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跨学科试题,是命题者以一定的线索把一些相关的知识串联成具有一定问题情景的知识网络题,它是以学科交叉与渗透为主的学科间综合,这类试题的主要目的是培养学生跨学科综合解决问题的能力,调整学生观察、解决问题的视角,用“整合”的观点去面对现实社会中的各种问题.这对培养学生的创新精神和实践能力,树立科学观点,都具有重要意义.
化学是一门综合性、知识性强的中心学科,它与语文、数学、物理、生物、政治、历史、地理等学科之间存在着千丝万缕的联系.解答好跨学科类型题目,不仅要掌握好化学知识,还要掌握好其它相关学科的知识,并能将有关学科的知识融会贯通,综合思考,灵活运用,方能正确解答.
一、与语文知识结合题
古代诗词、成语中蕴藏着丰富的化学知识.许多经典的诗词、成语中包含着对物质的变化、物质的性质、原子、分子的性质等有关的化学知识.诗词、成语这种源于生活的素材性资源出现在化学试题中,使得试题情景亲切,语言生动活泼.
例1 (南京市中考题)下列两个成语与我们所学的化学知识有关.请你任选一个,简述其中的化学原理.
(A) 百炼成钢(将反复烧红的生铁在空气中不断锤打,转化为钢)
(B) 釜底抽薪(釜:指古代炊具,相当于现在的锅;薪:指柴火)
你选择的成语是 其中的化学原理:.
解析:此题是过程开放性试题,涉及到生活、生产知识,可以任选一个进行解答.(A)百炼成钢就是锤打烧红的生铁时,生铁中的碳与空气中的氧气反应生成二氧化碳,使含碳量降低到2%以下,转变成钢.化学方程式为C+O2 〖FY(=〗点燃 〖FY)〗CO2;(B)燃烧需要可燃物,减少可燃物不利于燃烧.从而使燃烧停止.
例2 (天津市中考题)“墙角数枝梅,凌寒独自开,遥知不是雪,为有暗香来”(王安石《梅花》).诗人在远处就能闻到梅花香味的原因是( )
(A) 分子很小 (B) 分子是可分的
(C) 分子之间有间隔(D) 分子在不断地运动
解析:此题将原子、分子的知识与王安石的古诗联系起来考查,开阔了学生的知识视野,体现了学科间的综合.因为分子在不停的运动,故诗人在远处就能闻到淡淡的梅花香味.答案为:(D).
二、与数学知识结合题
此类试题主要是将数学中的比例法、假设法、数轴、函数图象等数学思想或方法运用于化学学科的解题当中.解题时关键是要学会运用数学的思想去处理化学中的数据或结论.
例3 使用数轴表示化学知识,有简明易记的效果.例如:根据碳素钢的含碳量,将其分为低碳钢、中碳钢、高碳钢,利用数轴的思想可以将其粗略地表示如图1.
问: (1)请你以pH与溶液酸碱性的关系为例,利用以上类似的方法,将其粗略地表示出来.
(2)请你再想一想:初中阶段还有哪些化学知识可用以上方法来表示?
解析:这是一道把有关化学知识在数轴上表示的很好的开放性试题,它比一般的开放性试题开放,思维空间更广泛,考查的范围包括整个初中阶段的化学知识,并鼓励考生尽可能多得出答案.在本题中,要求把化学知识中有一定数量变化关系的知识在数轴上表示出来.
如pH与溶液酸碱性的关系可表示如图2.
在判断金属能否与水反应、与酸发生置换反应、与盐溶液发生置换反应时,都要用到金属活动性顺序,利用数轴表示如图3.
例4 (兰州市中考题)等质量的M、N两种金属,分别与相同质量分数的足量稀盐酸反应(已知M、N在生成物中均为+2价),生成氢气质量和反应时间的关系如图4所示,下列叙述正确的是( )
(A) M、N两种金属中较活泼的是N
(B) 生成H2的质量M<N
(C) 相对原子质量较大的是N
(D) 产生H2的速率N>M
解析:实验室常金属与酸反应来制得氢气.由于金属的活动性不同,有的金属太活泼,反应太快,不宜用,也有的太稳定,反应太慢甚至不与酸反应产生氢气,也不宜用,常用到的金属有锌、铁、铝、镁.这四种金属与酸反应也有区别,一般可按其活动性顺序判断反应的快慢.如果金属等质量与足量的酸反应,产生的氢气量是不相等的.
