大概念视角下的化学高考题研究

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摘要：大概念是当前学科教学的核心之一，也是高考评价体系的重要要素之一。大概念为结合实际情况分析和回答高考题提供了明确的思维方向。理解和掌握大概念是回答化学高考题的关键。化学教师在教学中应以大概念为教学目标，以大概念教学作为培养学生化学学科核心能力的有力抓手。

关键词：大概念化学高考题举例

1、大概念解读

大概念本质上是一种高度概括的知识。专家通过对大量真实案例的总结和联系，从而对某个概念产生新的理解和感知，并将这个概念与另一个概念有机地联系起来[4]。例如，醇化合物含有羟基（-OH），这使得醇具有亲水性并且能够与酸发生酯化反应。酮含有羰基(C=O)，这使酮具有与醇不同的化学性质，例如与亲核试剂进行加成反应的能力。由此，我们可以推导出“有机物的官能团决定有机物的性质”这一化学大概念，从而建立了“官能团”和“性质”两个概念之间的联系。大概念往往具有很强的总体性，可以迁移到许多复杂的实际问题的解决过程中。例如，基于“有机物的官能团决定有机物的性质”的一般概念，我们可以通过了解有机物的官能团来预测其可能的性质，或者当我们需要使某种物质具有特定的性质时。性质，我们可以设计相应的合成路线和化学。该反应引入相应的官能团。

2.大概念在化学教学及高考题中的现状分析

大概念可以充分发挥知识的统一性、结构性和功能性价值，帮助学生理解学科知识的本质，构建知识网络。同时，大概念还可以促进学生连接知识，培养适应能力，实现自我建构和自我进化。大概念教学是培养学生学科核心能力的有力抓手。《普通高中课程方案（2017年版2020年修订）》提出教学要进一步选择学科内容，关注学科核心概念，结构化课程内容，以主题为引领，情境化课程内容，促进学科核心能力的落地[5]。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》提出化学课程内容的选择应体现基础性、当代性，引导学生进一步学习化学的基本原理和方法，形成化学学科的核心概念；注重引导学生在结构化、自主构建化学知识核心概念中理解化学；在必修课阶段，突出化学基本概念（大概念）的指导作用[6]。《义务教育化学课程标准（2022年版）》还提出，注重大概念的引导是课程内容设计中的一个重要理念[7]。可见，大概念已经成为新课程教学的核心内容之一。

大概念既然已经成为新课程教学的核心内容，就必然成为高考评价体系中的重要考试要素。高考的核心功能之一是为高校选拔人才。高考命题专家大多是大学教授，而大学教授则是解决实际问题的专家。在研究过程中，他们通过大量案例的积累总结出解决问题的思维方式和理念。浙江大学刘辉教授将这些思维方式和概念称为“专家思维”，并将大概念定义为“反映专家思维方式并具有生命价值的概念、想法或主题”[8]。大学教授不希望自己选的学生成为靠“死记硬背”、“机械答题”的高分低能的学生。相反，他们希望自己选拔的学生能够在生活实践或学习探索中养成正确的思想价值观。在概念的指导下，熟练运用大概念解决实际情况中不熟悉、复杂的问题。例如，现在的化学高考题几乎不再考课本上原始方程的写法，而是考实际生产情况下不熟悉的方程的写法，涉及二维价类、守恒概念的测试，改变概念和其他主要概念。俗话说：“没有价值，就没有话题；没有情境，就没有话题；没有思考，就没有命题；没有任务，就没有话题”。大学化学教授认为，只有在陌生的现实情境中检验大概念，才能有效检验学生的化学素养和综合能力，从而选拔出他们需要的人才。为此，高中化学教师在日常教学中应将大概念作为教学核心，引导学生理解和掌握大概念，培养学生解决实际问题的关键思维能力，从而最终实现大学化学的目标。 “立德树人、服务选人”的入学考试评价体系。核心职能是“人才、引导、教学”[9]。

