中和反應(yīng)與“可計(jì)量”計(jì)算融合的中考命題策略

摘要：以2012～2014年蘇州市中考化學(xué)卷“中和反應(yīng)”試題為案例，從化學(xué)計(jì)量角度闡述了以化學(xué)實(shí)驗(yàn)有效數(shù)據(jù)與計(jì)算的有機(jī)融合，考查初中學(xué)生“可計(jì)量的單一化學(xué)反應(yīng)的簡(jiǎn)單計(jì)算”的核心能力等的命題策略。從初中化學(xué)計(jì)算教學(xué)層面貫徹落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，讓學(xué)生從不可計(jì)量的、憑空臆想的、情景虛假的、脫離科研實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)際的無(wú)謂的“題海”中解放出來(lái)，以期達(dá)到“減負(fù)”目的。

關(guān)鍵詞：中和反應(yīng)；“可計(jì)量”計(jì)算；化學(xué)計(jì)量學(xué)；中考化學(xué)；命題策略

文章編號(hào)：1005–6629（2015）2–0077–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問(wèn)題的提出

2011年9月我國(guó)義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱“新版課標(biāo)”）頒布并開(kāi)始實(shí)施。自2012年9月起，在認(rèn)真貫徹新版課程標(biāo)準(zhǔn)里的8個(gè)“基礎(chǔ)學(xué)生實(shí)驗(yàn)[1]”過(guò)程中，為切實(shí)減輕初中學(xué)生在化學(xué)計(jì)算上的課業(yè)負(fù)擔(dān)，蘇州市初中化學(xué)教學(xué)研究的主題定為“可計(jì)量”化學(xué)計(jì)算，即開(kāi)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)與化學(xué)計(jì)算在“可計(jì)量”基礎(chǔ)上有機(jī)融合的教學(xué)實(shí)踐研究[2]。

“計(jì)量”從詞源意義上被解釋為：“①把一個(gè)暫時(shí)未知的量與一個(gè)已知的量做比較，如用尺量布，用體溫計(jì)量體溫；②計(jì)算。[3]”顯然“計(jì)量”離不開(kāi)相應(yīng)的量測(cè)工具；“計(jì)量”與計(jì)算又密不可分。“計(jì)量”還要科學(xué)選擇計(jì)量單位和科學(xué)控制影響計(jì)量的各種外界因素[4]。

再?gòu)幕瘜W(xué)計(jì)量學(xué)的角度來(lái)看“計(jì)量”與化學(xué)的關(guān)系?！盎瘜W(xué)計(jì)量學(xué)是化學(xué)中所有數(shù)學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)”。而化學(xué)計(jì)量學(xué)與初中階段化學(xué)有密切關(guān)系的應(yīng)用通常包含下列內(nèi)容：（1）化合物組成的計(jì)算；（2）化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系的計(jì)算；（3）溶液中各組分的濃度和數(shù)量的計(jì)算[5]。又“化學(xué)計(jì)量學(xué)運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及其他相關(guān)學(xué)科的理論和方法，優(yōu)化化學(xué)量測(cè)過(guò)程，并從化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)中最大限度地獲取有用的化學(xué)信息，是一門化學(xué)量測(cè)的基礎(chǔ)理論與方法學(xué)”[6]。它現(xiàn)已被歐盟分析化學(xué)專業(yè)委員會(huì)列為分析化學(xué)的四大支柱學(xué)科之一[7]。

從初中化學(xué)教學(xué)角度，何謂“可計(jì)量”？筆者以為從“可計(jì)量實(shí)驗(yàn)”的儀器角度，有托盤天平（精度0.1g或0.2g不等）、電子天平（精度0.1g或0.01g或0.001g不等），各種規(guī)格和精度不同的量筒、滴管、溫度計(jì)、廣泛pH試紙、數(shù)字化傳感儀等?？茖W(xué)家通過(guò)大量精密的量測(cè)實(shí)驗(yàn)得出的可查閱的數(shù)據(jù)，如相對(duì)原子質(zhì)量、溶解度等。再?gòu)摹翱捎?jì)量計(jì)算”的角度，就是教師按照初中化學(xué)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材以及教材提供的可查閱的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)情景真實(shí)的量測(cè)實(shí)驗(yàn)，并合理有效地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有關(guān)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、混合物中某一純凈物純度、溶液中某溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和單一化學(xué)反應(yīng)的簡(jiǎn)單計(jì)算?；蛘哒f(shuō)，初中階段化學(xué)計(jì)算題中提供的數(shù)據(jù)必須真實(shí)可信、有據(jù)可查，具有“可計(jì)量”性和可操作性。

