化学基本观念下的元素及其化合物复习.doc

基于化学基本观念构建的元素化合物复习方高飞* 林振标浙江省象山中学 宁波 315700； 2. 象山县教科研中心 宁波 315700） 摘要 采用列表对比的方法分析近几年浙江省高考元素化合物试题的特点及命题趋势。结合相关高考试题，提出基于化学基本观念构建的元素化合物的复习策略，具体表现在分类观、元素观、变化观、能量观、守恒观、平衡观、微粒观、实验观的培养。为元素化合物的高考复习教学和备考提供参考。关键词 元素化合物、高考复习、化学基本观 试题分析 2015年10月22-23日，以“高考试题研究”为主题的宁波市高三化学复习研讨会在鄞州中学召开。会上我（方高飞）作了有关“基于化学基本观念构建的元素化合物复习”的发言。本文拟将自己的所思所得记录于此，与各位同仁共同探研新课标下元素化合物知识的复习策略。元素化合物化学用语是对元素化合物的记载和描述化学计算是对元素化合物的定量研究为化学实验和化学基本概念基础理论提供具体感性的认识化学实验是对元素化合物生动的再现和认识一、元素化合物在高中化学体系中的地位 图1 元素化合物在高中化学体系中的地位二、浙江省高考元素化合物试题特点1.分值有所上升，题号有所调整（见表1） 表1 元素及其化合物试题题号及分值时间题号分值百分比201313，262121%201413，262121%201513，272424% 由于有机化学基础模块调整为选考,元素化合物大题由第26题变更为第27题。有机化学试题分值降低，元素化合物比重加大。2. 题型稳中有变第13题从前两年的无机离子推断和检验改为物质间的转化，化学实验设计与评价，难度有所下降。第26题是元素组成的定性分析和定量计算，突出化学用语考查（包括电子式、化学式、化学方程式、离子方程式，特别是氧化还原反应方程式的书写）等。2015年元素及其化合物主观题与近年来试题相关内容对比如表2所示。2015年浙江省高考化学试题有关元素化合物部分的题型结构，试题面貌等方面保持了很好的稳定性。试题既有对事实性知识的考查，又突出对化学学科素养、运用化学知识和原理解决实际问题的能力考查，获取信息、处理信息的能力、分析问题、解决问题能力的考查。试题对高三教师的复习具有很好的导向性，即要从“知识为本”的教学转向“观念建构”的教学。几乎所有学生都对元素化合物知识爱恨交织喜欢学但不易记住且容易遗忘，更不要说综合应用了，因此，高三复习备考时大部分学生觉得与元素化合物有关的试题尤其是无机化学知识的综合应用题难度大，无从下手。笔者认为这是由于元素化合物内容安排在必修1部分，缺乏物质结构、反应原理知识的指导，高一学生难以掌握元素化合物知识的学习方法、思路；难以形成与元素化合物知识相关的化学基本观念。高三复习应充分发挥物质结构、反应原理的指导作用，使学生掌握事实性知识的同时构建基本的化学观念，从而提高复习的效率。(5)某同学认为：用惰性气体赶尽反应体系中的空气，将铁和盐酸反应后的气体经浓硫酸干燥，再与金属钠反应，得到固体物质即为纯净的甲；取该固体物质与水反应，若能产生H2，即可证明得到的甲一定是纯净的。判断该同学设想的制备和验纯方法的合理性并说明理由_。设计实验方案验证(CO2+FeO)反应的产物。(2014)有人提出产物Cu中可能还含有Cu2O，请设计实验方案验证之。(2013)对含Fe2+较多的食盐(假设不含Fe3+)，可选用KI作为加碘剂。请设计实验方案，检验该加碘盐中的Fe2+。(2011)设计一个实验方案，探究化合物Na2O2与空气接触后生成可溶性盐的成分(不考虑结晶水合物)(2010)物质检验 三、复习策略1. “元素化合物”的复习应使知识系统化、网 络化，培养学生的分类观、元素观、变化 观（1）“分类观”下点的梳理将各类物质的通性融入“物质的组成、分类”中，培养学生的分类观。分类观是高中化学的核心观念之一，对于种类繁多的化学物质，要引导学生从不同的角度去分类，去理解、去认识物质的组成、性质。可以纵向归纳物质的性质，横向对比易混淆物质的性质，使学生在理解记忆时，形成一手抓通性，一手抓特性的学习方法。（2）“变化观”下线的构建 将非金属元素按“氢化物单质氧化物酸盐”；金属元素按“单质氧化物碱盐”的顺序构建知识主线（见表3）。 