將圖像曲線與微粒種類、離子反應、守恒關系、函數變量等知識關聯,形成“宏—微—符—曲”等多維度的考查,對學生利用數據處理轉化并結合化學知識解決問題的能力和證據推理與模型認知等素養要求較高。本文以2023年新課標卷第13題為例進行分析,為廣大教師教學和命題提供一定的參考。

一、高考原題

圖1

下列說法錯誤的是

( )

A.曲線Ⅰ可視為AgCl溶解度隨NH3濃度變化曲線

B.AgCl的溶度積常數Ksp=c(Ag+)·c(Cl-)=10-9.75

D.c(NH3)=0.01 mol·L-1時,溶液中c([Ag(NH3)2]+)>c([Ag(NH3)]+)>c(Ag+)

【答案】A

二、試題分析

(一)考點分析

以命題框架為基礎,結合中國高考評價體系各項要素,將2023年新課標卷與全國甲卷、乙卷的第13題沉淀溶解平衡圖像題分析歸納,見表1,研究高考試題,了解命題特點。

表1 試題分析表

通過考點分析,沉淀溶解平衡圖像題主要集中在溶度積Ksp和平衡常數K的計算、溶解度的計算、曲線的識別、離子濃度大小的比較、分步沉淀、圖像綜合分析等知識點的考查,選項設置有梯度且多維度,有效落實對學科知識、關鍵能力和核心素養的考查。

(二)試題情境

2023年新課標卷第13題“向AgCl飽和溶液(有足量AgCl固體)中滴加氨水”將沉淀溶解平衡與沉淀配位溶解相融合,選取的問題情境源于真實的實驗探究過程,設置四個維度的知識測評考點。通過挖掘lgc(M){M代表Ag+、Cl-、[Ag(NH3)]+或[Ag(NH3)2]+}與lgc(NH3)之間的關系,借助對數函數將涉及的離子濃度關系轉化為線性關系并將其用坐標圖呈現出來,要求學生具有較強的數據轉換能力。試題考查學生在核心價值引領下綜合運用知識和能力的水平,體現了考查要求的“基礎性” “綜合性”和“應用性”。

(三)試題評析

1.曲線的識別

圖2

【解題技巧】在曲線識別過程中要根據橫坐標和縱坐標的變化趨勢來識別曲線,并繪制適當的輔助線幫助判斷。

2.溶度積Ksp的計算

氯化銀的溶度積表達式為Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-),由圖知lgc(NH3)=-1時,lgc(Cl-)=-2.35,lgc(Ag+)=-7.40,即c(Cl-)=10-2.35mol·L-1,c(Ag+)=10-7.40mol·L-1,則氯化銀的溶度積Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=10-2.35×10-7.40=10-9.75,B選項正確。以AgCl的溶度積為例,在一定溫度下,當難溶物AgCl達到沉淀溶解平衡時,溶液的Ag+和Cl-的濃度成反比例關系(見圖3),借助對數函數公式將其轉化為更加直觀的線性關系(見圖4)。在沉淀溶解平衡曲線上任意一點都表示飽和溶液,將橫坐標和縱坐標的值轉化為濃度后相乘即得到Ksp的值。根據平衡移動原理,將任意點的離子積Q與Ksp比較。若Q>Ksp,溶液中有沉淀析出,即該點位于反比例函數曲線(圖3)上方,線性函數曲線(圖4)的下方;若Q

圖3 c(Ag+)與c(Cl-)的關系圖

圖4 -lgc(Ag+)與-lgc(Cl-)的關系圖

【解題技巧】在求溶度積時根據曲線上的數值將lgc(M)、pM(包括pH、pOH和pK等)相關量轉化為相應的濃度,代入公式求解。

3.平衡常數K的計算

【解題技巧】在求解平衡常數K時基于平衡常數表達式的推導,找到各微粒的離子濃度代入求解或將平衡常數轉化為與Ksp、Ka、Kw等常數有關的表達式進一步求解。

4.分步沉淀

當溶液中含有多種可沉淀的離子時,加入某種沉淀試劑時該試劑可能與溶液中的多種離子分別發生反應而產生沉淀,即分步沉淀。當溶液中某種沉淀對應的離子積首先達到或超過其溶度積時這種沉淀先析出;當某種離子濃度≤10-5mol·L-1,即認為沉淀完全。當難溶電解質的溶度積差別越大,越適合采用分步沉淀分離,如通過分步沉淀進行分離Al3+和Fe3+。

【解題技巧】根據Ksp求解沉淀所需的離子濃度,一般情況下所需離子濃度小的先沉淀。

三、真題再練

【試題2】(2023年全國乙卷,13題)一定溫度下,AgCl和Ag2CrO4的沉淀溶解平衡曲線如圖5所示。

圖5

下列說法正確的是

( )

A.a點條件下能生成Ag2CrO4沉淀,也能生成AgCl沉淀

D.向NaCl、Na2CrO4均為0.1 mol·L-1的混合溶液中滴加AgNO3溶液,先產生Ag2CrO4沉淀

【答案】C

四、教學啟示

(一)加強變式訓練,提高數據推理能力

高三復習課要重視對知識和試題的歸納與整合。同一個試題情境可以選擇不同的提問角度、提問方式和圖像呈現,鍛煉學生閱讀、分析、推理和解釋等能力。重視圖像由c(M)向-lgc(M)(或pM)、δ(M)等的轉變,引導學生梳理變化關系,提高數據推理能力。也可適當拓展同類型的試題,如AgOH-[Ag(NH3)2]+、Cu(OH)2-[Cu(NH3)4]2+、Al(OH)3-[Al(OH)4]-等曲線變化。如對2023年新課標卷可進行變式復習。

【變式】常溫下,向10 mL一定濃度的AgNO3溶液中,逐滴加入0.1 mol·L-1的氨水,反應過程中-lgc(Ag+)或-lgc([Ag(NH3)2]+)與加入氨水體積的關系如圖6。下列說法錯誤的是

( )

圖6

A.原AgNO3溶液的濃度是0.1 mol·L-1

B.Ksp(AgOH)的數量級為10-8

(二)增進學科理解,發展高階思維能力

化學學科理解是指教師對化學學科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結構化的認識,它不僅僅是對化學知識的理解,還包括對具有化學學科特質的思維方式和方法的理解。教師自身對化學學科教學內容的理解越深,在教學設計和實施時可發揮的空間越大,越有利于學生的深度學習和長遠發展,同時也要善于吸收其他學科的知識來豐富化學的內涵,拓展化學的外延。

在高三復習要重視回歸教材,教師對教材內容的挖掘與整合是教學水平的體現,也是教學質量的保證。復習課要注重提升學生以書本內容為起點并進行遷移應用的水平,發展學生以分析、評價、創造為主的高階思維能力。

(三)聚焦學習評價,落實學科核心素養

“教、學、評”一體化是促進學生核心素養發展的重要途徑,其中提問與點評、練習與作業、復習與考試等都是有效開展化學日常學習評價的基本途徑和方法。高考試題更是注重對核心價值“金線”考查和學科思維“銀線”考查的有機結合。在試題講評時要注重對試題的層層剖析,通過設計問題鏈,過程性評價和結果性評價雙向同行,診斷并發展學科核心素養。