逍遥学能 2016-03-15 11:01
跨学科综合题,是指建立在物理、化学和生物学科之间的渗透、交*与综合的命题,它初步打破了传统的封闭的学科观念,在考查学科能力的同时,向考查跨学科的综合能力迈出了步伐.在思维形式和创新能力的考查标准上,具有较高的水准,突破了以往重知识轻能力的层面,开辟了创新意识的培养、创造型人才塑造的考试先例.从知识内容与能力要求所反映的结构特点来看,这类试题往往呈现出多样性的综合特色.本文试就这种题的基本类型及求解对策作一初步探讨.
一、一景多问型综合题
此类综合题是一道试题下设若干小题,每个小题分别考查不同学科（或同一学科的不同部分）的知识和能力,题干综合,分科设问,试题可满足多样性、复杂性的要求,但不能体现知识的融会贯通.从形式上看,综合的程度较低,各个小题间除了在研究对象和方法上有一定联系外,几乎都是相对独立的.这种类型的试题往往在非选择题中应用较多,要求考生视野宽,知识面广,思路灵活,特别对国内外热点、焦点素材,应该有所了解.
【例 1】如图1所示为电解水的实验装置,闭合开关S后,观察到电压表的示数为6.0V,电流表的示数为100mA.
（1）此时A管内生成_____气,B管内生成______气.
（2）试写出电解水的化学反应方程式.
（3）通电过程中,A极、B极各发生何种化学反应?
（4）为了加快电解水的速率,可在水中加入（ ）
A. H2SO4 B. HCl C. NaOH D. NaCl
（5）在实验过程中消耗了何种形式的能量,产生了何种形式的能量?
（6）若通电10min,A管中将生成______mL气体. 图1
（7）已知每摩水被电解消耗280.8kJ能量,则10min内增加了多少化学能?
（8）在电解池中产生多少内能,在该实验中两极间液体的电阻是多大?
【题 说】本题是一道物理、化学综合试题,涉及电解原理、电量及电子与气体体积的转换、能量守恒及计算、电阻计算等知识.每小题是相对独立的,用单一知识能求解,各题之间又是通过相关知识点渗透的.本题主要考查知识的综合及迁移能力.
【解 析】（1）因为氢离子带正电,氢氧根离子带负电,由电池正、负极位置可知,氢离子向A极移动,在A管内生成氢气,B管内生成氧气.
（2）电解水化学反应方程式为2H2O电解 2H2＋O2
（3）A极:4H++4e=2H2 ; B极:4OH-=O2+2H2O+4e
（4）在水中加入强酸或强碱都可使电解水的速率加快,但加入HCl或NaCl后在阳极生成氯气,而不是氧气,所以应选AC.
（5）在电解水的过程中消耗了电能,产生了化学能和内能,由能的转化和守恒定律知,消耗的能量应等于产生能量的总和.
（6）因,故q=It=0.1×600=60（C）
到达阳极的氢离子和电子结合成氢原子,再组合成氢分子.每个电子带电e=1.6×10-19C,10min内在阴极生成氢气的物质的量为
（mol）
标准状况下每摩氢气的体积为22.4L,所以在A管中生成氢气的体积
V=3.11×10-4×22.4L6.97×10-3L=6.97mL.
（7）10min增加的化学能
E化=3.11×10-4×280.8×103=87.3（J）
（8）由能量守恒求得电解池中产生的内能
Q=E电－E化=UIt－E化=6×0.1×600－87.3=272.7（J）.
由焦耳定律可得电解池内两极间的电阻
应对策略:审准题意,对题所给信息进行提炼,把握与设问相关的信息内容, 抓住每小题均是相对独立的特点,将题给信息与相关学科知识的概念、规律联系起来,分别运用各学科知识去分析问题,寻求出正确的解题途径.
二、关联递进型综合题
此类综合题是一道试题下设若干小问题,各问题间相互关联,只有正确解决前面的问题后才能继续求解下一个问题,试题具有复杂性、连续性特点,但能力要求较单一.由于知识挖掘得较深,逐步深入,环环相扣,前一问的结果可能成为下一问解题的依据,故这类题型求解有一定难度.