表3 非金属元素、金属元素知识主线非金属元素金属元素NH3N2NONO2HNO3Cu(NO3)2NaNa2O(Na2O2)NaOHNaClH2SSSO2SO3H2SO4CuSO4MgMgOMg(OH)2MgCl2SiH4SiSiO2H2SiO3(H4SiO4)Na2SiO3AlAl2O3Al(OH)3AlCl3(NaAlO2)CH4CCO2H2CO3Na2CO3FeFe2O3Fe(OH)3FeCl3CuCuOCu(OH)2CuSO4 任何固体在水溶液中，能否顺利进行到底，很大程度上，取决于反应物是否始终与溶液中的溶质保持接触，也就是说反应过程中生成的物质是否及时顺利地离开固体，能则顺利，否则则难。氧化物和酸（或碱）的转化关系通常可分为以下两类：氧化物（SO2、CO2、Na2O）+H2O易溶性的酸(或碱)；难溶性的酸（或碱）氧化物（SiO2、MgO、Al2O3、Fe2O3）+H2O。值得注意的是Na2O2、NO2分别与H2O的反应都是氧化还原反应，Fe(OH)2在空气中灼烧生成Fe2O3而非FeO。 高考链接(2014浙江，第26题节选)某研究小组为了探究一种无机矿物质X(仅含四种元素)的组成和性质，设计并完成如下实验：分析白色沉淀2与空气可转化为红褐色沉淀可知X中含Fe元素；固体1能和水反应，形成的溶液1和气体甲反应生成沉淀知X中含Ca元素。由此可见帮助学生形成从纷乱(物质)中抽丝(元素)解决物质推断题的方法是非常必要的。 将同一元素不同价态之间的物质按价态从低到高，位置从左到右进行排列。含不同价态同种元素的物质间可以发生氧化还原反应，该元素价态的变化遵循“高价+低价中间价”，而不会出现交叉现象；具有多种价态的元素均可发生“中间价高价+低价”的岐化反应。常见的变价元素及其知识线如表4所示。表4 变价元素知识主线 S2-S SO32-NH3 N2 NOCl- Cl2 ClO-CCOCO2Fe Fe2+ Fe3+H- H2 H+ 高考链接(2013浙江，第26题节选)甲（AlH3)与H2O反应的化学方程式是：分析AlH3 + 3H2O =Al(OH)3 + 3H2 甲(AlH3)与乙(NH3)之间可能(填“可能”或“不可能”）发生反应生成H2，判断理由是： 分析AlH3中的氢化合价为-1价，NH3中的氢为+1价，因而有可能发生氧化还原反应生成氢气。 (2015浙江，第27题节选)NaAlH4与水发生氧化还原反应的化学方程式: 分析NaAlH4 + 2H2O = NaAlO2 +4 H2(3)“元素观”下网的织就抓重点，以点带面，形成网络，把头脑中零散的碎片进行整合，使知识点进行网络化，形成新的知识体系，得到整体的、互相联系的、结构化的知识。将同种元素的不同物质按化合价从低到高排成横线，同种价态的不同物质从上到下排成纵列形成该元素的知识网络图，从而培养学生的元素观。以含硫物质为例，它们在一定条件下可以形成图2所示的转化关系。通过氧化还原反应可以实现含有不同价态硫元素的物质之间的转化，通过非氧化还原反应可以实现含有相同价态硫元素的不同物质之间的转化。 图2 硫及其化合物之间的相互转化 这样，从不同的角度，采用不同的形式，进行归纳整理，通过由“点”到“线”，由“线”成“块”的逐层总结，就能理出一个层次丰富、条理清晰的知识网络，达到触类旁通的效果。2. “元素化合物”的复习应使反应系统化、规律化，培养学生的能量观、平衡观、守恒观、微粒观在对物质具体转化过程的分析时，把反应原理、物质结构和具体元素化合物的知识有机结合起来。化学反应都需要条件，升高温度、增大反应物浓度、增大压强、使用催化剂等有的是为了提高反应的速率，有的是为了提高反应物的转化率，有的是反应发生的必备条件。通过反应条件、反应限度、能量变化等多角度的结合，学生就形成了从物质相互转化和反应条件两个角度来认识元素化合物之间相互关系的化学学科思维和物质转化观。结构决定性质，性质体现结构，对结构和性质的研究是学好化学的基础。(1) 化学方程式产物确定的方法 性质决定产物同一类物质在组成及性能方面往往具有一定的相似性，利用不同对象在某些方面的类同之处，然后推测这两个对象在其他方面也可能有类同之处，并由一种对象迁移到另一种对象中去是判断陌生物质化学性质、书写陌生反应方程式的一种常用方法（如表5）。