變化觀念與平衡思想核心素養(yǎng)在高考化學(xué)中的體現(xiàn)

摘 要：對(duì)物質(zhì)變化與運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)被人們定義為“變化觀念與平衡思想”的內(nèi)涵，并且，在一定的條件下，可以對(duì)化學(xué)的變化進(jìn)行有效的調(diào)控，同時(shí)，從各個(gè)角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分析，從而解決問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：變化觀念與平衡思想；核心素養(yǎng)；化學(xué)反應(yīng)原理；轉(zhuǎn)化率

現(xiàn)階段，世界各國(guó)對(duì)基礎(chǔ)教育理論進(jìn)行深入的研究分析，并將“核心素養(yǎng)”的培養(yǎng)明確為未來(lái)的發(fā)展方向與趨勢(shì)。核心素養(yǎng)的定義為：在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生自身的能力與素養(yǎng)水平，對(duì)學(xué)生的日后發(fā)展產(chǎn)生直接影響，并且包含動(dòng)機(jī)與社會(huì)技能，人格特征在內(nèi)的統(tǒng)整能力。這就要求我們的學(xué)生必須按照試題給出的信息和新知識(shí)，結(jié)合已學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，根據(jù)具體情況，創(chuàng)造性地運(yùn)用發(fā)散思維，全面思考問(wèn)題，才能正確解決難題。

“變化觀念與思想平衡”的內(nèi)涵被人們定義為是對(duì)事物的變化與運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知，遵循質(zhì)量守恒定律，了解化學(xué)變化的內(nèi)涵。例如，在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)有新物質(zhì)生成時(shí)，必然會(huì)發(fā)生能量的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，在化學(xué)變化過(guò)程中，變化過(guò)程具有一定的控制性，可以根據(jù)動(dòng)態(tài)分析或多角度分析為前提，解決難題。

一、 聯(lián)系實(shí)際，轉(zhuǎn)化率的觀念變化

例1 乙酸是重要的有機(jī)化工原料之一，目前世界上一半以上的乙酸都采用甲醇與CO反應(yīng)來(lái)制備。某實(shí)驗(yàn)小組在一個(gè)恒壓密閉容器中加入0.20 mol CH3OH和0.22 mol CO氣體，

發(fā)生反應(yīng) CH3OH（g）+CO（g）CH3COOH（l），

測(cè)得甲醇的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化關(guān)系如圖所示，其中曲線Ⅰ表示在5個(gè)不同溫度下，均經(jīng)過(guò)5min時(shí)測(cè)得的甲醇的轉(zhuǎn)化率變化曲線，曲線Ⅱ表示不同溫度下甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率變化曲線，已知在T2溫度下，達(dá)到平衡時(shí)容器的體積剛好為2L。

（1）在T1溫度下，A點(diǎn)時(shí)，v（正） v（逆），

在T3溫度下，C點(diǎn)時(shí)，v（正） v（逆）（填“>”、“<”或“=”）。

（2）曲線Ⅰ在T1～T2階段，甲醇轉(zhuǎn)化率隨溫度變化升高的原因是 ；

曲線Ⅰ和Ⅱ在T2～T5階段，甲醇轉(zhuǎn)化率隨溫度變化降低的原因是 。

該題的出題意圖很明顯，告訴你有兩個(gè)轉(zhuǎn)化率，平衡轉(zhuǎn)化率和經(jīng)歷5min時(shí)的轉(zhuǎn)化率。我們可以想像實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)，不難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題存在，轉(zhuǎn)化率在未達(dá)到平衡之前其實(shí)是看速率的，速率越快，反應(yīng)物反應(yīng)掉越多，轉(zhuǎn)化率就越大。而達(dá)到平衡后指的是平衡轉(zhuǎn)化率與平衡移動(dòng)有關(guān)，所以在審題的時(shí)候立足點(diǎn)就在于判斷轉(zhuǎn)化率是否是平衡轉(zhuǎn)化率還是短時(shí)轉(zhuǎn)化率。就工廠的生產(chǎn)效益來(lái)講，既喜歡增大短時(shí)轉(zhuǎn)化率又要考慮平衡轉(zhuǎn)化率，這是一個(gè)實(shí)際的問(wèn)題，需要聯(lián)系工業(yè)實(shí)際。所以曲線Ⅰ在

T1～T2階段時(shí)并未達(dá)到平衡，也就是說(shuō)是短時(shí)轉(zhuǎn)化率，那么溫度升高，反應(yīng)速率加快，甲醇轉(zhuǎn)化率提高。而在曲線Ⅰ和Ⅱ在

T2～T5階段已達(dá)平衡，指的是平衡后，溫度升高，平衡往吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，從而使其平衡轉(zhuǎn)化率減小。所以一般我們?cè)趯忣}時(shí)，要將“變化觀念”用到其中，明確轉(zhuǎn)化率是指什么時(shí)候的轉(zhuǎn)化率，要將核心知識(shí)和技能在真實(shí)情景中靈活運(yùn)用。

二、 結(jié)合題意，平行反應(yīng)中平衡思想轉(zhuǎn)換

例2 （2016·浙江高考節(jié)選）催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問(wèn)題的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化劑存在下，CO2和H2可發(fā)生兩個(gè)平衡反應(yīng)，分別生成CH3OH和CO。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） ΔH1=-53.7kJ·mol-1 Ⅰ

CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g） ΔH2 Ⅱ

某實(shí)驗(yàn)室控制CO2和H2初始投料比為1∶2.2，經(jīng)過(guò)相同反應(yīng)時(shí)間測(cè)得如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

[備注]Cat.1：Cu/ZnO納米棒；Cat.2：Cu/ZnO納米片；甲醇選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比

已知：①CO和H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為-283.0 kJ·moL-1和-285.8kJ·moL-1