反应结束所用的时间短,则该金属活泼,(A)(D)错误;从图中可知生成氢气的量N<M,则(B)错误.现在这二种金属均为+2价,则可写出如下反应方程式:R+2HCl=RCl2+H2↑.设该金属的相对原子质量为ω,产生氢气质量为x则可列出如下比例式:ω
∶[KG-*2/3]2=m∶[KG-*2/3]x,则x=2m/ω,现在这二种金属质量相等,则相对原子质量越大,产生氢气越小.答案:(C).
三、与物理知识结合题
理化综合题是将物理中的浮力、压强、杠杆、导电性等知识渗透到化学知识中去.解题时不仅要从化学角度考虑,更需要从物理的角度去理解题意,抓住学科知识之间的联结点.
例5 如图5,在一只盛有稀硫酸的烧杯中,漂浮着一塑料小方块,往烧杯中加入少量某种固体物质后,小方块浸没在水中的体积(V物)变大(假设在此过程中溶液的体积变化忽略不计),加入的固体可能是( )
(A) Fe (B) Cu
(C) Ba(OH)2(D) Ba(NO3)2
分析:(1)加入Fe,Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑,溶液质量增加,因溶液体积不变,故溶液密度变大.由G物=F浮=ρ液•g•V物可知,V物变小.
(2)加入Cu,Cu+H2SO4不反应,溶液质量、体积、密度都不变,则V物也不变.
(3)加入Ba(OH)2,Ba(OH)2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O,溶液质量减小,因溶液体积不变,故溶液密度减小.由G物=F浮=ρ液•g•V物,可知,V物变大.
(4)加入Ba(NO3)2,Ba(NO3)2+H2SO4=BaSO4↓+2HNO3,溶液质量增加,因溶液体积不变,故溶液密度增大,由G物=F浮=ρ液•g•V物可知,V物减小.答案:(C).
例6 如图6所示,灯泡发亮,若不断加入某物质,发现灯光发暗,直至熄灭,再继续加入该物质,灯泡又发亮,则加入的物质是( )
(A) 氢氧化钾溶液
(B) 氢氧化钡溶液
(C) 氯化钡溶液 (D) 锌粒
解析:灯光发暗直至熄灭,说明加入的物质使稀硫酸转变成难电离的物质,只有氢氧化钡与稀硫酸反应生成硫酸钡沉淀和水,两种物质均难电离.而
(A)(C)(D)选项中分别生成硫酸钾、盐酸、硫酸锌均可电离,灯泡不会熄灭.
四、与生物知识结合题
此类综合题主要是将生物学中的光合作用、呼吸作用、人体的消化与吸收、蛋白质变性、植物的生长等知识与化学知识进行有机的结合.解题的关键是弄清各科知识的联系.
例7 为了探究植物光合作用的原理,某学生设计了如下的实验装置.在相同的条件下,你预测数天后植物生长最茂盛的是( )
解析:此题考查的是生物的光合作用的原理.绿色植物在光的条件下,以二氧化碳和水为原料合成有机物并释放出氧气,雪碧饮料含有碳酸,能缓慢释放出二氧化碳,促进盆内植物的光合作用的进行,所以数天后,A图内的植物生长最旺盛.答案:(A).
例8 某学生用如图8装置进行“绿色植物光合作用”的探究实验.先将甲、乙两个装置同时放在黑暗处一昼夜,然后一起放到阳光下.几个小时后检验:甲装置中植物的叶片有淀粉生成,而乙装置中植物的叶片却没有淀粉生成.
(1)乙装置中绿色植物在阳光下(填“有”或“没有”)进行光合作用.
(2)乙装置中盛放NaOH溶液的目的是,写出相应的化学方程式.
(3)由以上实验可知,绿色植物光合作用需要的原料是 .