中和反應(yīng)是復(fù)分解反應(yīng)的典型，又是離子反應(yīng)中可靠的、真實(shí)的“可恰好完全反應(yīng)”的典型，且是高中化學(xué)中和滴定實(shí)驗(yàn)及其定量計(jì)算的基礎(chǔ)[8]，是大學(xué)分析化學(xué)中使用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)中和反應(yīng)滴定曲線復(fù)現(xiàn)的經(jīng)典案例。怎樣在義務(wù)教育階段夯實(shí)中和反應(yīng)及其計(jì)算的基礎(chǔ)是初、高中化學(xué)教學(xué)銜接的重要課題之一。蘇州市中考化學(xué)命題組近三年連續(xù)圍繞“中和反應(yīng)”這一核心知識(shí)，考查了學(xué)生對(duì)于“可計(jì)量的單一化學(xué)反應(yīng)的簡(jiǎn)單計(jì)算”的核心能力。

以下筆者以近三年蘇州市中考化學(xué)中和反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算為案例，闡述“可計(jì)量”化學(xué)計(jì)算的命題策略。

2 由指示劑的變色到溶質(zhì)質(zhì)量計(jì)算

2.1 2012年題例

試題以指示劑的概念和作用為背景，從洗氣裝置吸收和半定量分析的角度考查物質(zhì)檢驗(yàn)和檢測(cè)的關(guān)系，再根據(jù)指示劑在中和反應(yīng)中用于判斷“滴定終點(diǎn)”的依據(jù)，引出根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)物的質(zhì)量，進(jìn)而考查反應(yīng)后生成物作為溶質(zhì)的量以及配制飽和溶液的實(shí)驗(yàn)操作與對(duì)應(yīng)的計(jì)算。

第36題（7分） 為判斷某物質(zhì)的存在或某物質(zhì)恰好完全反應(yīng)，通常以特定物質(zhì)的顯色達(dá)到目的，能顯色的物質(zhì)就稱“指示劑”。如：用藍(lán)色的石蕊試紙變紅判斷待測(cè)液顯酸性；用淀粉溶液變藍(lán)判斷單質(zhì)碘（I2）的存在。

②試列式計(jì)算說(shuō)明將該反應(yīng)后的溶液轉(zhuǎn)化為20℃時(shí)飽和溶液的一種簡(jiǎn)單方法（計(jì)算結(jié)果精確到0.1g）。已知：20℃時(shí)氯化鈉的溶解度為36.0g。

[參考答案和評(píng)分建議]（1）①無(wú)（1分），低（1分）。②高錳酸鉀或KMnO4（1分），高錳酸鉀溶液吸收一定量的SO2可由紫紅色變?yōu)闊o(wú)色（1分）。（2）①7.3%（1分）。②中和反應(yīng)得到氯化鈉2.34g（1分）；再加入氯化鈉9.8g，溶液達(dá)到飽和（1分）。

2.2 回避量器計(jì)量因素，反思蒸發(fā)與添加固體準(zhǔn)確稱量的可行性

簡(jiǎn)短的題干給出“藍(lán)色的石蕊試紙變紅判斷待測(cè)液顯酸性，用淀粉溶液變藍(lán)判斷單質(zhì)碘（I2）的存在”，即指示劑的簡(jiǎn)單定性作用。隨后列出3個(gè)“已知”信息，說(shuō)明二氧化硫和單質(zhì)碘的某些性質(zhì)及相應(yīng)的化學(xué)方程式，為定量化測(cè)定作準(zhǔn)備。接下來(lái)試題給出的第一個(gè)應(yīng)用案例就是“工業(yè)上測(cè)量某混合氣體中的二氧化硫含量”，這里并未要求考生進(jìn)行準(zhǔn)確的定量計(jì)算，也不要求氧化還原反應(yīng)方程式的配平，只要求半定量地回答指示劑的變色情況和在二氧化硫含量大小不同情況下選擇恰當(dāng)指示劑的原因，并為中和反應(yīng)滴定選用指示劑做好鋪墊。在此案例中省略量氣裝置是符合初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求的，因?yàn)橛嘘P(guān)量氣裝置的知識(shí)要求太高，因此題干僅僅給了一個(gè)簡(jiǎn)單的洗氣裝置。

