寧夏 王開山

一、問題的提出

試卷中的化學(xué)問題主要指試卷中要求解釋或回答的題目。筆者根據(jù)化學(xué)試題中問題的設(shè)置方式將化學(xué)問題分為結(jié)構(gòu)良好問題和結(jié)構(gòu)不良問題。結(jié)構(gòu)不良問題指問題的初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)和從初始到目標(biāo)狀態(tài)中的一系列操作這三部分中，至少有一個(gè)界定不明確的問題。結(jié)構(gòu)良好問題則是問題的初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)和從初始到目標(biāo)狀態(tài)的這一系列操作的三部分中，定義都很明確的問題。結(jié)構(gòu)良好問題的設(shè)問指向性強(qiáng)，學(xué)生的思考方向和角度明確，答案比較固定?；瘜W(xué)試題中結(jié)構(gòu)不良問題考慮到了復(fù)雜的真實(shí)情境和社會(huì)的需要，將課堂教學(xué)與生產(chǎn)、生活實(shí)際聯(lián)系起來，為學(xué)生知識(shí)構(gòu)建及思維培養(yǎng)提供了新視角。此類問題的設(shè)問指向性不強(qiáng)，問題具有開放性，答案不固定，對(duì)學(xué)生的能力要求較高，解答時(shí)要求學(xué)生能夠提取問題的關(guān)鍵要素，結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)、反應(yīng)條件、基本原理、裝置特點(diǎn)、實(shí)際需要等方面綜合考慮，最終達(dá)到精準(zhǔn)解答試題的目的。

筆者在平時(shí)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，化學(xué)試題中結(jié)構(gòu)不良問題主要集中在實(shí)驗(yàn)綜合題和工藝流程題中，學(xué)生失分較多。究其原因，主要是對(duì)此類型問題的思考角度不明確，思考的針對(duì)性不強(qiáng)。為了高效解答化學(xué)試題中結(jié)構(gòu)不良問題，筆者梳理了此類問題?？嫉木欧N類型與答題技巧，與各位同行交流。

二、化學(xué)試題中結(jié)構(gòu)不良問題的類型及思考角度

(一)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備類

問題1：實(shí)驗(yàn)前需要對(duì)原料(廢料、礦石或廢鐵屑等)怎么處理？

解題思路：

(1)對(duì)塊狀礦石或塊狀廢料進(jìn)行粉碎、研磨，以便后續(xù)反應(yīng)能夠充分進(jìn)行。

(2)如果原料是廢鐵屑，需要對(duì)廢鐵屑上的油污進(jìn)行處理。處理的方法是用堿溶液進(jìn)行清洗。

問題2：裝置組裝完，實(shí)驗(yàn)前首先要做什么工作？

解題思路：

裝置氣密性檢查是進(jìn)行氣體實(shí)驗(yàn)前要做的準(zhǔn)備工作。

(二)條件控制類

問題1：怎樣控制反應(yīng)的溫度？

解題思路：

很多有機(jī)反應(yīng)對(duì)溫度有具體的范圍要求，可以通過水浴、沙浴或油浴加熱來控制溫度。

問題2：適當(dāng)?shù)纳唧w系溫度，除了考慮加快反應(yīng)速率外，還要考慮哪些問題？

解題思路：

很多反應(yīng)溫度不能過高，主要是要考慮催化劑的活性溫度范圍、反應(yīng)物在高溫是否會(huì)發(fā)生分解、高溫時(shí)反應(yīng)物之間是否會(huì)發(fā)生副反應(yīng)、反應(yīng)的平衡移動(dòng)和反應(yīng)物是否會(huì)逸出反應(yīng)體系等。

問題3：適當(dāng)增大壓強(qiáng)除了考慮加快反應(yīng)速率外，還要考慮哪些問題？

解題思路：

很多反應(yīng)壓強(qiáng)不能過大，要考慮設(shè)備的承壓能力、生產(chǎn)成本的投入、化學(xué)平衡的移動(dòng)等。

問題4：為了使反應(yīng)充分進(jìn)行，除了控制溫度和壓強(qiáng)以外，還需要注意的是？

解題思路：

有氣體參與的反應(yīng)要根據(jù)反應(yīng)的計(jì)量數(shù)控制氣體的通入速率，確保氣體能夠充分發(fā)生反應(yīng)。

問題5：控制溶液pH的目的是什么？

解題思路：

控制溶液的pH主要是為了抑制某些離子的水解。

問題6：為了提高某種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，除了思考溫度、壓強(qiáng)外，還可以采取什么措施？

解題思路：

為了提高另外一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，一般采取的其他措施是增大另外一種反應(yīng)物的用量或者將產(chǎn)物從體系中分離出去。

