原創(chuàng)試題的研制及學(xué)科教學(xué)的啟示

江蘇 陳仕功

原創(chuàng)試題的研制及學(xué)科教學(xué)的啟示

1 試題及答案

1.1 試題

以煤矸石(主要成分為SiO2、Al2O3，含雜質(zhì)Fe3O4、CaO等)為原料制備NH4Al(SO4)2·12H2O的流程如下：

(1)步驟Ⅰ焙燒時，提高焙燒的速率的可行措施有__________。

(2)步驟Ⅲ浸取時，Al2O3的溶出率與步驟Ⅰ焙燒的溫度及步驟Ⅱ粉磨后的粒度(其單位“目”是指每平方英寸篩網(wǎng)上的空眼數(shù)目)如下圖a和b所示。焙燒溫度高于750℃時，Al2O3的浸取率反而下降，其原因是__________。粉磨時，粒度超過80目之后，Al2O3的浸取率反而下降，其可能原因是__________。

(3)凈化除鐵時，包括用NaClO3溶液氧化、用Na2CO3溶液調(diào)pH沉鐵及過濾。凈化時，NaClO3氧化其中FeSO4的離子方程式為__________；過濾所得濾渣的成分為__________(填化學(xué)式)。

(4)根據(jù)圖中溶解度信息，從步驟Ⅶ所得的硫酸鋁銨溶液中盡可能多地獲得NH4Al(SO4)2·12H2O晶體，可采用的步驟是__________及洗滌、干燥。

1.2 答案

(1)焙燒前將煤矸石粉碎

(2)煤矸石發(fā)生燒結(jié)，被熔融物包裹，導(dǎo)致溶出困難。其中的鋁鹽發(fā)生水解(或硅的氧化物形成膠狀，包裹在Al2O3表面，不利于Al2O3溶出)

Fe(OH)3和CaCO3

(4)蒸發(fā)濃縮、冰水冷卻、過濾

2 試題的命制過程

2.1 命題的起因

江蘇省高考化學(xué)試題的命制始終堅持“寬基礎(chǔ)、厚實(shí)踐、重能力”的特色，其中對于技能要求層次中“綜合應(yīng)用”表述的調(diào)整，表明今后對化工工藝流程題的考查，可能會更加注重在真實(shí)的問題情境中考查學(xué)生對化學(xué)知識的應(yīng)用，切實(shí)提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)。現(xiàn)將近三年化工工藝流程題考查內(nèi)容小結(jié)如下：

年度題號題空數(shù)量考查內(nèi)容考查知識點(diǎn)2015166以磷石膏為原料制備碳酸鈣離子方程式、化學(xué)反應(yīng)速率、溶液有關(guān)微粒判斷、基本操作(洗滌沉淀)、鹽類水解

續(xù)表

2.2 命題的立意

依據(jù)近三年化工流程題主要考查的知識點(diǎn)的分布情況，現(xiàn)以“煤矸石為原料制備硫酸鋁銨”為背景，取之于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用，并對流程加以整合、圖象給予適度處理，基本符合學(xué)生的認(rèn)知心理和邏輯分析能力。

雙基考查層面包括影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素、離子方程式的書寫、沉淀成分推斷、物質(zhì)分離的基本操作(冷卻結(jié)晶)等。

能力考查層面包括要求學(xué)生能從工業(yè)流程的整體層面到每個步驟的操作層面，根據(jù)前后步驟及文字?jǐn)⑹觯獯鹣嚓P(guān)問題。注重考查學(xué)生對圖象的識別能力，能根據(jù)圖象的拐點(diǎn)、變化趨勢等對問題做出適當(dāng)?shù)慕忉尅?/p>

2.3 命題的反思

化工工藝流程題以主題式考查形式呈現(xiàn)，先確立考查主題,該主題取自化工生產(chǎn)實(shí)際的典型物質(zhì)，然后在不同模塊中穿越聚焦，串聯(lián)多個知識點(diǎn)，整合高考中的高頻考點(diǎn)及易錯點(diǎn)，具有一定的綜合性。試題命制的視角多維、層次分明、逐級演進(jìn)。通過問題鏈的設(shè)計，能激活學(xué)生的知識內(nèi)存,考查學(xué)生調(diào)用知識及邏輯思維的能力。

本題既考查了提高焙燒速率的因素、氧化還原反應(yīng)的離子方程式書寫、溶液中獲取晶體并分離等基本知識；又考查了對影響鋁溶出率的因素的合理解釋及沉淀成分的推斷等能力的應(yīng)用。有較好的區(qū)分度，難度適中。

2.4 命題素材的選擇

2.4.1物質(zhì)的選擇

試題選擇了煤矸石作為研究載體，原因有：(1)隨著鋁土礦的長期開采，資源逐年減少，開采成本和運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用不斷提高，因此鋁土礦產(chǎn)量及性能將無法滿足日益發(fā)展的鋁業(yè)需求。⑵煤矸石屬于高嶺巖，可作為一種潛在的鋁、硅資源。以煤矸石為原料，用硫酸進(jìn)行酸解反應(yīng)，附加溫度、粒度等因素對煤矸石中鋁溶出率的影響，對提高煤矸石中相應(yīng)元素回收利用有重要意義。

