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学科高中化学“证据推理与模型认知”在离子推断题中的应用【摘要】利用离子反应的有关知识,对物质进行鉴别及对离子和化学式进行推断是中学化学教学的一个主要内容，离子检验、离子共存及离子推断是浙江省高考化学中选择题命题的热点之一。基于化学学科核心素养中“证据推理与模型认知”的内涵，通过情境分析、证据收集、定性定量推理及证实或证伪等过程，提高学生的证据推理能力和模型认知能力。【关键字】证据推理 离子检验 离子共存 离子推断 电荷守恒普通高中化学课程标准（2017年版）指出“证据推理与模型认知”是高中化学五大核心素养之一。具体内涵包括具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型；能运用模型解释化学现象，解释现象的本质和规律。离子推断题是物质推断的重要题型，不仅能考查考生对元素及其化合物主干知识的掌握情况，更能考查考生思维的敏捷性、严密性、发散性和分析推理、综合应用元素化合物知识的能力，具有综合性强、能力要求高的特点。我们应当根据学生的认知特点，帮助学生建构思维模型：情境分析信息收集定性分析与定量分析问题解决，提升学生的证据推理能力。其中的“定性分析与定量分析”对能力要求最高，也是问题解决的关键。 一、离子的定性分析坚持“四项基本原则”，破解离子推断。1.肯定性原则：根据实验现象推出溶液中肯定存在或肯定不存在的离子；记住几种常见的有色离子：Fe2(浅绿色)、Fe3(黄色)、Cu2(蓝色)、MnO(紫红色)。2.互斥性原则：在肯定某些离子的同时，结合离子共存规律，否定一些离子的存在(要注意题目中的隐含条件，如：酸性、碱性、指示剂的变化、与铝反应产生H2、水的电离情况等)。3.电中性原则：溶液呈电中性，一定既有阳离子，又有阴离子，且溶液中正电荷总数与负电荷总数相等(这一原则可帮助我们确定一些隐含的离子)。4.进出性原则：通常是在实验过程中使用，是指在实验过程中反应生成的离子或引入的离子对后续实验的干扰。【例1】(2018浙江4月选考，25)某绿色溶液A含有H、Na、Mg2、Fe2、Cu2、SO、Cl、CO和HCO离子中的若干种，取该溶液进行如下实验(已知Ag2SO4微溶于水，可溶于酸)：向溶液中滴加Ba(OH)2溶液，过滤，得到不溶于酸的白色沉淀和绿色滤液B；取滤液B，先用HNO3酸化，再滴加0.001 molL1 AgNO3溶液，有白色沉淀生成。下列说法不正确的是()A溶液A中一定存在H、SO和Cl B溶液A中不存在Mg2、CO和HCO，不能确定Na的存在C第步生成的白色沉淀中只有AgCl，没有Ag2CO3D溶液A中存在Fe2与Cu2中的一种或两种，且可以用NaOH溶液判断答案B解题思路根据不溶于酸的白色沉淀，可知原溶液中必然含有SO，根据绿色滤液仍然存在，可知原溶液必然含有H，必然不能存在CO以及HCO；根据不溶于硝酸的白色沉淀，可知原溶液中必然含有Cl，沉淀必然为AgCl；但是根据以上信息不能确定溶液绿色是Fe2还是Cu2引起的，所以两者都有可能存在；根据以上信息不能确定Na与Mg2是否存在，所以B不正确。一般通读题目判明条件，寻找到解题的突破口，联系相应实验现象、物质性质及所学知识，进行大胆猜测，运用多种思维模式进行综合分析、推理，初步得出结论。将初步得出的结论或结果放入原理检验，完全符合才算正确。【例2】(2018浙江11月选考，25)通过实验得出的结论正确的是()A将某固体试样完全溶于盐酸，再滴加BaCl2溶液，出现白色沉淀，则该固体试样中存在SOB将某固体试样完全溶于盐酸，再滴加KSCN溶液，没有出现血红色，则该固体试样中不存在Fe3C在某固体试样加水后的溶液中，滴加NaOH溶液，没有产生使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，该固体试样中仍可能存在NHD在某固体试样加水后的上层清液中，滴加盐酸出现白色沉淀，再加NaOH溶液沉淀溶解，则该固体试样中存在SiO答案C解题思路A项，若该固体是K2SO3和KNO3也会出现这样的现象；B项，若该固体是Cu、Fe2O3或Fe、Fe2O3的混合物，溶于盐酸后，Fe3被Cu或Fe还原，滴加KSCN溶液后，不会出现血红色现象；C项，在检验NH时，应滴加浓NaOH并加热，才能生成NH3，从而确定是否含有NH；D项，根据现象变化，该固体中也可能存在AlO。 