三、运用大概念分析解答化学高考题实例

（一）“物质制备要考虑安全、经济、纯度”大理念在高考题分析与解答中的运用

在“物质制备要考虑安全、经济、纯度”的大理念中，“安全”是指在物质制备过程中不爆炸、不排放有毒有害物质等，“经济”是指原料廉价，条件简单。速度快、转化率高、副反应少、产品损失少等。“纯”是指产品不含很多杂质。这个大概念可以转移并应用到所有物质的制备中，无论是实验室制备还是化工生产制备。因此，诸如“这样做的目的是什么？”之类的问题的答案。和“原因是什么？”所有基于物质制备的测试问题中出现的“为了安全、经济和纯度”。相反，回答诸如“不这样做的目的和原因是什么？”之类的问题。指出“它可能不安全、不经济或不纯净”。

【例1】（摘自2022年湖北省高考试卷第16题）高纯度试剂常用于高科技领域。将市售的85%磷酸溶液减压蒸馏除去水和结晶杂质即可得到纯磷酸（熔点42，易吸潮）。净化过程需要严格控制温度和湿度。当温度低于21时，易生成2H3PO4·H2O。（熔点为30C）。如果高于100，会发生分子间脱水，生成焦磷酸等。某兴趣小组设计的制备磷酸晶体的实验装置如下（夹紧装置省略）：

回答以下问题：

(2)P2O5的作用是____________。

(3)空气流入毛细管的主要作用是防止________，同时还有搅拌和加速水溢出的作用。

(4)提高温度可以加快除水速度。实验选择水浴加热的目的是____________。

（6）过滤磷酸晶体时，除了干燥的环境外，还需要控制温度为__________（填数字）。

A.21B.3035C.42100

分析：本题主要基于实验室制备纯磷酸这种陌生物质作为载体的真实情况。可以根据“物质的制备必须考虑安全、经济、纯度”这个大理念来分析。从问题中的信息我们知道，纯磷酸很容易吸潮，所以P2O5充当干燥气体（为了纯度）。从毛细管中出来的气泡比大管中的气泡更小、数量更多且速度更快，从而避免了碰撞（为了安全）。从问题中的信息可以看出，当温度高于100时，磷酸会发生分子间脱水形成焦磷酸。因此，磷酸纯化过程需要严格控制温度，水浴加热可以避免直接加热造成的强度过大和温度无法控制，从而避免产品损失和杂质（为了经济和纯度）。从问题中的信息我们知道，当温度低于21时，磷酸很容易形成2H3PO4·H2O。纯磷酸的熔点为42C。因此，过滤磷酸晶体时，温度需要控制在3042之间（为了经济和纯度）。

【实施例2】（摘自2023年高考B卷第9题）LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。以菱锰矿（MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素）制备LiMn2O4的工艺流程如下：

(2) 不宜用H2O2 代替MnO2，因为_______。

分析：本题主要针对化工生产中制备陌生物质LiMn2O4的实际情况。根据“物质的制备必须考虑安全性、经济性和纯度”的一般概念，可以推断，之所以不适合用H2O2代替MnO2，是因为它可能会造成不安全、不经济或不纯净。根据H2O2的催化和易分解性质可以看出，氧化后生成的Fe3+可以催化H2O2的分解，但溶液中的Fe2+不能全部氧化为Fe3+。这样做会浪费H2O2，并且可能无法去除Fe（既不经济也不纯净）。

【例3】（摘自2023年高考试卷A第8题）BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，可按以下路线制备粉状BaTiO3。

回答以下问题：

(2)已知“烘烤”后的固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。 “浸出”过程中主要反应的离子方程式是_______。

（3）“酸化”步骤应使用的酸是____（填数字）。

一个。稀硫酸B.浓硫酸C.盐酸D.磷酸

（4）焙烧品直接用酸浸是否可行？ _______，原因是_______。

分析：本题是基于化工生产中制备陌生物质BaTiO3的真实情况。根据“物质的制备必须考虑安全性、经济性和纯度”的大理念，可见化工生产的每一步都必须考虑这三个方面。问题中的酸化步骤也是如此。从工艺过程可以看出，酸化需要再次浓缩结晶。酸化是将BaS转化为易溶于水的钡盐。由于BaSO4和Ba3(PO4)2的溶解度很小，会导致钡元素的损失，不经济，而BaCl2可以溶于水，所以根据经济原则应选择的酸是盐酸酸。