解析:这是一道把生化知识紧密联系在一起的探究性实验题.甲、乙两装置先放置于暗处,植物进行呼吸,吸收O2,排出CO2,由于乙中释放出的CO2被碱液吸收:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O.再置于阳光下,并检测不到乙中叶片有淀粉生成,淀粉是有机物,含有碳元素,由此说明乙中叶片没有进行光合作用,即光合作用需要CO2参与.
五、多学科知识结合题
化学学科知识与社会、历史、文化都有着千丝万缕的联系.一道化学题可以突出它与多学科之间的联系,突出化学学科的综合性、边缘性特点.
例9 为了鉴别一瓶饱和的食盐水和纯净水,某同学设计了下列实验方案,你认为可行的有( )
A.测量两者的密度;B.闻两者的气味;C.尝一下口味;D.加入食盐晶体;E.观察两者的颜色;F.加热蒸发;G.加入AgNO3溶液;H.测量两液体的导电性;I.加水稀释
解析:本题是一道多学科综合性试题,以设计实验方案为试题呈现方式,突出了物理、化学、生物等多个学科的知识,解题时,要突出对学科知识的理解和应用,根据饱和食盐水和蒸馏水的不同性质的特点,判断可行的方案.答案:ACDFGH .
例10 某学生为了测定种子的呼吸作用,设计了如图所示的实验,广口瓶盛有正在萌发的种子及一装有NaOH溶液的小烧杯.经过一段时间后,U形管的a、b两端液面有什么变化?请结合生物、化学、物理知识解析其原因.
解析:这是一道典型的学科综合题,综合了理、化、生三门自然科学的知识,可给学生作简单的提示:此题应用了物理学中的压强知识和生物学中的呼吸作用的知识.这样学生就很容易想到种子呼吸过程中会消耗氧气,产生二氧化碳气体,但产生的二氧化碳气体被烧杯中的氢氧化钠溶液吸收,所以集气瓶中压强将减少,因此a端将升高,而b端会降低.
跨学科试题是以培养学生的综合分析问题、解决问题的能力为宗旨,突出各学科之间知识相互渗透的综合类化学试题.试题能突出化学学科的基础性和边缘性.学科综合即以基础化学知识为主线,有机的渗透物理、数学、生物等学科的知识,学科综合性强.
化学是一门综合性、知识性强的中心学科,它与语文、数学、物理、生物、政治、历史、地理等学科之间存在着千丝万缕的联系.解答好跨学科类型题目,不仅要掌握好化学知识,还要掌握好其它相关学科的知识,并能将有关学科的知识融会贯通,综合思考,灵活运用,方能正确解答.
一、与语文知识结合题
古代诗词、成语中蕴藏着丰富的化学知识.许多经典的诗词、成语中包含着对物质的变化、物质的性质、原子、分子的性质等有关的化学知识.诗词、成语这种源于生活的素材性资源出现在化学试题中,使得试题情景亲切,语言生动活泼.
例1 (南京市中考题)下列两个成语与我们所学的化学知识有关.请你任选一个,简述其中的化学原理.
(A) 百炼成钢(将反复烧红的生铁在空气中不断锤打,转化为钢)
(B) 釜底抽薪(釜:指古代炊具,相当于现在的锅;薪:指柴火)
你选择的成语是 其中的化学原理:.
解析:此题是过程开放性试题,涉及到生活、生产知识,可以任选一个进行解答.(A)百炼成钢就是锤打烧红的生铁时,生铁中的碳与空气中的氧气反应生成二氧化碳,使含碳量降低到2%以下,转变成钢.化学方程式为C+O2 〖FY(=〗点燃 〖FY)〗CO2;(B)燃烧需要可燃物,减少可燃物不利于燃烧.从而使燃烧停止.
例2 (天津市中考题)“墙角数枝梅,凌寒独自开,遥知不是雪,为有暗香来”(王安石《梅花》).诗人在远处就能闻到梅花香味的原因是( )
(A) 分子很小 (B) 分子是可分的
(C) 分子之间有间隔(D) 分子在不断地运动
解析:此题将原子、分子的知识与王安石的古诗联系起来考查,开阔了学生的知识视野,体现了学科间的综合.因为分子在不停的运动,故诗人在远处就能闻到淡淡的梅花香味.答案为:(D).
