2021年高考理科綜合全國乙卷化學第26題評析及教學啟示

陜西 葛秋萍 楊春寧

一、試題再現

(2021·全國乙卷·26)(14分)磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3，為節約和充分利用資源，通過如圖1工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。

圖1

該工藝條件下，有關金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見表1：

表1

回答下列問題：

(1)“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發生反應，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉化為相應的硫酸鹽，寫出Al2O3轉化為NH4Al(SO4)2的化學方程式：____________________。

(2)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調節pH至11.6，依次析出的金屬離子是________。

(3)“母液①”中Mg2+濃度為________mol·L-1。

(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最適合的酸是________。“酸溶渣”的成分是________、________。

(5)“酸溶”后，將溶液適當稀釋并加熱，TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應的離子方程式是________________________。

(6)將“母液①”和“母液②”混合，吸收尾氣，經處理得________，循環利用。

(2)Fe3+、Al3+、Mg2+(3分)

(3)10-6(2分)

(4)H2SO4(1分) SiO2CaSO4(2分)

(6)(NH4)2SO4(2分)

二、試題評析

1.創設熟悉試題情境，引導教學回歸基礎

試題以學生熟悉的鐵、鈣、鎂等元素的轉化來進行工藝流程設計，將元素化合物板塊的知識與化學反應原理板塊的知識巧妙地融合起來，科學設置問題，綜合考查學生對相關必備知識的掌握情況。題設問題所考查的具體內容如表2所示。

表2 題設問題考查的具體內容

由表2可知，學生若要準確快速地解決這些問題，不僅要扎實掌握Si、Al、Mg、Ca、Fe等元素及其化合物的性質，還要能熟練運用沉淀溶解平衡原理來進行相關計算。尤其是26-5題，學生只要熟悉“人教版選修4化學反應原理第58頁，TiCl4水解制備TiO2·xH2O”的方程式，通過類比和遷移，可分析推測出TiO2+水解析出TiO2·xH2O的離子方程式。因此，本題不僅能有效地考查學生對典型化合物的性質、基本反應類型、物質轉化的基本規律、沉淀溶解平衡原理等基礎知識的掌握程度，還能很好地引導中學教學，應遵循教學規律，嚴格按照高考考查要求和教材進行教學、復習和備考。

2.依據能力立意命題，強化學科關鍵能力

高考化學試題始終倡導能力立意，重視對學生學科關鍵能力與核心素養的考査。對于26題來說，主要涉及以下兩個方面的關鍵能力的考查。

(1)突出獲取化學信息能力，有效考查理解與辨析能力

對信息的獲取、理解、辨析、加工和應用是整個化學學科能力發展的基礎，26題通過化學工藝流程圖、表格、文字和數據等方式提供解題的必要信息，本題的呈現形式如表3所示，深入考查學生對數據信息的接受、吸收和整合等理解與辨析能力。這就要求學生必須認真閱讀、理解、提取信息，并將這些信息與教材中所學的相關元素化合物的反應規律、原理等知識進行有效融合，才能作出正確的解答。

表3 26題中各問題所呈現的信息載體

試題融合四種形式的信息依次呈現了從煉鐵高鈦爐渣中回收鈦、鋁、鎂等的工藝流程，根據高中學生的學科素養發展水平與高校人才選拔的要求設置了六道不同類型的問題，以多種元素及其化合物的核心知識為依托，并融合難溶電解質的溶解平衡原理及計算的相關知識，充分考查了學生獲取、加工化學學科信息——閱讀、轉化、分析、應用等理解與辨析能力。這一點與《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)和《中國高考評價體系》中強調的培養學生終身學習的可持續發展的學習能力的要求是一致的。

(2)創設真實問題情境，加強考查邏輯推理能力

本題基于真實的生產環保情境，呈現從煉鐵高鈦爐渣中回收鈦、鋁、鎂等的工藝流程中的關鍵環節，結合高中化學教學實際，提供相關金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH信息，要求學生完成以下幾方面的問題：綜合分析整個工藝流程，根據物質的性質推理流程中的物質轉化關系，選擇符合要求的試劑及可循環利用的物質；根據已知反應物、生成物及物質的性質推測未知生成物、書寫陌生的非氧化還原化學方程式和離子方程式；根據“分步沉淀”時溶液的pH及金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH分析依次析出的金屬離子的種類；根據表格中已給數據計算Ksp[Mg(OH)2]，再結合溶液的pH計算母液①中Mg2+的濃度等工藝參數。問題設置具有一定的融合性，在對學科思想、學科方法和學科思維的考查上超越了歷年試題的考查力度，所涉及的化學反應情形更加復雜，促使學生進行深度思考、推理與判斷，加強對學生邏輯推理能力的考查。

3.依托學科必備知識，落實學科核心素養

工藝流程題本身就是在引導學生關注化學與生活、生產和社會的關系，向學生傳達化學在創造更多物質財富和精神財富、滿足人民日益增長的美好生活需求等方面的重要價值，培養學生科學態度與社會責任的學科核心素養。除此之外，本題依托化學學科必備知識，通過設置相關問題巧妙地考查了《課程標準》中提出的其中四個化學學科核心素養，具體分析如表4所示。