（二）“反应的本质是异性相吸”大概念在高考题分析与解答中的运用

化学反应的本质是旧键的断裂形成新键，或者微观粒子的重组。微观粒子的组合的选择性取决于微观粒子的电特性。同性相斥、异性相吸也是事物变化的一般规律。

【例4】（摘自2023年山东省高考第16题）卤素可以形成许多具有特殊结构和性质的化合物。在-40C，F2与冰反应生成HOF和HF。 HOF水解反应的产物是________（填写化学式）。

分析：本题以陌生物质HOF的性质为载体。由于FOH呈负电性，HOF分子中的F价为-1，带负电，被H2O电离的H+带正电。根据“反应的本质是异性相吸”的一般概念，可以推断HOF水解时产生的带负电的F-与被H2O电离的带正电的H+结合形成HF，而HOF水解过程中产生带正电的OH+ 与H2O电离的带负电的OH-结合形成H2O2； H2O2不稳定，会发生后续反应分解形成O2和H2O。因此，HOF水解反应的最终产物是HF、H2O和O2。

【例5】（摘自2023年山东省高考第18题）三氯氢硅（SiHCl3）是生产高纯硅的重要原料。常温下为无色液体，沸点31.8，熔点-126.5。易水解。已知ClHSi和SiHCl3在浓NaOH溶液中反应的化学方程式为______。

分析：这道题利用了陌生物质SiHCl3作为载体的特性。由于ClHSi的电负性，SiHCl3中氯元素的价数为-1，带负电，氢元素的价数为-1，也带负电，硅元素的价数为+4 ，带正电。根据“反应的本质是异性相吸”的一般概念，可以推断SiHCl3水解的反应原理是SiHCl3中带负电的Cl和H与被H2O电离的带正电的H+结合，生成SiHCl3。形成HCl 和H2，带正电的SiHCl3 Si 和H2O 电离的带负电的OH- 结合形成H4SiO4。 H4SiO4易分解为H2SiO3。 HCl和H2SiO3继续与NaOH反应生成NaCl和Na2SiO3，所以答案是：SiHCl3+5NaOH=Na2SiO3+3NaCl+H2+2H2O。

【例6】（摘自2022年江苏高考第17题）氢气是清洁能源，研究绿色环保制氢技术具有重要意义。

（2）“Fe-HCO3--H2O热循环制氢、甲酸”的原理是：在密闭容器中，铁粉与吸收CO2得到的NaHCO3溶液反应，生成H2、HCOONa和Fe3O4；然后Fe3O4 通过生物柴油副产品转化为Fe。

实验中发现，在300时，NaHCO3溶液在密闭容器中与铁粉发生反应。反应初期生成FeCO3并释放出H2。随着反应的进行，FeCO3 迅速转化为活性Fe3O4-x。活性Fe3O4-x是HCO3-转化为HCOO-的催化剂。其可能的反应机理如图所示。根据元素电负性的变化规律，如图所示的反应步骤I可描述为______________。

分析：本题是基于化工生产中以甲酸为载体的Fe-HCO-3-H2O热循环制氢的真实情况。由于OHCFe 具有负电性，H2 在活性Fe3O4-x 表面分解成H 原子。 1个H原子吸附在催化剂的铁离子上，该铁离子稍微带负电，1个H原子吸附在催化剂的氧离子上，该氧离子稍微带正电。根据“反应的本质是异性相吸”的一般概念，可以推断HCO3-中带正电的C与催化剂上带负电的H结合，HCO3-中带负电的羟基氧与催化剂上带正电荷的H 结合生成H2O，将HCO3- 转化为HCOO-。

【例7】（摘自2022年高考苏卷第14题）铁硫化合物（FeS、FeS2等）应用广泛。

(1)纳米FeS可以去除水中微量的六价铬[Cr(VI)]。在pH=4~7的水溶液中，纳米FeS颗粒表面带正电，Cr(VI)主要以HCrO4-、Cr2O72-、CrO42-等形式存在。纳米FeS去除Cr(六）从水中主要经过“吸附反应”沉淀的过程。在pH=4~7的溶液中，pH越大，FeS从水中去除Cr(VI)的速度越慢。原因是______。

