学科教学的现状给人的感觉似乎只有两条,一是题海,二是难度降不下来,进入80 年代以来,教学内容一删再删,外加事实上存在的“题目教学"体系可能已比教材本身更完备,可难度还是降不下来。
高考试卷是教学的一面镜子,笔者翻阅了近10年来高考化学全国卷和上海卷共18 份,总分值为2500分,作出如下一组统计:主要针对H2S的氧化反应而设的试题约77分,占3.1%;关于氮氧化物产生和反应的试题约 66分,占2.7%;专门用于猜测元素和原子的试题约71分,占2.8%;关于化学平衡及其移动的定性描述或简单计算的试题约107分,占4.3%(电离平衡、水解平衡、溶解平衡等内容尚不包括在内);关于离子共存的试题约44 分,占1.8%,仅以上5项(或称5个知识点)占总分1 / 7强。
硫和氮都只是近110种化学元素中的一种,H2S只是+6、+4、一2等诸多价态化合物中的一种,氮氧化物也只是众多含氮化合物中的少数,而H2S和氮氧化物这两项细枝末节在高中化学天地里居然占了5.8%的篇幅。元素判断的要求早已明确规定是1一18号元素,原子核外最多三层电子,只有s、p两种亚层,能复杂到哪里去?离子共存问题中涉及的离子计有:H+、Na+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、A13+、Fe3+、Fe2+、Cu2+、Ag+、NH4+、OH¯、F¯、Cl-、Br-、I-、S2-、HS¯、ClO¯、SO42-、HSO4¯、S2O32-、NO3¯、PO43-、HPO42¯、H2PO4¯、CO32-、HCO3¯、SiO32-、AlO2-、SCN-、MnO4-等,统计到家共三十多种,排列组合再多,离子不能共存的原因无非是发生沉淀、产生气体、产生弱电解质、发生氧化还原反应等有数的几项,高难度从何谈起?
化学教学内容已经少到扳指可数的地步,题目照样成海,高考难度照样令人生畏,三年教学中半年以上复习仍嫌不够,这种怪圈到底是怎么形成的?让我们从下面的例题中窥探一二。
(一)关于H2S的高考题
[例1,90沪15] 24毫升H2S在30毫升O2中燃烧,同温同压下,得到的SO2体积为____毫升。
[例2,92京38] 1.0升H2S气体和a升空气混合后点燃,若反应前后气体的温度和压强都相同(20 ℃,101.3千帕),试讨论当a的取值范围不同时,燃烧后气体的总体积v(用含 a的表达式表示,假定空气中氮气和氧气的体积比为4:1,其它成分忽略不计)。
[例3,93沪21]向氢硫酸溶液中加入少量下列物质:①O2,②C12,③SO2,④CuSO4,能使溶液pH值减小的是____。
[例4,96京36]将a摩尔H2S和1摩尔O2置于一个容积可变的容器内进行反应。维持容器内气体的压强不变(101千帕),在120 ℃下测得反应前后容器内气体的密度分别为dl和d2。若a的取值不同,则H2S的氧化产物可能有如下三种情况:
(1)全部是SO2,此时a的取值范围是____
(2)全部是S,此时a的取值范围是____,并且dl____d2
(3)部分是SO2,部分是S,此时a的取值范围是____。反应所产生成SO2为____摩尔,容器内气体的物质的量之和为____摩尔。
[例5,97京31]某无色溶液可能含有下列钠盐中的几种:(A)氯化钠(B)硫化钠(C)亚硫酸钠(D)硫代硫酸钠(E)硫酸钠(F)碳酸钠。向此溶液中加入适量稀硫酸,有浅黄色的沉淀析出,同时有气体产生。此气体有臭鸡蛋气味,可使澄清石灰水变浑浊,不能使品红试液褪色。……此无色溶液中至少存在哪几种盐?请写出全部可能的情况。