素材來源：《十二水硫酸鋁銨的制備與表征》《高純硫酸鋁銨生產(chǎn)工藝的改進(jìn)》《煤矸石酸解制備氫氧化鋁的實(shí)驗研究》。

2.4.2研究方法的選擇

高中化學(xué)教材中對于物質(zhì)的制備是一個循環(huán)往復(fù)漸進(jìn)的過程(以蘇教版教材為例)。具體如下：

★選修《化學(xué)反應(yīng)原理》的第39頁有“除了改變反應(yīng)物的濃度、溫度、壓強(qiáng)和使用催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率外，還有一些方法也能改變反應(yīng)速率。如增大反應(yīng)物間的接觸面積，反應(yīng)速率會隨之增大”。

★《化學(xué)1》的第18頁有“混合物的分離是依據(jù)混合物中各組分性質(zhì)的差異進(jìn)行的。常見的混合物分離方法有過濾、結(jié)晶、萃取、分液、蒸餾等”。第20頁有“隨著分離技術(shù)的發(fā)展，新的分離方法不斷涌現(xiàn)。在實(shí)驗室和化工生產(chǎn)中，常常結(jié)合使用各種分離方法，有時還要運(yùn)用化學(xué)方法把物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和分離結(jié)合起來”。

★選修《化學(xué)反應(yīng)原理》的第84頁有“在生產(chǎn)生活和科學(xué)研究中，人們常常根據(jù)需要促進(jìn)或抑制鹽的水解。”“人們經(jīng)常將純堿溶于熱水中清洗油污，目的就是通過加熱促進(jìn)純堿水解以增強(qiáng)溶液的堿性，從而增強(qiáng)去污效果。”

★選修《化學(xué)反應(yīng)原理》的第92頁有“在無機(jī)化合物的制備和提純、廢水處理等領(lǐng)域中，常利用生成沉淀來分離或除去某些離子的目的。例如，除去硫酸銅溶液中混有的少量鐵離子，可向溶液中加入氫氧化銅或堿式碳酸銅，調(diào)節(jié)溶液的pH至3～4，鐵離子就會全部轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去”。

3 對教學(xué)的啟示

“源于教材，高于教材”是高考命題原則之一，這就決定了高考試題與教材有天然的、割不斷的“血緣”關(guān)系。但又不能局限于教材，而應(yīng)跳出教材，回眸教材，定會有“驀然回首，那人卻在燈火闌珊處”的意境。

3.1 源于教材，強(qiáng)化雙基訓(xùn)練的規(guī)范化

化學(xué)教材是學(xué)習(xí)化學(xué)的基礎(chǔ)知識、形成基本技能的“藍(lán)本”。例如實(shí)驗基本操作部分具有示范性和典型性，使用教材時要引領(lǐng)學(xué)生學(xué)會推敲成規(guī)范，學(xué)會歸納、整合建模塊，最終內(nèi)化并納入自己的知識體系。如蘇教版教材《化學(xué)1》中的過濾、結(jié)晶、萃取、分液、蒸餾、洗氣等物質(zhì)分離和提純的方法，過濾或移液時應(yīng)用玻璃棒引流，蒸發(fā)時要攪拌；焰色反應(yīng)不可用玻璃棒蘸取待測物灼燒，應(yīng)用鉑絲或光亮無銹鐵絲。用pH試紙測定pH時不可用水潤濕，若用濕潤的pH試紙測酸則pH偏大，測堿則pH偏小。

3.2 高于教材，拓展原創(chuàng)試題的探究性

平時的教學(xué)過程中，教師應(yīng)該拓寬視野，多關(guān)注前沿科技，多翻閱化學(xué)文獻(xiàn)，培養(yǎng)對有可能成為考題的素材的敏感度，嘗試著按照考試說明和近三年高考試題模式，結(jié)合新素材進(jìn)行原創(chuàng)試題的命制。題干呈現(xiàn)方式應(yīng)多樣化，可以是文字?jǐn)⑹觥⒈砀駡D象、工業(yè)流程圖的不同組合，能培養(yǎng)學(xué)生接受、吸收、整合新信息的能力。設(shè)問以填空為主，重點(diǎn)考查方程式的書寫、難溶物的分步沉淀、物質(zhì)分離提純的實(shí)驗方案設(shè)計及評價等。

作為原創(chuàng)試題，試題的命制視角側(cè)重易混淆知識的宏觀辨識與微觀透析、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)概括關(guān)聯(lián)的證據(jù)推理與模型認(rèn)知、貫穿于教學(xué)的變化觀念與平衡思想、設(shè)計并優(yōu)化方案，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與科學(xué)精神。

江蘇省響水縣教育局)