分析：本题基于环境污染治理中纳米FeS去除水中Cr(VI)的实际情况。从题目中的信息可以看出，带正电的是纳米FeS颗粒，带负电的是HCrO4-、Cr2O72-、CrO42-、OH-。根据“反应的本质是异性相吸”的一般概念，可以推断，当pH值越大，即c(OH-)越大，吸附的带负电的OH-就越多吸附在带正电的FeS 表面，从而吸附带负电的OH-。 Cr()的量越少，FeS的溶解越小，导致Cr()从水中的去除速度越慢。

（3）大概念“事物的影响因素有多种，但有主次之分。主要因素决定事物的发展方向，主次地位会随着时间或条件的变化而变化。”高考试题应用中的分析与解答

“因物而变”的概念，实际上是唯物辩证法中事物发展的一般规律。化学变化往往受到多种因素的影响，但首要因素决定了变化的最终结果。例如，NaHCO3溶液中的HCO3-经历两次变化：水解和电离，但水解是主要变化，电离是第二个变化，所以NaHCO3溶液最终呈碱性。如果事物的发展方向突然发生变化，通常是因为影响事物的因素的主次地位发生了变化。

【例8】（摘自2020年新高考标卷第10题）研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：式中：k为反应速率常数，随着温度t的升高而增大；为SO2平衡转化率，'为某一时刻的SO2转化率，n为常数。当=0.90时，将一系列温度下的k和值代入上述速率方程，得到v-t曲线，如图所示。曲线上v最大值对应的温度称为下反应的最佳温度tm。 ttm之后，v逐渐减小。原因是__________。

分析：本题是以化工生产中SO2催化氧化的真实情况为载体。根据“事物的影响因素有多种，但有主次因素之分，主要因素决定事物的发展方向，主次地位会随着时间或条件的变化而变化”的大概念。结合图中温度tm下的反应速率较晚发生突变，可以推断突变的原因可能是影响反应速率的因素主次状态发生变化。 SO2催化氧化是放热反应。温度升高导致反应平衡向相反方向移动，转化率降低。从速率方程可以看出，v受k和两个因素影响。随着温度升高，k 增大而减小。 k 的增加将导致v 增加，而的减少将导致v 减少。最终的结果取决于谁占主导地位、谁处于次席地位。从图中可以看出，ttm时，整体表现是v逐渐减小，说明k的增大v作为次要因素增大，的减小v作为主要因素减小。

【例9】（摘自2022年高考A卷第35题）2008年北京奥运会“水立方”变身2022年冬奥会“冰立方”，实现奥运场馆的再利用。美丽的透光气囊材料由乙烯（CH2=CH2）和四氟乙烯（CF2=CF2）的共聚物（ETFE）制成。回答以下问题：

(2) 图a、b、c分别表示C、N、O、F的逐级电离能I的变化趋势(纵坐标尺度不同)。第一电离能的变化图为___（填写标注），判断依据为______；第三电离能的变化图为_____（填写标签）。

分析：本题是基于“水立方”材料共聚物（ETFE）制备的真实情况。按照“事物的影响因素有多种，但有主次之分，主要因素决定事物的发展方向，主次地位会随着时间或条件的变化而变化”的大概念。结合图a中的第一电离能，它并不是逐渐变大而是有突变。可以推断，突变的原因可能是影响第一电离能的主次因素发生了变化。因此，思考的方向应该从影响第一电离能的因素开始。 C、N、O、F 四个原子都处于第三周期。一般来说，同一周期原子的第一电离能主要受其非金属性的影响。非金属性从左到右逐渐增加，第一电离能整体应该是逐渐增加的趋势，但由于N原子的2p能级呈半填充状态排列，半填充结构的稳定性是主要影响因素，非金属增加是次要影响因素。因此，第一电离能高于C和O原子。第一电离能的变化如图a所示。原子的第三电离能是原子的气态基态正2价阳离子失去一个电子后产生气态基态正3价阳离子所需的能量。同一周期原子的第三电离能受其非金属性的影响。总体趋势是依次增加，但因为C原子失去2个电子后，其第3个电子所在的2s能级被完全填满。此时，全填充结构的稳定性是主要影响因素，导致需要失去第三个电子。能量较高，满足该规则的图像为图b。

