以化學學科為本的美國AP化學試題分析

摘?? 要：文章詳細分析了2021年AP化學試卷的自由作答部分試題，并總結了試題特點.

關鍵詞：AP考試；試題分析；化學試題

中圖分類號：G632???????? 文獻標識碼：A???????? 文章編號：1008-0333（2023）07-0131-03

AP化學課程是美國大學理事會開設的37門課程中的重要課程，其課程難度和考試優(yōu)分率（>4分）屬于中等，2020年受疫情影響，AP首次采用全球網(wǎng)考的模式，考試形式、時長、題型和評價體系都有所調(diào)整，學生普遍不太適應.2021年恢復傳統(tǒng)紙考，本文以美國大學理事會（The College Board）在其官網(wǎng)上發(fā)布的相關資料為依據(jù)，詳細分析了2021年AP化學試卷第二部分（選擇題未公開）的試題并總結了試題特點.

例1?? 甲酸（HCOOH）電離的方程式如下：

HCOOH（aq）+H2O（l）H3O+（aq）+HCOO-（aq）

Ka=1.8×10-4

（1）寫出該反應的電離平衡常數(shù)表達式；

（2）計算0.25mol/L甲酸溶液的pH；

（3）在圖1中畫出HCOOH的路易斯電子式，標出所有成鍵和未成鍵價電子.

（4）化合物肼（H2NNH2）在水溶液中反應離子方程式如下：

H2NNH2（aq）+H2O（l）H2NNH+3（aq）+OH-（aq）

Kb=1.3×10-6

將0.25mol/L 50.0mL H2NNH2（aq）與0.25mol/L 50.0mL HCOOH（aq）混合.

（1）寫出上述反應的離子方程式；

（2）反應完成后溶液是酸性、堿性還是中性？證明你的結論.

（3）若在甲酸溶液中加入某種催化劑，發(fā)生如下反應：HCOOH（aq）H2（g）+CO2（g），該反應是氧化還原反應嗎？證明你的結論；

（4）25℃時，該反應在一個體積為4.3L的剛性容器中進行，容器的總壓變化如圖2所示.該容器原來不含任何氣體，計算反應中生成CO2的物質(zhì)的量.（溶解在溶液中的CO2（g）忽略不計）

（5）待反應進行幾分鐘后，催化劑的數(shù)量是增加、減少還是保持不變？證明你的結論.

分析?? 本題以兩種弱電解質(zhì)（甲酸和肼）為研究點，考察了弱酸的電離（電離平衡常數(shù)表達式書寫、pH計算）、酸堿反應（離子方程式的書寫、反應后鹽溶液的酸堿性）、電子式書寫、氧化還原反應判斷、理想氣體狀態(tài)方程和催化劑的性質(zhì)等知識點.總體難度不高，知識點考察屬于核心內(nèi)容，第一題給學生有一個心理適應過程.

例2?? 根據(jù)元素硅（Si）及其相關化合物回答下列問題：

（1）純硅樣品的質(zhì)譜圖如圖3所示.

豐度最大的一種硅原子的原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？寫出基態(tài)硅原子的電子排布式.

（2）SiO2和SiH4是Si的兩種化合物.在161K溫度下，SiH4是氣體而SiO2是固體，根據(jù)粒子鍵作用力理論解釋這兩者的沸點差異.

在高溫條件下，SiH4分解生成固體硅和氫氣.

（3）寫出上述反應的化學方程式.

一些物質(zhì)的標準熵數(shù)據(jù)見表1.

（4）單質(zhì)硅比氫氣的標準摩爾熵小，解釋原因.

（5）計算上述分解反應的熵變（ΔS°）.

（6）任何溫度下，該反應在熱力學上都能自發(fā)進行.解釋為什么它只在高溫下才發(fā)生？

（7）圖4是純硅的部分光電子能譜圖，在圖中畫出缺失的表征3p能級上電子的波峰.

（8）根據(jù)原子結構相關理論，解釋Ge的第一電離能比Si低的原因.