(三)裝置分析類

問題1：該裝置有什么缺陷和不足？

解題思路：

缺少防倒吸裝置、缺少尾氣處理裝置、液體滴加不暢、存在安全隱患等。

問題2：某個(gè)裝置(瓶)的作用是什么？

解題思路：

(1)空瓶一般用來防止倒吸；

(2)滴液漏斗上的導(dǎo)管用來平衡壓強(qiáng)，使液體順利流下；

(3)整套裝置最后，裝有堿石灰的U形管或干燥管主要用來吸收尾氣，或防止空氣中的水蒸氣和CO2進(jìn)入裝置；

(4)垂直放置的球形冷凝管的作用為冷凝回流。

(四)原因分析類

問題1：為什么要將溶液煮沸？

解題思路：

除去溶液中溶解的O2或其他氣體，避免發(fā)生副反應(yīng)。

問題2：有的反應(yīng)為什么反應(yīng)前要先通入一會(huì)兒N2，反應(yīng)后還要通入一會(huì)兒N2?

解題思路：

反應(yīng)前通N2是為了將裝置內(nèi)的空氣排盡，避免引起實(shí)驗(yàn)誤差。反應(yīng)后通入一會(huì)兒N2是為了將產(chǎn)生的氣體全部趕入吸收容器內(nèi)，降低實(shí)驗(yàn)誤差。

問題3：為什么有的反應(yīng)隨著反應(yīng)的進(jìn)行反應(yīng)速率越來越快?

解題思路：

(1)該反應(yīng)放熱，溫度升高反應(yīng)速率加快；

(2)生成的產(chǎn)物具有催化性能，化學(xué)反應(yīng)速率加快；

(3)發(fā)生某一置換反應(yīng)，形成了原電池，化學(xué)反應(yīng)速率加快。

問題4：為什么使用冰水??？

解題思路：

該反應(yīng)放熱，使用冰水浴可以促進(jìn)平衡正向移動(dòng)；或降溫防止反應(yīng)發(fā)生過快。

(五)操作描述類

問題1：讀取氣體體積要注意什么？

解題思路：

氣體的體積與溫度和壓強(qiáng)有關(guān)。在讀取氣體體積之前要將溫度冷卻至室溫并保持所收集的氣體的壓強(qiáng)與外界大氣壓一致，一般是通過調(diào)節(jié)液面的高度使內(nèi)外液面相平來實(shí)現(xiàn)。

問題2：怎樣混合兩種溶液？

解題思路：

溶液混合主要考慮混合后的熱效應(yīng)。如濃硫酸稀釋時(shí)會(huì)放熱，要將密度較小的溶液加入密度較大的溶液中并用玻璃棒不斷攪拌。

問題3：多種氣體參與反應(yīng)，首先通入什么氣體？

解題思路：

通入氣體的順序要考慮氣體的溶解性，以便后續(xù)反應(yīng)能夠充分進(jìn)行。如侯氏制堿法制取NaHCO3時(shí)，首先向飽和食鹽水中通入足量的NH3，使溶液呈堿性，再通入足量的CO2，有利于CO2溶解。由于CO2在水中的溶解性較差，不能先通CO2。

問題4：怎樣將結(jié)晶后的固體純化？

解題思路：

固體純化的方法一般為重結(jié)晶。

(六)試劑選擇類

問題：為什么要選擇或不能選擇某種試劑？

解題思路：

(1)考慮所選試劑是否會(huì)引入雜質(zhì)；

(2)考慮所選試劑的氧化性或還原性，避免發(fā)生氧化還原反應(yīng)；

(3)要考慮是否會(huì)產(chǎn)生污染性的氣體；

(4)洗滌沉淀時(shí)，要考慮沉淀在所選試劑中的溶解等。

(七)安全防范類

問題1：為什么不能用明火加熱？

解題思路：

要考慮反應(yīng)物的揮發(fā)性和可燃性。

問題2：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)怎么操作？

解題思路：

加熱的化學(xué)反應(yīng)，為了避免發(fā)生倒吸，首先要將溶液中的導(dǎo)管撤離，然后再熄滅酒精燈。

(八)措施實(shí)施類

問題：為了加快化學(xué)反應(yīng)速率，可以采取什么措施？

解題思路：

(1)升高溫度；

(2)將塊狀固體粉碎、研磨；

(3)增大反應(yīng)物的濃度。

(九)評(píng)價(jià)類

問題：該方法(工藝)有什么優(yōu)點(diǎn)和不足？

解題思路：

從原料來源、原料的利用率、試劑循環(huán)使用、工藝復(fù)雜或簡便、產(chǎn)物污染等方面考慮。

三、真題賞析

【例1】(2021·全國甲卷·27節(jié)選)膽礬(CuSO4·5H2O)易溶于水，難溶于乙醇。某小組用工業(yè)廢銅焙燒得到的CuO(雜質(zhì)為氧化鐵及泥沙)為原料與稀硫酸反應(yīng)制備膽礬，并測(cè)定其結(jié)晶水的含量?；卮鹣铝袉栴}：