“没有情况，没有提议。”上述每个例子的情况对于学生来说都是真实且陌生的，这给学生带来了很大的挑战。然而，通过对上述真实高考题的分析，我们可以发现，大概念为基于真实陌生情境的高考题的分析和解决提供了明确的思维方向。可以非常有效地使用同一个大概念来分析和解决不同的现实生活中的奇怪情况问题。高考题考的是广泛的大概念。理解和掌握大概念是回答化学高考题的关键。

4、教师在教学中引导学生理解和掌握大概念的策略

学生在需要运用大概念分析解答化学高考题时，往往存在以下问题：一是平时学习不深入，知识不衔接，大概念储备不足；二是平时学习不深入，知识不衔接，大概念储备不足；第二，虽然知道一些大概念，但知识掌握得不牢。对大概念的理解不够深入，不懂得如何迁移和应用，不能有效运用大概念解决问题；三是情境分析能力弱，不能快速定位关键信息，不知道用什么概念来分析和解决问题。化学教师在教学中可以采用以下策略引导学生理解和掌握大概念。

1、教师首先要明确大概念的重要性，研究课程标准，分析教材内容，提炼和选取大概念。教师需要讲清大概念的定义、内涵和外延，及其在学科知识体系中的地位和作用。其次，“给学生一滴水，教师自己也要有一桶水”。要让学生有专家思维，教师自己首先要有专家思维；为了让学生理解和掌握大概念，教师自己首先要理解和掌握大概念。笔者经过长期的教学实践，分析提炼出如下图所示的化学大概念群，以供参考。

2、教师要转变观念，从知识型转向素养型。在教学中，要以大概念为主要教学目标，以大概念为实施学科核心能力的抓手。教师可以根据大问题或项目设计真实情境、设计探究活动。这种探究式学习有助于培养学生的科学思维和解决问题的能力，让学生在解决问题的过程中主动建构和理解大概念。例如，教师可以介绍工业合成氨的实际温度在500左右，让学生在思考“温度的影响”的基础上，继续思考“为什么温度要控制在500左右”。温度对反应速度和材料性质的影响”，引导学生理解和掌握“分析研究事物必须全面，既要看到事物的积极的一面，又要看到事物的消极的一面”的大概念。学生掌握了这个大概念后，就会转移到后续的化学反应学习中，积极思考反应条件对化学反应的影响以及如何通过控制反应条件来控制反应。

3.教师可以将大概念与现实生活情况结合起来，通过实例、案例、模拟活动等让学生感受到大概念的实用性和现实意义，这种情境化教学有助于学生更好地理解和应用大概念。教师还可以通过设计扩展题、开展创新项目等方式，引导学生将大概念迁移到新的情境、新的问题中，培养学生的迁移应用能力和创新思维。教师还应为学生提供各种学习资源，如课本、参考书、网络资源等，鼓励学生自主学习和探索。通过广泛阅读和信息收集，学生可以更深入地理解大概念的内涵和外延。

参考

[1][7]中华人民共和国教育部。义务教育化学课程标准：2022年版[M]北京：北京师范大学出版社，2022。 [2] Wiggins，McTeigue。追求理解的教学设计：第二版[M].上海：华东师范大学出版社，2017[3]邵朝友，崔云淼。指向核心能力的教案设计：大理念的视角[J].全球教育展望，2017(6):11 -19.[4]岑素艳，范斌.核心素养背景下指向大概念的高中化学教学分析[J].广西教育，2023(5):72-75.[5]中华人民共和国教育部。普通高中课程计划：2017年版2020年修订[M].北京：人民教育出版社，2020。[6]中华人民共和国教育部。普通高中化学课程标准：2017年版2020年修订[M].北京：人民教育出版社，2020. [8]刘辉。大概念教学：以能力为导向的整体单元设计[M]北京：教育科学出版社，2022[9]教育部考试中心。中国高考评价体系[M]北京：人民教育出版社，2019。