（9）Si樣品吸收一個波長為4.00×10-7m的光子，計算這個光子的能量.（單位為J）

分析?? 本題考查知識點豐富，素材呈現(xiàn)多樣化，有圖表（質(zhì)譜和光電子能譜）和數(shù)據(jù)（標準熵），涉及原子的結構與性質(zhì)、分子的結構與性質(zhì)、化學方程式的書寫、熵的大小比較解釋、熵變的計算、反應的自發(fā)性分析和光子能量計算等知識點.題目整合了學習大綱中的1、3、4、9等單元，融合性增強，要求學生能在短時間內(nèi)對圖標進行觀察、分析、思考或猜想，提取有效信息進行加工，這種方式要求學生具備很強的綜合解題能力和對知識本身的深刻理解，也是學生化學學科素養(yǎng)的體現(xiàn).

例3?? 某學生的任務是測定某CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度，他要用沉淀法和光譜法這兩種不同的方法測定.在沉淀法試驗中，該學生向50.0mL CuSO4溶液中加入0.200mol/L 20.0mL Ba（NO3）2溶液，反應發(fā)生后生成白色沉淀，沉淀經(jīng)過濾、隔夜干燥后稱量，相關數(shù)據(jù)干燥濾紙的質(zhì)量：0.764g；CuSO4溶液體積：50.0mL；Ba（NO3）2溶液體積：20.0mL；濾紙和干燥后沉淀的質(zhì)量：1.136g.

（1）寫出沉淀反應的化學方程式；

（2）計算生成沉淀的物質(zhì)的量；

（3）計算原來CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度.

在光譜實驗中，該學生首先要繪制標準曲線.他用0.1000mol/LCuSO4溶液配制了3種不同濃度（分別為0.0500mol/L、0.0300mol/L、0.0100mol/L）體積為50.00mL的稀溶液.

（4）要配制0.0500mol/L 50.00mL CuSO4溶液，需要0.1000mol/L CuSO4溶液的體積是多少？

（5）在確保實驗安全的情況下，簡要敘述配制上述溶液的過程，實驗用品如50.00mL容量瓶等均可提供.標準曲線如圖5所示.

（6）某未知濃度CuSO4溶液的吸光度是0.219，計算該溶液的物質(zhì)的量濃度.

（7）另一個學生也做了同樣的實驗，在導入未知溶液前，比色皿中有幾滴水.這樣測出來未知濃度的數(shù)據(jù)與（6）中的數(shù)據(jù)相比是偏大、偏小還是相同？證明你的結論.分析?? 本題圍繞測定某溶液的物質(zhì)的量濃度實驗主題分三部分編排，包括沉淀法測定濃度中方程式的書寫和根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行定量計算，光譜法中的標準溶液的配制步驟和定量計算，根據(jù)標準曲線圖進行讀圖計算和實驗誤差的討論.本題設計巧妙，將沉淀法和色譜法用在同一種問題解決中，綜合考察了學生的實驗數(shù)據(jù)分析、實驗步驟敘述、實驗數(shù)據(jù)計算和誤差分析等能力.

例4?? 某學生研究暖手寶的化學反應原理，相關反應方程式如下：

4Fe（s）+3O2（g）2Fe2O3（s）rsn

ΔH°=-1650 kJ/mol

該學生將Fe粉、催化劑和沙子混合在一個敞口容器中，反應過程中該混合物的溫度變化數(shù)據(jù)見表2.

（1）混合物的總質(zhì)量為15.0g，比熱容為0.72J/（g·℃），計算從0到4分鐘內(nèi)混合物吸收的熱量.

（2）根據(jù)上述計算結果，計算參與反應的鐵的質(zhì)量.

（3）在第二次試驗中，該學生用了相同質(zhì)量的沙子，2倍質(zhì)量的Fe，第二次實驗能達到的最高溫度與第一次相比是高、低還是相等？證明你的結論.

分析?? 本題考察了熱化學相關原理，以生活中常見的暖手寶的工作原理為材料，要求學生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行反應熱相關計算，重點考察了熱化學方程式的理解和q=Cm2T公式的使用和分析.本題研究情境真實，問題設置有梯度和靈活性，引導學生化學現(xiàn)象的實質(zhì)有深入思考.

參考文獻：

［1］ 陳穎，王祖浩.美國AP化學試題能力考查的特點及其啟示［J］.基礎教育課程，2009（08）：66-69.

［2］ 張明亮，臧劍甬.美國AP化學課程和考試簡介［J］.化學教學，2002（04）：13-15.

［責任編輯：季春陽］

收稿日期：2022-12-05

作者簡介：張倩倩（1982.1-），女，江蘇省南京人，碩士，中學一級教師，從事高中化學教學研究.