第二個(gè)應(yīng)用的案例是酚酞作為中和反應(yīng)的指示劑。當(dāng)酚酞試液變色的瞬間，“可認(rèn)為恰好完全反應(yīng)”，即可精確定量計(jì)算。因?yàn)閷?duì)于鹽酸或氫氧化鈉溶液來(lái)說(shuō)，其中鈉離子、氯離子、氫離子和氫氧根離子均以自由移動(dòng)的離子形式存在，酚酞試液的變色可以顯示后兩種離子間完全反應(yīng)的關(guān)系，因此第①空是比較容易計(jì)算出正確結(jié)果的。但是第②空，有些學(xué)生不從實(shí)驗(yàn)操作角度考慮，僅從純理論計(jì)算角度以為“蒸發(fā)一定量的水即能成為飽和溶液”而失分。因?yàn)檎舭l(fā)水的操作其實(shí)比較繁瑣：選擇的儀器比只稱量氯化鈉多，至少多了酒精燈、燒杯、固定支架等；還有蒸發(fā)時(shí)需監(jiān)控水的蒸發(fā)量，每稱量一次就得冷卻至室溫，再加熱蒸發(fā)……如此循環(huán)操作很費(fèi)時(shí)費(fèi)力，萬(wàn)一水蒸發(fā)過(guò)量了還得補(bǔ)加一定量的水……由此可知理論計(jì)算出蒸發(fā)水的質(zhì)量與初中階段量測(cè)的可操作性是脫節(jié)的。因此一次性地加入一定質(zhì)量的氯化鈉固體，是配制中和反應(yīng)后飽和鹽水的更為簡(jiǎn)單的操作方法。

這就是本題給予我們的啟示：化學(xué)計(jì)算教學(xué)要考慮怎樣做到“真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情景與化學(xué)計(jì)算”的有機(jī)融合？怎樣把握計(jì)算數(shù)據(jù)的合理性、真實(shí)性？如何回避初中生尚未掌握和了解的量器測(cè)量？在初中階段理應(yīng)讓學(xué)生扎實(shí)掌握天平的稱量方法，以及對(duì)蒸發(fā)溶劑與添加固體對(duì)準(zhǔn)確計(jì)量可行性的理解與把握，達(dá)到使實(shí)驗(yàn)操作與化學(xué)計(jì)算融合的目的。

3 由滴定終點(diǎn)判斷到溶液濃度計(jì)算

3.1 2013年題例

為了進(jìn)一步檢驗(yàn)2012年中考第36題的導(dǎo)向作用，2013年仍以中和反應(yīng)為背景，用加入溶質(zhì)的方法由不飽和溶液配制飽和溶液，并且考查用托盤天平稱取所需質(zhì)量固體的操作，最后求出“當(dāng)時(shí)”室溫條件下硝酸鉀的溶解度。

第35題（5分） 用膠頭滴管向盛有20.0g稀硝酸的燒杯中滴加2滴酚酞試液，再向其中緩緩加入20.0g 5.6%的氫氧化鉀溶液；邊滴加邊用玻璃棒攪拌，待滴入最后1滴堿液時(shí)，混合液剛好由無(wú)色變?yōu)榉奂t色，且30s內(nèi)顏色不變，即可認(rèn)為恰好完全反應(yīng)。

（1）請(qǐng)列式計(jì)算反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（2）將反應(yīng)后的溶液冷卻到室溫，若要配制室溫時(shí)的飽和溶液，還需向其中加入10.0g硝酸鉀固體。按規(guī)范操作用托盤天平稱取10.0g硝酸鉀時(shí)，若指針略向左偏轉(zhuǎn)，要使指針居中的恰當(dāng)操作是：____________。

（3）根據(jù)上述情境，列式計(jì)算此時(shí)硝酸鉀的溶解度（計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位）。