表5 类比迁移书写陌生反应方程式类比原型类比结果Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2OBr2 +2 NaOH = NaBr + NaBrO + H2O(CN)2 + 2NaOH = NaCN + NaCNO + H2OBrCl + 2NaOH = NaBrO + NaCl + H2O2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2Be + 2NaOH = Na2BeO2 + H2Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2NH3 + H+ = NH4+N2H4 + H+ = N2H5+ ；N2H4 + 2H+ = N2H62+NH4+ + OH- = NH3 + H2ON4H44+ + 4OH- = N4 + 4H2O 在利用类比迁移时尤其要注意反应物的特殊性，如根据二氧化碳和水反应生成碳酸得出二氧化硅和水反应生成硅酸；根据过氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气得出过氧化钠与二氧化硫反应生成亚硫酸钠和氧气等结论都是错误的。高考链接(2012浙江，第9题节选)CCaY2(CaO2)与水发生氧化还原反应时，CaY2只作氧化剂分析通过Na2O2与水发生氧化还原反应时，Na2O2既做氧化剂又做还原剂可知此选项错误。 (2013浙江，第28题节选)已知:Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似。分析Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似，则废旧镀锌铁皮中加NaOH先生成Na2ZnO2，调节pH值后转化为Zn(OH)2沉淀。 外界条件不同产物不同刻舟求剑的故事告诉我们一切随条件变化而变化是我们分析问题必须遵循的基本原则。化学反应的产物与物质的量、温度、浓度、酸度有关，具体实例见表6。表6 物质的量、温度、浓度、酸度对化学反应产物的影响条件实例 物质的量不 同，产物不 同NaHCO3溶液加入过量石灰水：HCO3- + Ca2+ +OH- =CaCO3 + H2O NaHCO3溶液加入少量石灰水：2HCO3- + Ca2+ +2OH- =CaCO3 +2 H2O + CO32- 温度不同， 产物不同Na与O2常温生成Na2O；高温生成Na2O2 浓度不同， 产物不同Cu与浓硝酸：Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2+ + 2NO2 + 2H2O Cu与稀硝酸：3Cu + 8H+ + 2NO3- =3Cu2+ + 2NO + 4H2O 酸度不同， 产物不同KMnO4作氧化剂酸性环境产物为Mn2+中性环境产物为MnO2碱性环境产物为MnO42-氢氧燃料电池正极反应式酸性(或固体酸环境)O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O碱性或中性O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 高考链接(2015浙江，第27题节选) I.完成以下氧化还原反应的离子方程式： ( )MnO4- ( ) C2O42- + _ ( )Mn2+ ( )CO2 _ 分析MnO4-的产物Mn2+提示左边缺项的应为H+，再根据氧化还原反应规律配平即可。 (2010浙江，第26题节选)Na在高温隔绝空气的条件下与不溶物Fe2O3粉末反应生成化合物丙和另外一种单质。 (2014浙江，第13题改编)某同学收集了该地区的雾霾(可能含有如下可溶性无机离子：Na+、NH4+、Mg2+、Al3+、SO42、NO3、Cl )，经必要的预处理后试样溶液，设计并完成了如下的实验：已知：3NO3+ 8Al + 5OH + 2H2O3NH3 + 8AlO2根据以上的实验操作与现象，试样中是否含Al3+？分析过量的Ba(OH)2与Al3+反应生成AlO2-，根据沉淀溶解并放出气体的现象知沉淀中一定含BaCO3，可能含Al(OH)3。非常有意思的是如果将CO2改为过量，并将现象改为沉淀溶解又会是何结果呢？亦或是将现象改为沉淀溶解又如何呢？(2) 氧化还原反应、酸碱反应系统构建 按照物质的氧化还原性的相对强弱进行有序排列，使独立反应形成相互联系的反应系统，从而产生增殖效应。将三个典型反应中的氧化剂和氧化产物，还原剂和还原产物按物质氧化性和还原性递变排列，得到如图3表征的氧化还原反应系统中的局部结构。氧化性 Cl2 Br2 Fe3+ I2还原性 Cl- Br- Fe2+ I- 图3 三个氧化还原反应构成的小系统 经有序排列后，不仅可推断出Cl2可氧化Br-、Fe2+、I-等三种离子，Br2能氧化Fe2+、I-，而Fe3+只能氧化I-等；