(2)將CuO加入到適量的稀硫酸中，加熱，其主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________，與直接用廢銅和濃硫酸反應(yīng)相比，該方法的優(yōu)點(diǎn)是_______________。

【分析】該結(jié)構(gòu)不良問題屬于評(píng)價(jià)類，主要考慮環(huán)保和原料的利用率問題。

【例2】(2021·全國乙卷·27節(jié)選)氧化石墨烯具有穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在能源、材料等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。通過氧化剝離石墨制備氧化石墨烯的一種方法如下(裝置如圖1所示)：

圖1

Ⅰ.將濃H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合，置于冰水浴中，劇烈攪拌下，分批緩慢加入KMnO4粉末，塞好瓶口。

Ⅱ.轉(zhuǎn)至油浴中，35℃攪拌1小時(shí)，緩慢滴加一定量的蒸餾水。升溫至98℃并保持1小時(shí)。

Ⅲ.轉(zhuǎn)移至大燒杯中，靜置冷卻至室溫。加入大量蒸餾水，而后滴加H2O2至懸濁液由紫色變?yōu)橥咙S色。

Ⅳ.離心分離，稀鹽酸洗滌沉淀。

Ⅴ.蒸餾水洗滌沉淀。

Ⅵ.冷凍干燥，得到土黃色的氧化石墨烯。

回答下列問題：

(2)步驟Ⅰ中，需分批緩慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴，原因是_______________。

【分析】該結(jié)構(gòu)不良問題屬于原因評(píng)價(jià)類，主要考慮反應(yīng)放熱和反應(yīng)速率方面。

【答案】該反應(yīng)放熱，分批緩慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴的原因是為了降低化學(xué)反應(yīng)速率。

【解析】濃H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合會(huì)放出大量的熱，加入KMnO4粉末后化學(xué)反應(yīng)速率過快，為了降低化學(xué)反應(yīng)速率，需要分批緩慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴。

【例3】(2020·全國卷Ⅰ·26節(jié)選)釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價(jià)的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。

圖2

回答下列問題：

(6)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時(shí)，需要加入過量NH4Cl，其原因是_______________。

【分析】該結(jié)構(gòu)不良問題屬于原因分析類，主要考慮產(chǎn)物產(chǎn)率的提高(原理是同離子效應(yīng))。

【答案】利用同離子效應(yīng)，促進(jìn)NH4VO3盡可能析出完全

【例4】(2019·全國卷Ⅱ·28節(jié)選)咖啡因是一種生物堿(易溶于水及乙醇，熔點(diǎn)234.5℃，100℃以上開始升華)，有興奮大腦神經(jīng)和利尿等作用。茶葉中含咖啡因約1%～5%、單寧酸(Ka約為10-6，易溶于水及乙醇)約3%～10%，還含有色素、纖維素等。實(shí)驗(yàn)室從茶葉中提取咖啡因的流程如圖3所示。

圖3

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)需將茶葉研細(xì)，放入濾紙?zhí)淄?中，研細(xì)的目的是_______________。

(2)提取過程不可選用明火直接加熱，原因是__________________________________。

【分析】該結(jié)構(gòu)不良問題屬于原因分析類，主要考慮反應(yīng)速率和安全兩個(gè)方面。

【答案】(1)增大接觸面積，使提取更加充分

(2)乙醇易揮發(fā)，易燃

【解析】(1)萃取時(shí)將茶葉研細(xì)可以增加固液接觸面積，從而使反應(yīng)更充分；

(2)乙醇易揮發(fā)，易燃燒，為防止溫度過高使揮發(fā)出的乙醇燃燒，提取過程中不可選用明火直接加熱。

【例5】(2018·全國卷Ⅲ·27節(jié)選)KIO3是一種重要的無機(jī)化合物，可作為食鹽中的補(bǔ)碘劑?；卮鹣铝袉栴}：

(2)利用“KClO3氧化法”制備KIO3工藝流程如圖4所示：

圖4

③與“電解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之處有________(寫出一點(diǎn))。

【分析】該結(jié)構(gòu)不良問題主要基于環(huán)保等方面考慮對(duì)工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)。

【答案】會(huì)產(chǎn)生污染性的Cl2

【解析】KClO3氧化法的最大不足之處在于生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的Cl2。

化學(xué)試題中結(jié)構(gòu)不良問題對(duì)教師的教學(xué)提出了更高的要求，教師在平時(shí)的教學(xué)中要結(jié)合具體元素化合物性質(zhì)及反應(yīng)原理和實(shí)際生產(chǎn)生活需求等，在課堂中不斷滲透環(huán)保、安全、節(jié)約、高效、簡便等意識(shí)，努力提升學(xué)生思考問題的精準(zhǔn)性和有效性，在高效解答試題的同時(shí)，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。