[參考答案和評(píng)分建議]（1）5%（2分）。（2）用藥匙從左盤取下少許硝酸鉀固體（1分）。（3）31.6g（2分）。

3.2 詳細(xì)描述中和滴定終點(diǎn)過(guò)程，考查添劑稱量的準(zhǔn)確性操作

本題題干情景本身就是初中化學(xué)利用膠頭滴管進(jìn)行的不算十分精確的中和反應(yīng)滴定過(guò)程（較為精確的中和滴定應(yīng)該用滴定管，但初中不作要求）。題干所給數(shù)據(jù)既考慮了3位有效數(shù)字，又考慮了托盤天平的0.1g精度。

第35（1）題就是根據(jù)中和反應(yīng)計(jì)算產(chǎn)物硝酸鉀質(zhì)量；第35（2）題是考查加入10.0g硝酸鉀的規(guī)范稱量操作，多數(shù)考生用籠統(tǒng)地“減少固體”來(lái)代替減量操作的規(guī)范化解答；第35（3）題再根據(jù)常溫時(shí)剛加入的10.0g硝酸鉀使溶液達(dá)到飽和，計(jì)算常溫時(shí)的硝酸鉀溶解度。以此印證了2012年試題中將溶液轉(zhuǎn)化為飽和的最簡(jiǎn)單的方法就是加入固體溶質(zhì)，而不是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力又不易計(jì)量的蒸發(fā)水分的方法。但是從學(xué)生解答本題的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，整道題的得分率僅為0.304；前2小題的得分率為0.327，最后1小題的得分率只有0.27。因此這道題是整卷中相對(duì)最難的一道題。

由此可知，盡管依據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算，只是完全反應(yīng)的一步計(jì)算，涉及的溶解度計(jì)算也僅僅是單一情形的，但是由于數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)不可整除，仍然有相當(dāng)一部分考生計(jì)算失誤或不知如何運(yùn)算。再由第一年考查了蒸發(fā)與添劑的實(shí)驗(yàn)操作哪一種更為準(zhǔn)確的反思，到來(lái)年緊接著考查如何準(zhǔn)確稱量已知質(zhì)量固體的具體操作方法，得分率卻較低，說(shuō)明這樣遞進(jìn)式即“追問(wèn)式”的命題策略還是有效的。

4 由中和后的“返滴”現(xiàn)象到微量計(jì)算

4.1 2014年題例

為了繼續(xù)跟蹤分析平時(shí)“中和反應(yīng)”教學(xué)的情況，又因?yàn)槲沂兄锌蓟瘜W(xué)已經(jīng)連續(xù)兩年與中和反應(yīng)的計(jì)算和溶解度關(guān)聯(lián)，所以第三次與中和反應(yīng)計(jì)算有關(guān)的內(nèi)容將溶解度計(jì)算剝離并置前，這次采用教材上“活動(dòng)與探究”里中和反應(yīng)后的“返滴”實(shí)驗(yàn)，再設(shè)計(jì)計(jì)算情景來(lái)說(shuō)明返滴現(xiàn)象與原溶液濃度的關(guān)系。

第36題（5分） 現(xiàn)有兩種稀溶液：標(biāo)記為A的0.0400%的氫氧化鈉溶液；標(biāo)記為B的0.365%的鹽酸。假設(shè)本題所涉及到的各種稀溶液的密度均近似為1.00 g·mL-1，且每滴溶液的體積近似為0.05mL，試解答下列各小題。

（1）恰好完全中和20.0g A溶液，需加入B溶液多少克？

（2）在盛有20.0mL A溶液的錐形瓶中滴加2滴酚酞試液，再向瓶中緩緩倒入10.0mL B溶液，邊倒邊振蕩，充分混合后溶液呈無(wú)色。若取該無(wú)色混合液3.00mL于一支試管內(nèi)，再向試管內(nèi)滴加1滴A溶液，試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明此時(shí)試管內(nèi)溶液呈現(xiàn)的顏色。

[參考答案和評(píng)分建議]（1）2.00g（2分，其中列式正確給1分）。（2）因?yàn)?mL中多余的鹽酸是（3mL/30mL）×（10mL-2mL）=0.8mL（1分）；而2mL鹽酸可中和20mL A溶液，所以0.8mL鹽酸應(yīng)中和8mL A溶液；因此1滴A溶液遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于8mL A溶液（1分），不能中和0.8mL鹽酸；所以此時(shí)溶液呈酸性，顯無(wú)色（1分）。