以上5题中,例3是相对最浅显的,它考查的是氢硫酸分别与四种物质一次反应的结果。例5难度也较低,但除H2S与SO2反应外还涉及硫代硫酸钠被酸化后的分解过程。其余三题则都综合了H2S的两种燃烧产物。例1 给的是具体数值,答案唯一,例2、例4给的则是字母,多答案,需通过分段讨论解决,尤其是例2,给的不是纯氧而是空气,转换环节一个比一个多,“学过”化学而未“研究过”习题的人士(哪怕是专业人士)要在有限时间内解出这三个题目,谈何容易。以上5题的化学内容实际上差别不大,甚至没有差别,题目间可以互相派生,但一个考生复习时仅做过例3、例5和例1,临场时遇到的却是例2,十有八九解不出来,因为陌生、烦燥,因为“复习不到家”,因为“能力”太差。于是下一届的考生就把5题全做到家,结果天知道下一次H2S的戏法又变成一个什么样子,于是题海中又出现第6题、第7题等等,结果是难上加难。
(二)关于NOX的高考题
[例1,92京12]在NO2被水吸收的反应中,发生还原反应和发生氧化反应的物质,其质量比为:____
[例2,93沪24]图(略)为装有活塞的密闭容器,内盛22.4毫升一氧化氮,若通人11.2毫升氧气(气体体积均在标准状况下测定),保持温度、压强不变,则容器内的密度____。
[例3,94沪40]为测定某铜银合金的成分,将30.0克合金溶于80毫升13.5摩/升的浓硝酸中,待合金完全溶解后,收集到气体 6.72升(标准状况),并测得溶液的pH=0。假定反应后溶液体积仍为80毫升,求
(1)被还原的HNO3的物质的量
(2)合金中银的质量百分含量
[例4,95沪31(A)(2)]假设NO和NO2物质的量之比恰好为1:1,则两者的混合物相当于一种酸酐。写出由烧碱溶液吸收这种酸酐的化学方程式。
[例5,97京24]某金属单质跟一定浓度的硝酸反应,假定只产生单一的还原产物。当参加反应的单质与被还原硝酸的物质的量之比为2:1时,还原产物是____。
[例6,98沪30]用下列仪器、药品(图略)验证由铜和适量浓硝酸反应产生的气体中含 NO(仪器可选择使用,N2和O2的用量可自由控制)。已知:①NO + NO2+ 2OH-→ 2NO2-+H2O,②气体液化温度:NO2,21 ℃;NO,-152 ℃。
(1)仪器的连接顺序(由左至右连接,填各接口的编号)为____
(2)反应前先通入N2的目的是____
(3)籍以确认气体中含NO的现象是____
(4)装置F的作用是____
(5)如果O2过量,写出装置B中发生反应的化学方程式。
以上6题中,例1是最浅显的,说的只是NO2的歧化,例2是NO氧化和NO2双聚的综合,例4是NO与NO2及酸酐知识的综合,例6是NO与NO2的分离实验,涉及反应装置的连接,都比例1复杂。例5和例4则是关于氮氧化物的产生,例5的麻烦在于金属的化合价未定,例3的思考量在于要不要考虑6.72升气体的具体成分以及如何理顺NO3-和H+的来龙去脉。除非少数天才,很难想象未经过大运动量训练的一般考生能在考场上解出例3。即使外行亦不难从以上题目的分析中理解仅氮氧化物习题也能构成一个庞大集合体的原因。
(三)关于元素判断的高考题
[例1,90京6] x、y、z分别代表3种不同的短周期元素。x元素的原子最外层电子排布为nsl;y元素原子的M层中有2个未成对电子;z元素原子的L电子层的p亚层中有4个电子。由这3种元素组成的化合物的分子式可能是____。
[例2,91沪40]w、x、y、z四种元素都位于短周期内,它们的原子序数依次递增。w原子核内仅有一个质子,x原子的电子总数与z原子的最外层电子数相等,w原子与 x原子的最外层电子数之和与y原子的最外层电子数相等。z原子的s电子总数与p电子总数相等,且z只能形成阴离子。由此推断它们的元素符号是w____、x____、z____。已知w、x、y、z可组成一个化合物,其原子个数之比为4:1:2:1,该化合物名称是____。