【例 2】糖类油脂和蛋白质是提供人体能量的主要来源,其中来自糖类的热量占一半以上,当葡萄糖在人体组织中缓慢被氧化时就逐渐释放出热量:C6H12O2（s）＋6O2（g）6CO2（g）＋6H2O（L）＋2804kJ.若消耗的葡萄糖中约40％转化为ATP,供人体运动所需,其余都以热的形式消耗掉.某短跑运动员质量为70kg,起跑时能冲出1m远,这一过程消耗葡萄糖1.1g,求起跑过程中运动员能得到的加速度.
【题 说】本题以能量转化为主线,将物理、化学、生物三门学科结合在一起,从生物学中葡萄糖转换为人体能量,到利用化学中热化学反应方程式进行定量的计算,再通过化学能转化为机械能（动能）,并根据运动规律,得出运动员所能达到的加速度.环环相扣,对能力要求逐步提高.
【解 析】从能量角度入手,由葡萄糖转化的ATP供人体运动,再转换为动能,由此引入运动学规律求解.
由葡萄糖氧化产生能量的方程式,可得消耗1.1g葡萄糖产生的能量为:
C6H12O2（s）＋6O2（g）6CO2（g）＋6H2O（L）＋2804kJ.
180 2804
1.1 x
葡萄糖产生的能量中40％转化为ATP:
1714×40％=6860（J）
ATP供人体运动所需,产生动能: Ek=6860（J）
由此根据能量守恒可求得最终的速度为:
根据运动学规律:v2=2as 可得:
应对策略:审准题意,善于分析清楚问题的纵向关联,挖掘出解决问题的条件,进而寻找出解题途径.
三、整体渗透型综合题
此类综合题体现出各学科间知识的有机地结合,命题淡化学科界限,立足于学科知识间的有机渗透,解题时既需要单学科能力,又需要学科间的一般能力,并注意各种能力的协作运用.这种类型的试题往往针对某一问题,要求结合多学科知识去分析讨论,综合性强,是考查高层次综合能力的试题.
【例 3】（99年保送生综合测试题）由实验得知,用电解法将电解液中的金属离子还原为金属单质时,电极所通过的电量Q正比于金属的物质的量n和金属离子化合价的乘积,其比例系数F是一个恒量,称为法拉第常数,它与金属的种类无关.（阿伏伽德罗常数NA=6.023×1023mol-1,电子电量e=1.60×10-19C.Cu的原子量为64×10-3kg·mol-1）
（1）试求出法拉第常数F（电量以厍仑为单位,保留三位数字）.
（2）如果电解硫酸铜溶液获得1kg的金属铜,通过电解槽的电量是多少?
（3）用电镀的方法在半径为R的铜球壳表面均匀镀上很薄的银层,在电镀槽中铜球是阳极还是阴极?另一电极是什么材料?若电流为I,通电时间为t,银的原子量为A,金属银的密度为,求镀层的厚度d（用本大题中的符号表示）.
【题 说】本题是一道物理、化学综合试题,涉及的知识点较多,有电解法、金属离子还原反应、电量、物质的量、金属离子化合价、法拉第电解定律、法拉第常数、阿伏伽德罗常数、电子电量、原子量、电镀法、电流等.要求对涉及到的知识点以及相互间的联系有比较清楚的认识,能综合运用化学和物理知识进行解答.因此本题对跨学科的综合能力和学科知识渗透的能力要求较高.
【解 析】（1）由题知
Q=Nq=nNA·
式中N为1mol物质中的离子总数,q为价离子所带的电量.
（2）1kg的铜,物质的量
铜离子化合价
故
（3）根据化学知识.电镀时,通常以所镀的金属或合金作阳极,以金属制品作阴极,以含镀层金属离子的溶液作电解液（多用配合物盐溶液,以控制离子的浓度,这样得到的镀层细致、牢固）.因此,要在铜球壳上镀银,应把铜球壳作为阴极,银作为阳极材料.
由法拉第电解定律和电流的定义,有
（1）
镀层质量
即 （2）
联立（1）、（2）式得
本题中,银的化合价
所以
应对策略:审准题意,弄清涉及的各学科基本概念、规律,探索相关学科间的横向联系,寻求出综合运用各学科知识去分析解决问题的途径.
附英文题目:
Typical forms of inter-fields synthetical questions and corresponding strategies