通过特别设计的实验，证明命题是正确的，或是不正确的。这种观察或者实验的结果不会因人而异。只要在相同的条件下观察和实验，都会获得相同的结果，得出相同的结论。众多的证据背后往往隐藏着事物的发展规律，而对这些规律的认知，需要借助想象和概括等抽象的手段。在建构解释的活动中，应当引导学生用科学证据和模型来支持或反驳对某一现象的解释，并找出各种解释的差异和不同，在讨论确定不同解释的差异后形成一致的描述，得到最符合证据的解释。 二、离子的定量分析离子之间是严格按照一定的化学计量关系进行反应的,许多情况下试题往往给定定量要求,诸如“少量”、“适量”、“过量”等,有时也以图表数据或函数图像表示反应过程中量的变化。在对离子进行定性分析的同时,不可忽视定量分析,应做到定性分析和定量分析的有机结合。【例3】某溶液X中可能含有NO、Cl、SO、CO、NH、Fe2和Fe3中的几种，且所含阴离子的物质的量相等。为确定该溶液X的成分，某学习小组做了如下实验：已知：3Fe24HNO=3Fe3NO2H2O则下列说法错误的是()A若含有Fe3，则一定含有ClBSO、NH一定存在，Fe2和Fe3可能都存在C该溶液中只存在上述离子中的NO、SO、NH、Fe2四种离子D气体甲能使湿润的红色石蕊试纸变蓝答案C解题思路向溶液X中加过量的稀硫酸，有气体乙产生，发生的反应可能是CO与H的反应，也可能是NO在H条件下与Fe2的氧化还原反应；溶液X与过量的NaOH溶液反应生成气体甲(NH3)为0.02 mol，即溶液X中含0.02 mol NH；所得的溶液甲中加过量氯化钡溶液，生成沉淀乙，则沉淀乙为BaSO4，质量为4.66 g，则物质的量为0.02 mol，即溶液X中含0.02 mol SO；所得沉淀甲应为氢氧化亚铁或氢氧化铁或两者均有，经过滤、洗涤、灼烧后所得的固体乙为Fe2O3，质量为1.6 g，物质的量为0.01 mol，故溶液X中含Fe2或Fe3或两者均有，且Fe元素物质的量一定为0.02 mol，由于Fe2或Fe3均能与CO发生双水解而不能共存，故溶液中无CO，则生成气体乙的反应只能是NO与Fe2的氧化还原反应，故溶液中一定含Fe2和NO，而所含阴离子的物质的量相等，即NO的物质的量也为0.02 mol。故现在溶液X中已经确定存在的离子是：阴离子：0.02 mol NO、0.02 mol SO，共带0.06 mol负电荷；阳离子：0.02 mol NH，0.02 mol Fe2或Fe2、Fe3的混合物，所带的正电荷0.06 mol。根据溶液呈电中性可知，当 0.02 mol全部是Fe2时，阳离子所带正电荷为0.06 mol，则氯离子一定不存在；若溶液中含Fe3，由于溶液要保持电中性，阳离子所带的正电荷0.06 mol，故溶液中一定含Cl，A正确；SO、NH一定存在，Fe2和Fe3可能都存在，B正确；根据以上分析可知C错误；气体甲为氨气，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，D正确。 解与离子反应有关的定量推断类试题，需要掌握定量推断最后一种离子存在的方法；如果多种离子共存，且只有一种离子的物质的量未知，可以用电荷守恒来确定最后一种离子是否存在，即阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数。 离子推断题往往有条件多样性、过程探究性、结论不确定性等特征。离子推断型题目涉及的知识点较多，综合性较强，要求有较强的分析和推理能力，我们要不断地学习，用智慧从“证据推理”出发，构建“模型认知”的教学结构，充分调动整体思维,综合分析试题条件,挖掘隐蔽存在的物质和反应,以确保答案