[例3,92沪21]原子序数小于18的八种连号元素,它们单质的熔点随原子序数增大而变化的趋势如图(略)所示,图中x元素应属
(A) III A族(B) IV A族 (C)VA族 (D) VI A族
[例4,92沪33] w、x、y、z为短周期内除惰性气体元素外的四种元素,它们的原子序数依次增大,其中只有y为金属元素,y的最外层电子数和w的相等;y、z两元素原子的质子数和为w、x两元素质子数之和的3倍。由此可知:w为____,x为____,y为____,z为____,由上述元素中任意三种所组成的两种盐,它们的水溶液显碱性的是____和____。
[例5,93京9]X、Y两元素可形成X2Y3型化合物,则X、Y原子最外层的电子排布可能是____
(A)X: 3S23p1 Y: 3s23p5 (B)X: 2s22p3 Y: 2s22p4
(C)X: 3s23p1 Y: 3s23p4 (D)X: 3s2 Y: 2s22p3
[例6,95沪30(A)]A、B、C、D四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大,A与 C、B与D分别是同族元素,B、D两元素的质子数之和是A、C两元素质子数之和的两倍。这四种元素中有一种元素的单质易溶于CS2溶剂中。这四种元素是:A____,B_____,C____,D____。
写出两种均含四种元素的化合物相互反应放出气体的化学方程式。
[例7,98沪27] a、b、c、d、e、f、g为七种由短周期元素构成的微粒,它们都有 10个电子,其结构特点如下:
a | b | c | d | e | f | g | |
原子核数 | 单核 | 单核 | 双核 | 多核 | 单核 | 多核 | 多核 |
单位电荷数 | 0 | 1+ | 1- | 0 | 2+ | 1+ | 0 |
其中b的离子半径大于d的离子半径,d是由极性键构成的四原子极性分子,c与f 可形成两个共价型的g分子。
(1)写出a微粒的核外电子排布式
(2)b与e相应元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱比较为____>____(用化学式表示)
(3)写出d溶于水的电离方程式
(4)g微粒所构成的晶体类型属____
(5)c微粒是____,f微粒是____(用化学式表示)。
以上7个例题中,例1、例5将原子结构与化合物分子式相结合,符合条件的分子式都不止一种,内容载体略有区别;例3将硅晶体的高熔点用图来表示,在当年也是一种出新;例7则将离子结构引人元素判断,也体现了命题常出常新。例2、例4、例6分别是四种元素的判断题,是此类考题中较为“正规”的一类。有意思的是例4与例6判断的是完全相同的四种元素,区别在于它们表述中的字母组合或词语组合不同,例4中有“y、z两元素原子的质子数之和为w、x两元素质子数之和的3倍”,例6中相应的是“ B、D两元素的质子数之和是A、C两元素质子数之和的两倍”,例2中相应的是“ x原子的电子总数与z原子的最外层电子数相等,w原子与x原子的最外层电子数之和与y原子的最外层电子数相等”。从中我们理解为什么区区 18个元素的判断题也能成海。这些题目实际上已使严肃的化学问题沦为测字游戏。说它们有多大难度似乎不确切,但要在这样的绕口令面前保持眼不花、头不晕、心不慌却是有难度的。
元素判断和离子共存的例题不再赘述。
命题者为什么不明明白白地说明某原子核内有几个质子而要将四种元素串在一起艺术地说成“y、z两元素原子的质子数之和为w、x两元素质子数之和的3倍”呢?为什么不提示考生6.72升气体是NO和NO2的混合物呢?用通行的话说为什么考试时要把学生当敌人呢?
