轉化思維在高中化學解題中的應用
——以元素及其化合物的復習為例

葉 雷

(甘肅省靖遠縣第二中學)

分析近幾年的高考化學試題發現,考查的元素及其化合物知識并不是我們能從教材中直接獲取的,而是需要將熟悉的元素知識與題干信息相結合,然后運用轉化思維解答試題.因此,在元素及其化合物的復習中培養學生的轉化思維,可有效提高解題效率.

1 在金屬或非金屬材料考查中的應用

近年來高考試題對學生實踐能力的要求越來越高,題干信息多源于人們的生產、生活實際,對于金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料的考查是高考考查的熱點.此類試題涉及的信息相對比較陌生,學生需要把陌生的信息轉化為熟悉的化學知識才能準確地解答試題.

例12022年北京冬奧會不僅是體育競技的平臺,更是科技競技的舞臺,冬奧會期間使用了大量的新材料.下列屬于金屬材料的是().

分析本題結合熱點新聞2022年冬奧會,考查學生對材料類別的認知能力,難度不大.從題圖可知,本題考查的知識點是化學材料,聚硅氮烷樹脂是學生不熟悉的,在分析時學生只需關注關鍵字“聚”“烷”“樹脂”,如此便是學生熟悉的物質了.金屬材料既包括金屬單質,也包括合金,而且合金在人們日常生活中的應用較為廣泛,選項A 中制造速滑冰刀的鈦合金是合金的一種,屬于金屬材料;“飛揚”火炬中的聚硅氮烷樹脂和可降解餐具中的聚乳酸材料都屬于有機高分子材料中的合成材料,頒獎禮服中的石墨烯發熱材料是無機非金屬材料的一種.故本題選A 項.

2 在元素及其化合物性質考查中的應用

元素周期表中第ⅠA、ⅡA、ⅦA(鹵族)及其他常見金屬或非金屬及其化合物是每年高考考查的熱點,新課程改革和新高考制度實施后,試題的設置也多與以上物質相關,試題情境看似陌生,但應用的知識依然是學生熟悉的.學生在解答時,要先確定考查的方向,然后聯想結構相似的常見單質及其化合物,將陌生物質轉化為我們熟悉和了解的,最后依據“位構性”原理對試題進行分析解答.

例2銨明礬[NH4Al(SO4)2·12H2O]是分析化學常用的基準試劑,其制備過程如圖1所示.下列分析不正確的是().

圖1

A.過程Ⅰ發生的反應是2NH4HCO3＋Na2SO4＝2NaHCO3↓＋(NH4)2SO4

B.向銨明礬溶液中逐滴加入NaOH 溶液,先后觀察到如下現象:刺激性氣體逸出→白色沉淀生成→白色沉淀消失

C.檢驗濾液B中陰離子的試劑僅需BaCl2溶液

D.若省略過程Ⅱ,則銨明礬的產率明顯降低

分析本題是常見的流程類試題,依托陌生物質銨明礬考查學生的分析問題和解決問題的能力.本題屬于物質的制備題,流程中的基本實驗操作是過濾和除雜,學生可把此流程轉化為熟悉的侯氏制堿法和海水提純工藝,由此對流程進行解讀.過程Ⅰ發生的反應 為2NH4HCO3＋Na2SO4＝2NaHCO3↓＋(NH4)2SO4,選項A 正確.向銨明礬溶液中逐滴加入NaOH 溶液,先有Al(OH)3沉淀產生,后產生氨氣,再后來NaOH 與Al(OH)3反應,白色沉淀消失,選項B 錯誤,符合題意.濾液B 為(NH4)2SO4和少量Na2SO4的混合溶液,陰離子為,且溶液呈酸性,所以檢驗濾液B 中陰離子的試劑僅需BaCl2溶液,選項C 正確.若省略過程Ⅱ,則濾液A 中少量的NaHCO3會與Al2(SO4)3發生雙水解反應,使銨明礬的產率明顯降低,選項D 正確.答案為B.

3 在物質制備實驗考查中的應用

物質制備實驗是高考對元素及其化合物考查的一種常見方式.試題涉及的物質的組成元素都是熟悉的,但物質本身對于學生來說好像是命題人“杜撰”的,給學生的解答造成了一定的困難.在平時的復習中,教師要注意引導學生對此類試題進行歸納總結,掌握此類試題的特點,并培養學生的知識遷移能力.

例3已知S4N4是重要的硫—氮二元化合物,室溫下為橙黃色的固體,178～187 ℃時熔化并分解,可用NH3與SCl2反應制得.某同學用圖2所示裝置制取SCl2,然后制取S4N4.已知:SCl2為紅棕色液體,有刺激性臭味,熔點為－78 ℃,沸點為60 ℃,易水解.

圖2

實驗步驟:①反應時先向裝置C 中通入干燥的氯氣,使硫粉與氯氣在50 ℃下反應生成SCl2.

②待裝置C 中的硫粉全部反應后,關閉B、C 之間的止水夾,撤掉裝置A、B.

③連接制氨氣的裝置,通入氨氣,反應制得S4N4.

試回答下列問題.

(1)儀器a的名稱為_________.a中三氧化鉻(產物中鉻為＋3價)可與濃鹽酸快速反應制備氯氣,寫出反應的離子方程式:________.

(2)裝置B中選用的試劑為_________.

(3)向制得的SCl2中通入NH3,生成S4N4(S為＋2價,N 為－2價)的同時還生成一種常見固體單質和一種鹽,寫出反應的化學方程式:_________.所得產物分離后,如何檢驗所得鹽中的陽離子,寫出具體操作步驟和現象:_______.

分析本題考查的物質S4N4是較為陌生的,學生熟悉的是組成此物質的S元素和N 元素,在不知道要考查哪些知識前,學生要在大腦中思考2種元素的結構和性質,然后對信息和問題進行細致解讀和分析.通過對試題的分析可知,本題的解答可轉化為對元素性質的考查,運用元素周期表和元素周期律的相關知識解決問題.

(1)儀器a有支管,名稱是蒸餾燒瓶.三氧化鉻和濃鹽酸可制備氯氣,則三氧化鉻是氧化劑,其中鉻元素的化合價會降低,根據得失電子守恒可寫出其反應的離子方程式為2CrO3＋12H＋＋6Cl－＝2Cr3＋＋3Cl2↑＋6H2O.(2)由信息可知,裝置A 用于制取氯氣,裝置B用于干燥氯氣,裝置C 用于氯氣和硫粉反應制取SCl2,故裝置B中選用的試劑為濃硫酸.(3)由已知信息知,SCl2和NH3可反應生成S4N4、一種固體單質和一種鹽,由S4N4中S元素和N 元素的化合價判斷,在反應前后,S元素的化合價不變,N 元素的化合價由－3升為－2,則一定有元素的化合價是降低的,生成的固體單質是S,據此可寫出反應的化學方程式為6SCl2＋16NH3＝S4N4＋2S＋12NH4Cl.由以上分析可知,所得產物中的陽離子是,檢驗方法為取少量固體于試管中,加入NaOH 溶液并加熱,在試管口放置濕潤的紅色石蕊試紙,若試紙變為藍色,則所得鹽中的陽離子為

元素及其化合物知識是每年高考考查的熱點和重點,很多化學知識都能與其結合進行考查,對學生的核心素養及思維能力要求較高,轉化思維的應用可降低學生解答此類試題的難度,幫助學生輕松應對新高考制度改革帶來的新變化,助力素養教學的開展和深化.

(完)