品讀課程標準 深研流程真題 明確復習方向
——以2022年河北卷第15題工藝流程題為例

米日新 魏利巍

(河北省石家莊市鹿泉區第一中學)

《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》)堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導,落實立德樹人的根本任務,聚焦學科核心素養的培養,制定了學業質量標準,是高考命題的依據。高考工藝流程試題緊扣《課程標準》,注重理論聯系實際,通過創設真實情境,適度增加開放性與靈活性,突出學科關鍵能力和思維品質的考查,實現科學服務選才的目的。然而,許多教師在分析此類高考試題時,無法從《課程標準》中找到命題依據,無法準確把握復習方向。下面以“2022年河北省學業水平等級性考試”第15題——工藝流程題為例,引領大家品讀《課程標準》、理解命題依據、尋找復習方向。

【2022年河北卷,15題】以焙燒黃鐵礦FeS2(雜質為石英等)產生的紅渣為原料制備銨鐵藍Fe(NH4)Fe(CN)6顏料。工藝流程如下:

回答下列問題:

(1)紅渣的主要成分為________(填化學式),濾渣①的主要成分為________(填化學式)。

(2)黃鐵礦研細的目的是______________________。

(3)還原工序中,不生成S單質的反應的化學方程式為______________________。

(4)工序①的名稱為________,所得母液循環使用。

(5)沉鐵工序產生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合價為________,氧化工序發生反應的離子方程式為______________________。

(6)若用還原工序得到的濾液制備Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4,所加試劑為________和________(填化學式,不引入雜質)。

一、品讀試題,理清核心價值、核心素養、關鍵能力和必備知識之間的關系

(一)引導學生欣賞化學的價值,做好畫龍點睛之筆

價值類型具體分析學科社會價值銨鐵藍是一種基礎的傳統藍色顏料,化學性質穩定,廣泛應用于涂料和油墨工業。該題選取我國工業制硫酸的廢料(紅渣)制備銨鐵藍這一真實工業生產的關鍵環節,引導學生關心真實問題(廢料的再利用),解決生產中的實際問題(除雜、物質轉化等),培養學生的科學精神和社會責任感,激發學生對化學學科的熱愛學科本質價值秉承可持續發展和綠色化學的觀念,能對與化學有關的社會熱點問題做出正確的價值判斷(三廢的再利用)。從物質觀、分類觀、結構觀、元素觀、微粒觀、變化觀、科學價值觀等化學視角看待問題,培養正確的化學觀念學科育人價值向學生展現科學研究的過程,讓學生領悟科學家的思維方法以及嚴謹求實、不畏艱難、勇于探索、追求真理的科學精神;展示廢物再利用的巨大成果,激發學生的學習興趣,體現化學在精神品質方面的育人價值

(二)認真研究、學習運用關鍵能力是核心素養養成的必由之路

關鍵能力具體內容試題分析理解與辨析能力既包括對已學知識的掌握和應用能力,又包括獲取陌生知識和信息的能力。該能力要求學生能辨識模型、圖表、文字、符號等各種類型的信息,從中提取關鍵內容,并能與已學知識進行整合,最終解答化學問題獲取有關信息:題頭、題干、題尾中文字,流程圖,化學式,問題要求都是信息,選取用于解決問題的有效信息。辨析基本概念:化合價、化學方程式、離子方程式、化學式等,既是基本概念,也是必備知識。必須按要求作答,例如:(1)(3)(5)(6)分析與推測能力由知識的抽象理論到具體應用,包括判斷物質結構、分析物質性質、預測反應現象和推斷反應結果判斷物質結構:(5)中化合價的判斷;分析物質性質:(6)中物質的轉化、(5)中離子方程式的書寫、(3)中化學方程式的書寫歸納與論證能力由個別現象到一般規律的要求包括識別有效證據、科學推理論證、處理轉化數據和歸納總結規律識別有效證據:(5)中“白色沉淀”Fe(NH4)2Fe(CN)6和(3)中不生成S單質;科學推理論證:離子方程式中產物Fe(NH4)Fe(CN)6拆不拆等探究與創新能力該能力要求學生根據實驗目的和要求,設計探究方案、描述實驗現象、分析實驗數據、評價探究方案設計探究方案:用還原工序得到的濾液制備Fe2O3·xH2O 和(NH4)2SO4,物質轉化需要的試劑,不引入新的雜質

