一道充分展示思维层次的中考试题

湖北兴山　郑之远

每年中考结束之后，许多化学老师会想办法搜集各个地方的中考题进行学习和研究，为下一学年教学中对各个知识、能力点的把握上提供一些方向和指导。在研读过程中，许多题巧妙的构思、新颖的设计、合理的取材等都会让人拍手叫绝。现与大家分享一道实验探究题。

 

题目：在高效复习课堂中，同学们利用“硫酸、硝酸钡、氢氧化钠、碳酸钾” 四种物质的溶液对 “复分解反应发生的条件”进行再探究。

 

【知识回放】

 

通过判断上述四种溶液两两之间能否发生反应，我能写出其中符合下列条件的两个化学方程式：

 

⑴一个中和反应       ；

 

⑵一个有沉淀生成的反应       。

 

【挖掘实质】

 

⑴图1是HCl和NaOH在水中解离出离子的示意图，小丽发现HCl在水中会

解离出H⁺和Cl^-，NaOH在水中会解离出Na⁺和OH^-，以此类推硝酸钡在水中会解离出的离子是       (填离子符号)。

 

⑵图2是稀盐酸和氢氧化钠溶液发生化学反应的微观过程示意图，该化学反应的实质可以表示为 H⁺+OH^-＝H₂O

 

我也能用同样的方式表示上述四种溶液两两之间发生反应时有气体生成的反应的实质       。

 

【实践运用】

 

⑴通过上述探究发现，在溶液中H⁺和OH^-不能大量共存，我还发现在溶液中      和      (填离子符号，下同)也不能大量共存。

 

⑵利用上述四种物质的溶液完成实验后，将所得物质混合并过滤，得到一种无色溶液。经测定，该溶液显酸性。则在该溶液中一定含有的离子是                 。为了验证该溶液中可能含有的离子是否存在，我设计如下实验进行验证。

 

溶液中可能含有的离子	设计实验验证（实验步骤、现象及对应的结论）

 

【知识升华】

 

对“复分解反应发生的条件”的再探究，我发现在分析多种溶液混合后所得溶液中离子的成分时，

应考虑的因素是             。

 

解析：本试题在【知识回放】中要求根据复分解发生的条件写化学方程式，其中中和反应即酸和碱发生的反应，也就只有硫酸和氢氧化钠了；而要有沉淀生成，根据所给物质把它们的成分组合的话，只可能得到硫酸钡和碳酸钡沉淀，因此，可以写硫酸和硝酸钡的反应，也可写碳酸钾与硝酸钡的反应。

 

在【挖掘实质】中，（1）根据氢氧化钠和盐酸分别在水中解离出的离子可以推断：就是把组成物质的成分分开得到离子，而组成硝酸钡的是钡离子与硝酸根离子；

 

（2）根据图中反应前后的微粒对比，可以看出氯离子和钠子仍然是以离子的形式存在的，数目没变，而反应前的氢氧根离子和氢离子不见了，变成了水分子。因此，在写有气体生成的反应的实质的时候，首先确定反应物，只能是碳酸钾和硫酸，然后把它们的化学反应方程式写出来即H₂SO₄+K₂CO₃==K₂SO₄+CO₂↑+H₂O，再把各物质解离得2H⁺+SO₄^2-+2K⁺+CO₃^2-==2K⁺+SO₄^2-+ CO₂↑+H₂O，最后把前后没变的离子（没参与反应）都去掉可得2H⁺+ CO₃^2-==CO₂↑+H₂O。

 

在【实践运用】中，（1）是写在溶液中不能共存的离子，即阴阳离子组合后能生成水、沉淀或气体的，所以，在组成上述四种物质的八种离子中，Ba²⁺与SO₄^2- 或CO₃^2-结合能生成沉淀，H⁺与CO₃^2-结合生成CO₂气体，H⁺ 和 OH^－结合能生成水，它能们都是不能共存的；

 

（2）要判断溶液中存在离子，根据题意四种物质（八种离子）都用到了，在这里八种离子里面Na⁺、K⁺和NO₃^－题不会与其它任何种离子结合的（凡是含有这三种离子的物质都溶于水），因此这三种离子在溶液中是一定存在的，而溶液又显酸性，所以也一定含有H⁺。有了H⁺的存在，也就可以排除CO₃^2－和OH^－，因为它们二者与H⁺不能大量共存。而Ba²⁺、SO₄^2－根据题目已知条件不能做出判断，在溶液中可能存在，但二者不能共存，只能存在一种的可能性。要设计实验验证，可以用含有CO₃^2－（如Na₂CO₃）或SO₄^2－（如K₂SO₄）的溶液来检验Ba²⁺是否存在，用含有Ba²⁺（如BaCl₂）的溶液来检验SO₄^2－是否存在。

 

【知识升华】是对前面“实践运用”的一个反思性小结，根据前面的过程分析，所以必然要考虑离子是否共存的问题，能反应的离子也要考虑是否恰好完全反应的问题。

 

试题评价：

 

1.充分挖掘教材，激师生问题意识。试题取材于人教版教材第72页“活动与探究”的原始内容，并在“挖掘实质”中巧妙地把教材第56页中的离子解离图和第59页中酸碱中和反应微观示意图借用，因此，题目充分利用了教材中的素材，并进行了科学地整合，让学生经历一次新的学习体验。而此题的学习过程在进行复分解反应发生条件教学时，只要具有一定的问题意识，也是较容易做到的，无论是教师还是学生应该很容易追问“为什么要有沉淀、气体或水生成复分解反应才能发生呢？”这样就自然要进行探究复分解反应的实质。通过此题的设计让我们体会到，教师在教学中要有问题意识，要注重对教材中智力因素的挖掘，给学生预留生成的空间，鼓励学生大胆质疑。

 

2.展现思维层次，评价学生能力。从试题设计的形式和内容看，其思维层次都是一个逐步上升的过程，首先，“知识回放”中要求学生写出反应的化学方程式，是对复分解反应最基础的应用，也是初中化学的重点内容和核心知识，同时为解答后面的问题做准备。然后，以探究离子反应这一实质展开，应用教材中的离子解离图示和离子反应微观图，先进行过渡，两个图就是为学生通过分析理解离子反应设计的，学习后再来模仿写有关离子方程式，把知识延伸到了高中的离子反应，虽然这一知识是陌生的，但在试题中为学生搭好了知识和方法的桥，让学生通过分析和学习完成这一探究旅程。接着，在“实践运用”中沿着反应实质的思维发展方向，深化到离子共存层次，通过离子共存与否来进行溶液中存在离子的判断无疑是对学生学习到新知识的深层运用，考查了学生思维的逻辑性和严密性。最后，“知识升华”从转换思维角度分析溶液中离子大量共存原因，则是逆向思维，不但考查了学生的反思能力，也考查了学生的表达能力。此题在“挖掘实质”和“实践运用”环节中，实际上是通过提供的学习素材，以学案的方式引导学生对新知识的学习，考查了学生的自主学习能力。