4.2 先設(shè)置恰好反應(yīng)的宏量計(jì)算，再思考微量“返滴”與溶液濃度的關(guān)系

第36題第（1）小題均分1.26，得分率0.63，中難題，屬于根據(jù)單一化學(xué)反應(yīng)，按化學(xué)方程式求某一反應(yīng)物的基本計(jì)算?，F(xiàn)在凡涉及到數(shù)字運(yùn)算的最基本化學(xué)計(jì)算題，對(duì)于部分考生來(lái)說(shuō)已經(jīng)是中等難度了。

第36題第（2）小題均分0.84，得分率僅0.28，是本試卷中最難的一道題。根據(jù)閱卷情況顯示，考生中有15種解題方法，此題達(dá)到了解題方法開(kāi)放性的目的，有利于拓展學(xué)生的創(chuàng)造性思維。由于教材中的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有定義和給出酸、堿的濃、稀及其具體濃度，而“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)8 酸、堿的化學(xué)性質(zhì)”中僅僅告知用稀鹽酸、稀氫氧化鈉溶液[9]。因此最后一步用氫氧化鈉溶液“返滴”中和后的溶液時(shí)，是否會(huì)變紅是不確定的。鑒于此，命題者給出了兩種濃度差異較大的稀溶液的濃度值，而且考慮到學(xué)生數(shù)字計(jì)算的簡(jiǎn)便，給出與其相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)值相同的濃度值，從高中化學(xué)角度來(lái)看其實(shí)與物質(zhì)的量濃度是非常接近的。其次本題給出的濃度數(shù)值三位有效數(shù)字的精度保證其密度[10]可以近似為1.00 g·mL-1，而每滴溶液的體積近似為0.05mL也是根據(jù)滴定管的體積以毫升為單位的精度可讀到小數(shù)點(diǎn)后第2位來(lái)近似確定的。即儀器的精度決定讀數(shù)的有效位數(shù)，有效數(shù)字也保證了所給密度的近似程度。

當(dāng)然題干所給的數(shù)據(jù)只是決定題干內(nèi)容的科學(xué)性，而不是針對(duì)考生解題要求的。再者針對(duì)考生有關(guān)微量物質(zhì)的化學(xué)計(jì)算要求，以及數(shù)字運(yùn)算過(guò)程中的科學(xué)計(jì)數(shù)表達(dá)法[11]，這對(duì)于初三學(xué)生沒(méi)有超出“新版課標(biāo)”和蘇州市中考考試說(shuō)明的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

新版課標(biāo)對(duì)于紙筆檢測(cè)要求“編制聯(lián)系實(shí)際考查學(xué)生能力的試題時(shí)，情景要真實(shí)，避免出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤；編制聯(lián)系實(shí)際的化學(xué)計(jì)算題時(shí)，要根據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)控制試題難度，不要超越學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)”[12]。本文枚舉的三個(gè)試題案例就是在初中化學(xué)計(jì)算教學(xué)中把握“可計(jì)量、可操作”的原則，符合“真實(shí)、簡(jiǎn)捷”和“不越位”的典型。

參考文獻(xiàn)：

[1][12]中華人民共和國(guó)教育部制定.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011：12～13.

[2]毛明.初中化學(xué)“可計(jì)量”實(shí)驗(yàn)與計(jì)算相融合的題例評(píng)析[J].化學(xué)教與學(xué)，2014，（10）：67～69.

[3]中國(guó)社會(huì)科學(xué)研究院語(yǔ)言研究所詞典編輯室.現(xiàn)代漢語(yǔ)大詞典[S].北京：商務(wù)印書館，1996：596.

[4]畢華林，盧巍.義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）[M].濟(jì)南：山東教育出版社，2014：40.

[5]周公度.化學(xué)辭典[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：292.

[6]盧小泉等.化學(xué)計(jì)量學(xué)研究方法[M].北京：科學(xué)出版社，2013：前言.

[7]梁逸曾，易倫朝.化學(xué)計(jì)量學(xué)基礎(chǔ)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2010：前言2.

[8]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理[M].南京：江蘇教育出版社，2009：73～77.

[9][11]王祖浩主編.義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級(jí)下冊(cè)）[M].上海：上海教育出版社，2013：48～64，116.

[10]編寫組編.中學(xué)教師化學(xué)手冊(cè)[S].北京：科學(xué)普及出版社，1981：308，328.