(三)夯實必備知識,為能力和素養的形成打好基礎

題號核心素養關鍵能力必備知識(1)(2)(3)(4)(5)(6)變化觀念與平衡思想:知道化學變化需要一定的條件,并遵循一定規律。認識化學變化有一定限度、速率,是可以調控的證據推理與模型認知:具有證據意識,能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設,通過分析推理加以證實或證偽;建立認知模型,并能運用模型解釋化學現象,揭示現象的本質和規律理解與辨析能力理解與辨析能力分析與推測能力理解與辨析能力理解與辨析能力歸納與論證能力理解與辨析能力探究與創新能力SiO2、FeS2的化學性質化學反應速率常見無機物Fe3+與FeS2的性質及化學方程式的配平綠色化學、物質提純元素化合價的判斷、離子方程式的配平常見物質的制備

二、品讀課程標準,構建思維模型

【課標要求】能選擇簡明、合理的表征方法描述和說明化學變化的本質和規律,能根據化學反應原理預測物質轉化的產物。

【模型建構1】產物預測及反應方程式書寫模型

運用“證據→推理→符號表達”的思路,書寫新情境下的反應方程式。

證據推理與模型認知證據意識分析推理符號表達 具體操作題號 根據顯性信息找到反應物和產物梳理隱性信息預測產物根據電子守恒、電荷守恒、元素守恒寫出反應的化學(離子)方程式(3)根據“還原”工序可知,加入黃鐵礦(FeS2)作還原劑,與上一流程中Fe3+反應,但產物中不生成S單質,可知Fe3++FeS2……Fe3+作氧化劑,化合價降低生成Fe2+,FeS2中-1價S的化合價升高,是生成+4價硫還是生成+6價硫呢?根據Fe3+可以氧化+4價硫到+6價,可以判斷應生成含+6價硫的SO2-414Fe3++8H2O+FeS2 15Fe2++2SO2-4+16H+或7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O 15FeSO4+8H2SO4(5)①沉鐵工序產生“白色沉淀”Fe(NH4)2Fe(CN)6,說明其不溶于水。而反應生成Fe(NH4)Fe(CN)6 之后的工序為“洗滌、干燥”,說明Fe(NH4)Fe(CN)6 也不溶于水,所以Fe(NH4)2Fe(CN)6和Fe(NH4)Fe(CN)6寫化學式,不能拆成離子。②加入具有氧化性的NaClO3,所以Fe(NH4)2Fe(CN)6+ClO-3→Fe(NH4)Fe(CN)6(1)比較反應物Fe(NH4)2Fe(CN)6和產物Fe(NH4)Fe(CN)6,“Fe(CN)6”部分沒有發生變化,另一個Fe的化合價由+2價升高為+3價。(2)ClO-3中+5價Cl降低為-1價(因為0價的Cl2可以繼續與Fe2+反應)6Fe(NH4)2Fe(CN)6+6H++ClO-3 6Fe(NH4)Fe(CN)6+Cl-+6NH+4+3H2O(1)①焙燒黃鐵礦FeS2②雜質為石英③產生的紅渣①4FeS2+11O2焙燒 2Fe2O3+8SO2,Fe2O3為紅棕色,所以紅渣主要成分為Fe2O3②濾渣①不與硫酸反應,所以主要成分為SiO2

【課標要求】能基于“綠色化學”理念設計無機化合物制備的方案。

【模型建構2】從物質性質、綠色化學角度建立物質制備與試劑選擇的思維模型

【模型建構3】從化合價角度、物質類別角度和元素守恒角度建立物質轉化的思維模型

題號證據推理與模型認知證據意識分析推理結論(6)原料:FeSO4溶液(溶質屬于鹽類,且具有還原性)和H2SO4產品:Fe2O3·xH2O和(NH4)2SO4從化合價角度Fe2+→Fe3+需要加入氧化劑,常見的氧化劑為H2O2、KMnO4、Cl2等物質類別角度和元素守恒角度鹽堿→氫氧化物△→氧化物酸堿→鹽加NH3·H2O,既可以完成H2SO4與NH3·H2O的酸堿中和,也可以完成Fe2(SO4)3 與NH3·H2O的反應,生成Fe(OH)3 沉淀后過濾洗滌,對沉淀進行灼燒,即可制得Fe2O3·xH2O從物質轉化及綠色化學角度綜合分析,所選試劑為H2O2和NH3·H2O