二、与数学知识结合题
此类试题主要是将数学中的比例法、假设法、数轴、函数图象等数学思想或方法运用于化学学科的解题当中.解题时关键是要学会运用数学的思想去处理化学中的数据或结论.
例3 使用数轴表示化学知识,有简明易记的效果.例如:根据碳素钢的含碳量,将其分为低碳钢、中碳钢、高碳钢,利用数轴的思想可以将其粗略地表示如图1.
问: (1)请你以pH与溶液酸碱性的关系为例,利用以上类似的方法,将其粗略地表示出来.
(2)请你再想一想:初中阶段还有哪些化学知识可用以上方法来表示?
解析:这是一道把有关化学知识在数轴上表示的很好的开放性试题,它比一般的开放性试题开放,思维空间更广泛,考查的范围包括整个初中阶段的化学知识,并鼓励考生尽可能多得出答案.在本题中,要求把化学知识中有一定数量变化关系的知识在数轴上表示出来.
如pH与溶液酸碱性的关系可表示如图2.
在判断金属能否与水反应、与酸发生置换反应、与盐溶液发生置换反应时,都要用到金属活动性顺序,利用数轴表示如图3.
例4 (兰州市中考题)等质量的M、N两种金属,分别与相同质量分数的足量稀盐酸反应(已知M、N在生成物中均为+2价),生成氢气质量和反应时间的关系如图4所示,下列叙述正确的是( )
(A) M、N两种金属中较活泼的是N
(B) 生成H2的质量M<N
(C) 相对原子质量较大的是N
(D) 产生H2的速率N>M
解析:实验室常金属与酸反应来制得氢气.由于金属的活动性不同,有的金属太活泼,反应太快,不宜用,也有的太稳定,反应太慢甚至不与酸反应产生氢气,也不宜用,常用到的金属有锌、铁、铝、镁.这四种金属与酸反应也有区别,一般可按其活动性顺序判断反应的快慢.如果金属等质量与足量的酸反应,产生的氢气量是不相等的.
反应结束所用的时间短,则该金属活泼,(A)(D)错误;从图中可知生成氢气的量N<M,则(B)错误.现在这二种金属均为+2价,则可写出如下反应方程式:R+2HCl=RCl2+H2↑.设该金属的相对原子质量为ω,产生氢气质量为x则可列出如下比例式:ω
∶[KG-*2/3]2=m∶[KG-*2/3]x,则x=2m/ω,现在这二种金属质量相等,则相对原子质量越大,产生氢气越小.答案:(C).
三、与物理知识结合题
理化综合题是将物理中的浮力、压强、杠杆、导电性等知识渗透到化学知识中去.解题时不仅要从化学角度考虑,更需要从物理的角度去理解题意,抓住学科知识之间的联结点.
例5 如图5,在一只盛有稀硫酸的烧杯中,漂浮着一塑料小方块,往烧杯中加入少量某种固体物质后,小方块浸没在水中的体积(V物)变大(假设在此过程中溶液的体积变化忽略不计),加入的固体可能是( )
(A) Fe (B) Cu
(C) Ba(OH)2(D) Ba(NO3)2
分析:(1)加入Fe,Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑,溶液质量增加,因溶液体积不变,故溶液密度变大.由G物=F浮=ρ液•g•V物可知,V物变小.
(2)加入Cu,Cu+H2SO4不反应,溶液质量、体积、密度都不变,则V物也不变.
(3)加入Ba(OH)2,Ba(OH)2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O,溶液质量减小,因溶液体积不变,故溶液密度减小.由G物=F浮=ρ液•g•V物,可知,V物变大.
(4)加入Ba(NO3)2,Ba(NO3)2+H2SO4=BaSO4↓+2HNO3,溶液质量增加,因溶液体积不变,故溶液密度增大,由G物=F浮=ρ液•g•V物可知,V物减小.答案:(C).