②H2O（l）=H2O（g） ΔH3=44.0 kJ·moL-1

（2）有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有 。

A. 使用催化劑Cat.1

B. 使用催化劑Cat.2

C. 降低反應(yīng)溫度

D. 投料比不變，增加反應(yīng)物的額濃度

E. 增大CO2和H2的初始投料比

（3）表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在相同溫度下不同的催化劑對(duì)CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響，其原因是 。

該試題考查的是兩個(gè)平行反應(yīng)，所謂平行反應(yīng)是指，在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，相關(guān)物質(zhì)在反應(yīng)時(shí)不單一地發(fā)生一種反應(yīng)，而是發(fā)生兩個(gè)或更多的反應(yīng)，得出不同產(chǎn)物，其中反應(yīng)較快或產(chǎn)物在混合物中所占比例較高的是主反應(yīng)，其余稱(chēng)副反應(yīng)。圖表中也提到轉(zhuǎn)化率，按照實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)該考慮可能是短時(shí)轉(zhuǎn)化率或平衡轉(zhuǎn)化率，但相同條件下，催化劑的使用不影響平衡移動(dòng)，所以不改變平衡轉(zhuǎn)化率，從而得出是短時(shí)轉(zhuǎn)化率，由催化效率引起的速率不同。這里還有一個(gè)選擇性：選擇性是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中重要物質(zhì)“催化劑”的重要特點(diǎn)之一，是指在化學(xué)反應(yīng)中，存在多種反應(yīng)過(guò)程，而在統(tǒng)一催化劑的作用下，對(duì)反應(yīng)速度產(chǎn)生不同的影響，其具體實(shí)質(zhì)是明確地表現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)中副反應(yīng)物與反應(yīng)物二者之間的反應(yīng)速率競(jìng)爭(zhēng)效果，并且反應(yīng)速率主要受反應(yīng)條件、反應(yīng)物質(zhì)自身特點(diǎn)以及活性的影響。選擇不同的催化劑可使這兩個(gè)反應(yīng)的某個(gè)反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，一般采用改變反應(yīng)溫度或添加特定催化劑等方法改變某平行反應(yīng)的選擇性。同樣的化學(xué)反應(yīng)，可以多角度動(dòng)態(tài)的分析化學(xué)反應(yīng)，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決實(shí)際問(wèn)題。

三、 圖文對(duì)照，準(zhǔn)確獲取題意，轉(zhuǎn)換觀念

例3 （2017·浙江選考節(jié)選）在常壓、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混合氣體（體積比1∶4，總物質(zhì)的量a mol）進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)得CO2轉(zhuǎn)化率、CH4和CO選擇性隨溫度變化情況分別如圖1和圖2所示（選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH4或CO的百分比）。endprint

反應(yīng)Ⅰ CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g） ΔH4

反應(yīng)Ⅱ CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g） ΔH5

（1）下列說(shuō)法不正確的是 。

A. ΔH4小于零

B. 溫度可影響產(chǎn)物的選擇性

C. CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減少

D. 其他條件不變，將CO2和H2的初始體積比改變?yōu)?∶3，可提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率

但是圖中信息給出的兩個(gè)平行反應(yīng)并不是一直一起發(fā)生的，400之后才是平行反應(yīng)，要求學(xué)生從圖像中捕捉信息。圖1是隨溫度變化CO2轉(zhuǎn)化率的變化，在平時(shí)的教學(xué)中，我們的轉(zhuǎn)化率一般指的是平衡轉(zhuǎn)化率，可是圖中一開(kāi)始明顯不是平衡轉(zhuǎn)化率，原因有二：一是平衡轉(zhuǎn)化率起點(diǎn)不會(huì)是0，二是在反應(yīng)趨于一個(gè)反應(yīng)平衡點(diǎn)時(shí)，在平衡點(diǎn)達(dá)到平衡，隨著溫度的降低，將向放熱反應(yīng)方向進(jìn)行反應(yīng)，不可能先增大后減小。由此判斷最高點(diǎn)是平衡點(diǎn)，后到400之前就是反應(yīng)1的平衡移動(dòng)。

高考從以知識(shí)和能力立意轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的評(píng)價(jià)，“要重點(diǎn)解決情感、態(tài)度、思維等內(nèi)隱要素的評(píng)價(jià)”所以，我們的學(xué)生如果要正確解題，就要形成正確的思路，摸清楚工業(yè)情景，可能一些新穎的情景或者一些陌生的概念，跟我們所學(xué)的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，準(zhǔn)確把握信息的本質(zhì)成為下一步解決問(wèn)題的關(guān)鍵。邊讀題邊對(duì)照?qǐng)D像，將圖像對(duì)照起來(lái)把握情景。結(jié)合題目和問(wèn)題本身的特點(diǎn)，考查我們學(xué)生概念的變化與核心素養(yǎng)，同樣是轉(zhuǎn)化率在不同的題目里，體現(xiàn)的不一樣。對(duì)陌生的概念，也得理解轉(zhuǎn)換成我們熟悉的概念。

當(dāng)前，高考中的化學(xué)題目主要是以現(xiàn)階段的研究理論為基礎(chǔ)，模擬出真實(shí)的場(chǎng)景，對(duì)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)考查，考查學(xué)生的掌握情況與運(yùn)用情況，并引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到生活中，從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等?；诤诵乃仞B(yǎng)的化學(xué)課程的發(fā)展隱含著一以貫之的“真實(shí)性”，化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)、發(fā)展與利用化學(xué)真實(shí)場(chǎng)景和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的探討分析對(duì)問(wèn)題的解決可以產(chǎn)生直接影響。

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作者簡(jiǎn)介：何劍芳，浙江省諸暨市，浙江省諸暨市湄池中學(xué)。endprint