分步反应:从高考题到中学化学教学

发表时间:2020/8/27   来源:《中国教师》2020年8期   作者:瞿德明
[导读] 高考题指引教学方向,教学落实学科核心素养,走进高考题。
        摘要:高考题指引教学方向,教学落实学科核心素养,走进高考题。
        众所周知,高考试题对中学化学教学具有导向作用,试题往往“源于教材,高于教材”。
        以高考题为导向,研究教材,研究教法,落实学科核心素养,是教学的永恒主题。本文以两道高考题为例,谈谈教学中的分步反应。
        关键词:分步反应、高考题、教学。
一、高考试题中的分步反应
试题一:(2018北京)27.(12分)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:(第1、2小题删去)
(3)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ii补充完整。
i.SO2+4I-+4H+S↓+2I2+2H2O
ii.I2+2H2O+__________________+_______+2 I-
(4)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
 
①B是A的对比实验,则a=__________。
②比较A、B、C,可得出的结论是______________________。
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A,结合i、ii反应速率解释原因________________。
        【参考答案:(3)SO2   SO42?   4H+   (4)①0.4       ② I?是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率     ③ 反应ii比i快;D中由反应ii产生的H+使反应i加快】
试题二:2017年11月浙江选考卷(节选)30.【加试题】(10分)
(一)十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体,经历“十氢萘(C10H18)→四氢萘(C10H12)→萘(C10H8)”的脱氢过程释放氢气。已知:
C10H18(l) C10H12(l)+3H2(g) ΔH1
C10H12(l) C10H8(l)+2H2(g) ΔH2
ΔH1>ΔH2>0;C10H18→C10H12的活化能为Ea1,C10H12→C10H8的活化能为Ea2;十氢萘的常压沸点为192℃;在192℃,液态十氢萘脱氢反应的平衡转化率约为9%。
请回答:
(3) 温度335℃,在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘(1.00 mol)催化脱氢实验,测得C10H12和C10H8的产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系,如下图所示。

②x1显著低于x2的原因是________。
        【参考答案:②催化剂显著降低了C10H12→C10H8的活化能,反应生成的C10H12很快转变为C10H8,C10H12不能积累】
这两道题目中均涉及分步反应问题,教材中有很多分步反应的素材,平时教学中若能积极引导,点滴积累,学生解决这类题目,不会太困难。
二、中学教材中的分步反应举例
化学反应原本是非常复杂的:多个反应构成反应系统、反应机理复杂(有些机理目前尚有争议、有些机理目前还不清楚),鉴于中学教学的基础性和阶段性,往往去定量存定性、去次要反应存主要反应,不做过多的拓展,但还是要引导学生初步认识到反应的复杂性的。举例如下:
1、Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
3Cl2+6NaOH(热、浓)=5NaCl+NaClO3+3H2O   这两个反应的逻辑关系究竟是什么?
分步看:①  Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O   ②3NaClO=2NaCl+NaClO3
常温下,反应①为快反应(活化能低)、反应②慢反应(活化能高),相当于停在中间产物NaClO处。
加热条件下,反应①为快反应、反应②慢反应变成快反应,从而生成NaClO3。
这样的凸显化学学科核心素养的教学,是不是与2020年1月浙江省的选考化学卷的第29题(节选)高度契合呢?
(浙江2020年1月,29题之)
(2) NO氧化反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)分两步进行,其反应过程能量变化示意图如图2。
Ⅰ    2NO(g) N2O2(g)            ΔH1
Ⅱ    N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)    ΔH2
①决定NO氧化反应速率的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体,保持其它条件不变,控制反应温度分别为T3和T4(T4>T3),测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图3。
转化相同量的NO,在温度________(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长,试结合反应过程能量图(图2)分析其原因________。
                 

2、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
此反应分两步:Na2O2+2H2O=2NaOH+H2O2;2H2O2=2H2O+O2↑。从分步反应很容易看出,Na2O2既是氧化剂,又是还原剂,破解了氧化还原反应分析的难点。(也可从自然界的“最节约”原则画图破解)
3、2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2
此反应可以看作以下两步:2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑;4NaOH+2CO22Na2CO3+2H2O。
有文献认为,Na2O2与干燥的CO2不反应。
4、Na2CO3溶液中滴加HCl的2步反应:Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2,该反应过程可以借助酚酞指示剂“看见”:溶液颜色先变浅,然后才产生气泡。
5、2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
此反应的实质是:2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑;2Al(OH)3+2NaOH=2NaAlO2+4H2O
该反应的第一步单独难以进行,第二步促进第一步反应,故称“偶联反应”。
同理从MgO→MgCl2、Al2O3→AlCl3、TiO2→TiCl4等直接难以进行的反应,都是利用晗减、熵增的:2C(s)+O2(g)===2CO(g)反应来“驱动”的。
6、Cl2+H2O=HCl+HClO
实际上:Cl2+H2O=HCl+HClO快反应;HClO=HCl+O2↑慢反应。常温下总反应写第一步即可。
对比F2与H2O的反应,更清晰:F2+4H2O=4HF+O2↑
F2+H2O=HF+HFO快反应;HFO=HF+O2↑快反应,故总反应不同。
7、2H2SO4(浓)+CuCuSO4+SO2↑+2H2O
该反应可以看做:H2SO4(浓)+CuCuO+SO2↑+H2O;H2SO4+CuOCuSO4+H2O。
第一步硫酸表现氧化性,第二步硫酸表现酸性。
此类实例还有不少,不一一列举。研究教材,研究教法,以教材为本,创新性地使用教材,必能培养学生能力,形成化学学科核心素养,从而以平常心面对高考题,进而体会到高考题的精妙之处。
参考文献:
[1]钟美金.化学概念原理教学中“四重表征”教学模式构建与发展[J].数理化解题研究,2016(33):88-89.
[2]黄利.从高考试题看电极反应式的书写[J].中学化学教学参考,2014(Z1):61-62.
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