例6 如图6所示,灯泡发亮,若不断加入某物质,发现灯光发暗,直至熄灭,再继续加入该物质,灯泡又发亮,则加入的物质是( )
(A) 氢氧化钾溶液
(B) 氢氧化钡溶液
(C) 氯化钡溶液 (D) 锌粒
解析:灯光发暗直至熄灭,说明加入的物质使稀硫酸转变成难电离的物质,只有氢氧化钡与稀硫酸反应生成硫酸钡沉淀和水,两种物质均难电离.而
(A)(C)(D)选项中分别生成硫酸钾、盐酸、硫酸锌均可电离,灯泡不会熄灭.
四、与生物知识结合题
此类综合题主要是将生物学中的光合作用、呼吸作用、人体的消化与吸收、蛋白质变性、植物的生长等知识与化学知识进行有机的结合.解题的关键是弄清各科知识的联系.
例7 为了探究植物光合作用的原理,某学生设计了如下的实验装置.在相同的条件下,你预测数天后植物生长最茂盛的是( )
解析:此题考查的是生物的光合作用的原理.绿色植物在光的条件下,以二氧化碳和水为原料合成有机物并释放出氧气,雪碧饮料含有碳酸,能缓慢释放出二氧化碳,促进盆内植物的光合作用的进行,所以数天后,A图内的植物生长最旺盛.答案:(A).
例8 某学生用如图8装置进行“绿色植物光合作用”的探究实验.先将甲、乙两个装置同时放在黑暗处一昼夜,然后一起放到阳光下.几个小时后检验:甲装置中植物的叶片有淀粉生成,而乙装置中植物的叶片却没有淀粉生成.
(1)乙装置中绿色植物在阳光下(填“有”或“没有”)进行光合作用.
(2)乙装置中盛放NaOH溶液的目的是,写出相应的化学方程式.
(3)由以上实验可知,绿色植物光合作用需要的原料是 .
解析:这是一道把生化知识紧密联系在一起的探究性实验题.甲、乙两装置先放置于暗处,植物进行呼吸,吸收O2,排出CO2,由于乙中释放出的CO2被碱液吸收:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O.再置于阳光下,并检测不到乙中叶片有淀粉生成,淀粉是有机物,含有碳元素,由此说明乙中叶片没有进行光合作用,即光合作用需要CO2参与.
五、多学科知识结合题
化学学科知识与社会、历史、文化都有着千丝万缕的联系.一道化学题可以突出它与多学科之间的联系,突出化学学科的综合性、边缘性特点.
例9 为了鉴别一瓶饱和的食盐水和纯净水,某同学设计了下列实验方案,你认为可行的有( )
A.测量两者的密度;B.闻两者的气味;C.尝一下口味;D.加入食盐晶体;E.观察两者的颜色;F.加热蒸发;G.加入AgNO3溶液;H.测量两液体的导电性;I.加水稀释
解析:本题是一道多学科综合性试题,以设计实验方案为试题呈现方式,突出了物理、化学、生物等多个学科的知识,解题时,要突出对学科知识的理解和应用,根据饱和食盐水和蒸馏水的不同性质的特点,判断可行的方案.答案:ACDFGH .
例10 某学生为了测定种子的呼吸作用,设计了如图所示的实验,广口瓶盛有正在萌发的种子及一装有NaOH溶液的小烧杯.经过一段时间后,U形管的a、b两端液面有什么变化?请结合生物、化学、物理知识解析其原因.
解析:这是一道典型的学科综合题,综合了理、化、生三门自然科学的知识,可给学生作简单的提示:此题应用了物理学中的压强知识和生物学中的呼吸作用的知识.这样学生就很容易想到种子呼吸过程中会消耗氧气,产生二氧化碳气体,但产生的二氧化碳气体被烧杯中的氢氧化钠溶液吸收,所以集气瓶中压强将减少,因此a端将升高,而b端会降低.
跨学科试题是以培养学生的综合分析问题、解决问题的能力为宗旨,突出各学科之间知识相互渗透的综合类化学试题.试题能突出化学学科的基础性和边缘性.学科综合即以基础化学知识为主线,有机的渗透物理、数学、生物等学科的知识,学科综合性强.