【模型建構4】從溶液到晶體的思維模型

題號蒸發結晶蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌加熱結晶、趁熱過濾、洗滌(4)適用于物質溶解度隨溫度變化不大的物質,耗能較高適用于得到受熱易分解或含結晶水的產品,如由FeSO4溶液得到綠礬(FeSO4·7H2O)等適用于產品的溶解度隨溫度升高而降低的物質

分析可知,前一個程序為還原,產生濾渣,所得液體(剩余的H2SO4和產生的FeSO4)進入工序①;從溶液中得到晶體,所以工序①的名稱為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌,所得母液主要含有H2SO4,可以循環利用。

【課標要求】能從調控反應速率、提高反應轉化率等方面綜合分析反應的條件,提出有效控制反應條件的措施。

【模型建構5】提高反應速率的思維模型:升高溫度、增大濃度、增大壓強、加入催化劑、增大接觸面積。

問題(2)黃鐵礦研細的主要目的是增大固液接觸面積,加快反應速率,提高黃鐵礦的利用率。

【課標要求】結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究,了解物質的性質和應用。

【模型建構6】利用批判性思維解決習慣性思維與新情境的思維沖突

證據推理與模型認知證據意識分析推理結論具體操作題號 根據顯性信息找到反應物和產物抓住題干情境信息,分析反應過程,預測其他產物根據守恒完成反應的化學(離子)方程式(3)反應物:FeS2和Fe2(SO4)3產物:不生成S單質習慣性思維:FeS2中-1價的S元素,一般被氧化成SO2或S單質新情境的思維:“還原工序中,不生成S單質”抓住題干情境信息,分析反應過程:Fe3+氧化-1價S元素,得到SO2-3或者SO2-4,因Fe3+可以氧化SO2-3,所以最終得到SO2-414Fe3++8H2O+FeS2 15Fe2++2SO2-4+16H+或7Fe2(SO4)3+FeS2+8H2O 15FeSO4+8H2SO4(5)反應物:Fe(NH4)2Fe(CN)6和NaClO3產物:Fe(NH4)Fe(CN)6習慣性思維:Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe2+被氧化成Fe3+新情境的思維:根據產物分析可知“Fe(CN)6”部分沒有發生變化抓住題干情境信息,分析反應過程:Fe(NH4)2Fe(CN)6 只有前一部分Fe的化合價由+2價升高到+3價,ClO-3中+5 價Cl降低為-1價(因為0價的Cl2可以繼續與Fe2+反應)6Fe(NH4)2Fe(CN)6+6H++ClO-3 6Fe(NH4)Fe(CN)6+Cl-+6NH+4+3H2O

三、高考命題趨勢預測

(一)情境千變萬化,但考查物質轉化、物質的分離提純不變

無機化學工藝流程題是以實際的工業生產為背景,從化合價變化角度、物質類別角度和新信息角度思考物質轉化。考查高中常見的非金屬元素(Si、N、S、Cl等)和金屬元素(Al、Fe、Ca、Mg、Zn、Cu等)的單質及其化合物的性質和相互轉化。從沉淀過濾、萃取分液、結晶、蒸餾角度思考物質的分離提純。

(二)內容考查千變萬化,但題型結構基本穩定

1.題型結構基本穩定,一般由“試題情境+流程圖+設問”三部分組成。

2.流程圖結構基本穩定,呈現形式一般包括三行:第一行為試劑線,第二行為操作線,第三行為雜質線;呈現形式的三個階段,每一階段承載的任務如圖所示:

(三)設問包羅萬象,但考查點有據可查

1.預處理階段,明確各種操作的目的。

2.物質轉化與分離階段,利用氧化還原反應、控制反應條件和“調pH”等實現物質的轉化,通過過濾、萃取等方法達到分離除雜的目的。