表4 各問題所融合的化學學科核心素養

續表

4.加強核心價值引領，落實立德樹人根本任務

本題以磁選后的煉鐵高鈦爐渣為原料采用一系列工藝流程回收金屬，選材設計非常注重廢棄資源的回收及綜合利用，展現化學變廢為寶的神奇魅力。通過對“水浸渣”在160 ℃“酸溶”時試劑的選擇和濾渣分析、對可循環利用物質(NH4)2SO4的分析，可形成合理使用化學品的意識，促進學生牢固樹立綠色化學思想和環保理念。

三、學生答題情況分析

陜西省2021年參加理科綜合考試的考生總數為164 747人，筆者從兩個方面對全樣本考生的答題情況進行了統計與分析。

1.一分一段得分情況統計及分析

為了解每一分數段學生得分的具體情況，筆者對全樣本考生一分一段得分情況進行了統計分析，具體情況如表5及圖2所示。

圖2 全樣本考生一分一段得分頻數曲線圖

此題的難度系數為0.515，說明此題難度屬于中等。從表5和圖2中學生得分頻數的情況來看，此題學生得分的高分段(12分以上)占有率較低，優生學生人數僅占考生總數的12.4%。

2.小題給分點得分情況統計及分析

為進一步了解學生的具體答題情況，筆者對全體考生各小題得分情況進行了統計分析，同時還訪談了筆者所在學校的200名考生，對這些考生答卷中存在的問題進行了歸類，具體情況如表6所示。

從表6中數據可知，本題突出表現的難點有四個空，具體分析出以下幾點：

(1)第一個難點：26題(3)

對于這道信息型Ksp的相關計算，從卷面上看，絕大多數考生未作答，究其原因有二：一是時間緊迫，考生做到化學大題時，考試時間已所剩不多；二是考生根本找不到解題思路，不會運用數據信息，不知從何處入手去做。最終的結果就是部分考生遇到分值較低又不易計算的化學計算題時立即選擇放棄，部分考生雖來不及計算，但報著碰運氣的想法，干脆直接將題中所給信息“沉淀完全時離子的濃度為1×10-5mol·L-1”作為答案。因此，26題(3)成了整套化學試卷中得分率最低的題。

(2)第二個難點：26題(4)第二個空

對于26題(4)第二個空，從筆者與考生的交流可知，部分考生鑒于時間緊迫，來不及考慮與分析題目，僅憑借平時做題時的感覺來答題；部分考生心情非常緊張，不能仔細審題，未能合理運用題干中提供的有用信息；更多考生不能準確地從宏觀上整體把握物質的走向、微觀上具體分析物質的存在形式。為了有效突破該難點，教師可引導學生用圖3所示的思維導圖來分析流程中各物質間的轉化關系，并養成在流程圖上書寫每一種物質的良好習慣。

圖3 流程中各物質間的轉化關系

這樣不僅讓學生掌握了分析流程的方法，更建立了程序化分析流程的思路與模型，當然也就避免了學生答不全或錯答成H2SiO3、CaCO3等物質的情況。

(3)第三個難點：26題(5)

從考生的答題情況來看，本題的失分原因有三個：少數考生遇到計量數為未知數的方程式，心生畏懼，直接放棄不做；部分考生在方程式中寫了與反應無關的物質；多數考生做題時游離于工藝流程之外，未考慮到溶液的酸堿性，配平方程式時，不假思索地在方程式的左側寫上了OH-，而將水寫在方程式的右側，錯失了得分的機會，非常可惜。

(4)第四個難點：26題(6)

本題的絕對難度并不大，但難點在于，試題在命制時打破了可循環物質的直接設問方式，變換了設問方式——“將母液①和母液②混合，吸收尾氣，經處理得到的物質可循環利用”，學生在審題時，并未注意到此變化。有考生乍一看到尾氣，就草率地將答案寫成了NH3；有考生只注意到了母液①，將答案錯寫成(NH4)2SO4或(NH4)2SO4、氨水；也有考生只注意到了母液②，將答案錯寫成H2SO4或H2SO4、CaSO4。這些考生都未認識到在“焙燒”步驟中可循環利用的物質應該是母液①、②與尾氣反應后所得的產物硫酸銨。

四、對化學教學的啟示

1.立足教材內容，構建學科思維模型

教材是高中化學教學的重要依據，是學生在高中階段需要掌握的必備知識、關鍵能力和核心素養的具體體現。不少高考試題的命題素材源于教材、高于教材，具有“題在教材外，理在教材內”的特點。因此，在化學工藝流程的備考教學中，教師必須擺正教材在高考備考中的地位，立足教材內容，以教材中氯堿工業、硅的制備的工藝流程、硫酸工業、硝酸工業、純堿工業(侯氏制堿法)、海水提鎂、海水提溴、海帶提碘、制玻璃、電鍍、金屬的提純、電冶金等真實的設計過程為依托，引導學生在分析這些物質制備、分離的工藝過程中建立、形成分析化學工藝流程試題的如圖4所示的思維模型：首先了解原料和目標產物——確立主角；其次抓住中心元素的變化方向，了解流程中每一步發生了什么核心反應——知其然；最后根據反應或實驗過程，弄清有關操作的目的——知其所以然。讓學生形成條理化的思維線索、熟練化的基本技能和可視化的學科方法，提高解題效率、解題質量和解題能力。避免學生徹底拋開教材，完全依賴教輔資料，隨意搞“深、難、偏”的題海戰術。

圖4 分析化學工藝流程試題的思維模型

2.用好高考試題，提升學科關鍵能力