逆向推理破解高考題中水溶液復(fù)雜體系反應(yīng)

沈金龍 李 娜 王 麗

(1.山東省博興第一中學 2.山東省博興縣第三中學)

水溶液中復(fù)雜體系的離子反應(yīng)方程式書寫是高考的一個必考點,由于同時存在弱電解質(zhì)的電離、鹽類的水解、沉淀溶解等多個平衡,導致許多考生不能快速并精確地確定到底哪些是主反應(yīng).筆者研究近年關(guān)于水溶液中復(fù)雜反應(yīng)方程式的書寫,歸納總結(jié)出了逆向推理思維的解題方法.逆向推理又稱“倒推法”或者“目標驅(qū)動推理”,其最大特點在于目的性強,由已知的結(jié)果出發(fā),將目標問題分解成問題解決的子目標,再尋找各個子目標與給定條件的關(guān)聯(lián),運用所學知識和基本原理找到解釋驗證子目標正確性的說法,從果溯因,追本求源,做到有理有據(jù)地解決水溶液中復(fù)雜反應(yīng)方程式的書寫.

1 水溶液中復(fù)雜體系反應(yīng)類試題分析

筆者整理近年部分高考試題,對于水溶液中復(fù)雜反應(yīng)方程式的書寫統(tǒng)計如表1所示.

表1

水溶液中復(fù)雜體系的離子反應(yīng)類試題,重在考查獲取、分析和解讀題目信息,調(diào)動和應(yīng)用化學核心知識、基本原理以及符號表征等綜合能力.其復(fù)雜性源于組分多、相互作用多、平衡體系多且平衡之間存在相互影響、平衡主次的劃分等.但這類試題都具有很強的因果關(guān)系,所以分析問題的切入點為作用結(jié)果(作用結(jié)果指的是根據(jù)題目信息可推測出的因平衡作用產(chǎn)生的部分生成物),首先要根據(jù)作用結(jié)果中微粒的種類、數(shù)量、宏觀現(xiàn)象逆向推理,運用溶液中粒子的行為找到直接原因,確定終反應(yīng);再對比終反應(yīng)粒子與原料,建立關(guān)系,找到間接反應(yīng).這樣分析問題,學生的思路清晰,能有效地判斷主次反應(yīng),進而有理有據(jù)地作答.

2 逆向推理解題過程分析

2.1 逆向思維下的模型構(gòu)建

例1(2020年山東卷,節(jié)選)用軟錳礦(主要成分為MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制備高純MnCO3的工藝流程如圖1所示.

圖1

碳化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________.

分析1)基于作用結(jié)果,逆向推理微粒作用.

碳化過程生成了MnCO3,逆向推理微粒作用的實質(zhì)是Mn2＋與結(jié)合生成的MnCO3,電離生成和H＋,由于體系中存在氨水,這樣氨水電離出的OH－能與H＋結(jié)合生成水.

2)基于微粒作用,厘清微粒間主反應(yīng).

根據(jù)溶液的組成,結(jié)合微粒的相互作用,確定體系中的主反應(yīng)如圖2所示.

圖2 溶液體系內(nèi)微粒之間相互作用

3)基于主反應(yīng),有理有據(jù)作答.

厘清溶液體系內(nèi)的主反應(yīng),分析微粒的相互作用、平衡之間的相互影響,得到體系內(nèi)發(fā)生的反應(yīng):

2.2 逆向思維下的模型應(yīng)用

例2(2019年全國Ⅰ卷,節(jié)選)硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料,廣泛應(yīng)用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工業(yè).一種以硼鎂礦(含Mg2B2O5?H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如圖3所示.

圖3

在“沉鎂”中生成Mg(OH)2?MgCO3沉淀的離子方程式為________.

1)基于作用結(jié)果,逆向推理微粒作用.

分析沉鎂過程中生成了Mg(OH)2?MgCO3,微粒作用的實質(zhì)是Mg2＋與、OH－結(jié)合生成目標產(chǎn)物,水電離生成OH－和H＋,由于體系中存在,這樣與H＋結(jié)合生成或者H2O和CO2.

2)基于微粒作用,厘清微粒間主反應(yīng).

根據(jù)溶液的組成,結(jié)合微粒的相互作用,確定體系中的主反應(yīng)如下:

思路1:碳酸銨足量時,主反應(yīng)過程如圖4所示.

圖4 碳酸銨足量分析過程

圖5 碳酸銨不足分析過程

3)基于主反應(yīng),有理有據(jù)作答.

碳酸銨足量時離子方程式為2Mg2＋＋＋2H2O＝Mg(OH)2?MgCO3↓＋.

碳酸銨少量時離子方程式為2Mg2＋＋＋H2O＝Mg(OH)2?MgCO3↓＋CO2↑.

3 復(fù)習備考策略

3.1 基于核心知識,發(fā)展平衡觀念的進階

認識水溶液知識的進階包括:1)離子水平:對溶液組成、性質(zhì)和變化的認識.2)單平衡水平:溶質(zhì)的行為和溶劑的行為,建立溶液的平衡觀.3)多平衡水平:溶質(zhì)和溶劑相互作用以及難溶物的行為.4)系統(tǒng)水平:離子反應(yīng).在復(fù)習備考中,需要建立體系組成溶質(zhì)、溶劑以及體系中微粒之間的相互作用,要關(guān)注核心知識、核心概念的關(guān)聯(lián)性,建立多平衡體系的關(guān)聯(lián)性,不能只關(guān)注單一的體系或者單一的平衡體系.多平衡并不是簡單孤立地分析幾個平衡,而是看到平衡之間的相互影響,概括多平衡體系問題解決的角度和思路,形成對多平衡溶液體系的認識以及應(yīng)用核心知識解決實際問題的能力,發(fā)展化學學科核心素養(yǎng).

3.2 關(guān)注微項目,優(yōu)化思維,形成有效的思維模型

備考復(fù)習時,需要深度挖掘教材中的微項目.微項目并不是知識的簡單應(yīng)用,而是把實際問題轉(zhuǎn)化成化學知識并加以解決的能力,提升聚焦核心問題、分析問題的能力,基于信息的問題轉(zhuǎn)化能力.結(jié)合溶液的組成、微粒與微粒之間的相互作用,把復(fù)雜問題簡單化,結(jié)合信息進行必要的化學推理,形成系統(tǒng)認識復(fù)雜溶液體系的角度和視角.

3.3 研讀高考題,構(gòu)建思維模型,發(fā)展學科核心素養(yǎng)

筆者通過分析近年的高考題,發(fā)現(xiàn)題目都有似曾相識的感覺,通過加入碳酸氫銨或者碳酸銨實現(xiàn)沉錳、沉鐵、沉鈰、沉鎂的過程,其實考查的都是相同的核心知識、相同的原理、相同的反應(yīng)類型、相同的設(shè)問方式.雖然題目非常相似,但每年都有創(chuàng)新,所以復(fù)習過程中學生要分析高考題,用好高考題,將同種類型的高考題放在一起分析和研究,總結(jié)歸納解決問題的思路和方法,以不變應(yīng)萬變.

筆者運用逆向推理,從微觀上分析水溶液中復(fù)雜的平衡關(guān)系,厘清反應(yīng)的主次,旨在幫助學生形成清晰的解題思路,快速準確地書寫水溶液中復(fù)雜體系的反應(yīng)方程式.

(完)