千万不要怪罪命题者,我们讨论问题的一个重要前提是我国目前尚不能让大部分高中毕业生上大学,高考是一项以选拔为主要目的的国家考试,区分度是试卷成立的主要指标之一,而问题的症结是化学教学内容实在太少,考纲太细,面上那点知识没有区分功能可言,广度不够只好往深度开掘,18种元素照样考出学力高下,不讲“综合性”、“灵活性”、“迁移能力”简直不成其为高考。
化学真的枯燥到要用3.1%的篇幅去描述一个H2S吗?青年学生的时间和精力那么富足,可以大把浪费在测字迷上吗?绝对不是。化学世界精采之至,值得了解或研究的内容非常丰富。单从实用或了解生存环境的角度来看,化学内容就还有如:①化学与能量,能量守恒与转换,内能、焓、关于化学变化途径的Hass定律。化学变化永远与能量相伴,没有能量的核算,化学不可能有实际价值。②现代材料,合金,硅酸盐材料,合成塑料、橡胶、纤维。③以过渡元素为主体的催化剂(催化剂是现代化学中最值得骄傲的成就之一,没有催化剂的研制就根本没有现代化学)。④环境化学。 ⑤能源,太阳能,化学电池。 ⑥生物化学,包括蛋白质、脂肪、糖类、维生素、矿物质等各种人类必需营养物。⑦天体、地球、矿物、土壤等问题中与化学有关的内容。⑧近代化学短暂而精采的发展史和化学将来的发展趋势。这些内容在我们的考题中几乎没有或很少涉及或只有牵强的附会(比如在题干中无关痛痒地加上一句某物质将污染环境的话),它们在18份高考卷中的总分值可能不及一个硫元素。
删减教学内容和考试科目的初衷是为了减轻学生的负担.但高考失败的比例由招生比例决定,竞争负担何减之有。小县城内连续 “复习”,连考三五年方才中的(或仍不中的)者仍大有人在,学生负担无减,近年来家长为子女求学(包括请家教、进高复班、买习题集)背上的经济负担倒节节上升。最大的损害莫过于素质教育遭到排斥。一个学了三年高中化学的学生,不知道现代材料会给经济建设(包括劳动者就业)造成多大推力,不知道催化剂是哪类神药,不知道脚踩的大地是怎么回事,更不具备实验技能和观察世界、吸收相关信息的技能。加上绝大部分学生(包括不上大学和上大学的)将来可能永远不再直接接触化学,过了若干年,留在他们心目中的化学极有可能就是H2S、氮氧化物和18种原子结构等几个或十几个考点,而不是化学的巨大包容。知识在爆炸,而我们用3.1%的精力去笔谈一个H2S,这实在是一种可笑和可怕的现象。
笔者呼吁用教学内容的广度来代替掘井,由考察曲指可数的“知识点”和单一课堂教学内容转变为既考课堂内容又考察阅读量和其它课外积累,考纲可以有,但必须粗线条,要改革考纲中与计划经济模式呼应的成分。内容丰厚,认知要求才能降低,课本本身厚了,习题集才能变薄。基本原理、思想方法、重点、难点(或许很少有难点)要教师讲解,细节要学生自己阅读甚至寻找阅读材料,实验要学生自己动手和参与设计。考知识量就用不着把考解题技巧放在首位,就可能不再出现H2S 这样的宠儿,习题集可能会不如现在这样吃香。考知识量比考做过多少习题更公平,尤其是更有利于认识生存环境的需要。笔者手头一本美国新泽西出版并正在美国使用的高中化学课本,16开本,厚达1100页,天知道在他们那些松松垮垮的课堂上能讲授其中的几分之一,但可以肯定信息量比我们大得多,不会有人因为陷人一个H2S的还原性或Al的两性之类而乐不思蜀。
科学在发展,教材要有删也有增才是正常现象。还化学世界精采纷呈的本来面目吧。
(原载《化学教学》1999.6)