米日新 魏利巍

(河北省石家莊市鹿泉區(qū)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(wù),聚焦學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng),制定了學業(yè)質(zhì)量標準,是高考命題的依據(jù)。高考工藝流程試題緊扣《課程標準》,注重理論聯(lián)系實際,通過創(chuàng)設(shè)真實情境,適度增加開放性與靈活性,突出學科關(guān)鍵能力和思維品質(zhì)的考查,實現(xiàn)科學服務(wù)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(jù),無法準確把握復習方向。下面以“2022年河北省學業(yè)水平等級性考試”第15題——工藝流程題為例,引領(lǐng)大家品讀《課程標準》、理解命題依據(jù)、尋找復習方向。

【2022年河北卷,15題】以焙燒黃鐵礦FeS2(雜質(zhì)為石英等)產(chǎn)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(zhì)的反應的化學方程式為______________________。

(4)工序①的名稱為________,所得母液循環(huán)使用。

(5)沉鐵工序產(chǎn)生的白色沉淀Fe(NH4)2Fe(CN)6中Fe的化合價為________,氧化工序發(fā)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(zhì))。

一、品讀試題,理清核心價值、核心素養(yǎng)、關(guān)鍵能力和必備知識之間的關(guān)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(chǔ)的傳統(tǒng)藍色顏料,化學性質(zhì)穩(wěn)定,廣泛應用于涂料和油墨工業(yè)。該題選取我國工業(yè)制硫酸的廢料(紅渣)制備銨鐵藍這一真實工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),引導學生關(guān)心真實問題(廢料的再利用),解決生產(chǎn)中的實際問題(除雜、物質(zhì)轉(zhuǎn)化等),培養(yǎng)學生的科學精神和社會責任感,激發(fā)學生對化學學科的熱愛學科本質(zhì)價值秉承可持續(xù)發(fā)展和綠色化學的觀念,能對與化學有關(guān)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(zhì)觀、分類觀、結(jié)構(gòu)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(yǎng)正確的化學觀念學科育人價值向?qū)W生展現(xiàn)科學研究的過程,讓學生領(lǐng)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(fā)學生的學習興趣,體現(xiàn)化學在精神品質(zhì)方面的育人價值

(二)認真研究、學習運用關(guān)鍵能力是核心素養(yǎng)養(yǎng)成的必由之路

關(guān)鍵能力具體內(nèi)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(guān)鍵內(nèi)容,并能與已學知識進行整合,最終解答化學問題獲取有關(guān)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(zhì)結(jié)構(gòu)、分析物質(zhì)性質(zhì)、預測反應現(xiàn)象和推斷反應結(jié)果判斷物質(zhì)結(jié)構(gòu):(5)中化合價的判斷;分析物質(zhì)性質(zhì):(6)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)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(xiàn)象到一般規(guī)律的要求包括識別有效證據(jù)、科學推理論證、處理轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)和歸納總結(jié)規(guī)律識別有效證據(jù):(5)中“白色沉淀”Fe(NH4)2Fe(CN)6和(3)中不生成S單質(zhì);科學推理論證:離子方程式中產(chǎn)物Fe(NH4)Fe(CN)6拆不拆等探究與創(chuàng)新能力該能力要求學生根據(jù)實驗目的和要求,設(shè)計探究方案、描述實驗現(xiàn)象、分析實驗數(shù)據(jù)、評價探究方案設(shè)計探究方案:用還原工序得到的濾液制備Fe2O3·xH2O 和(NH4)2SO4,物質(zhì)轉(zhuǎn)化需要的試劑,不引入新的雜質(zhì)

(三)夯實必備知識,為能力和素養(yǎng)的形成打好基礎(chǔ)

題號核心素養(yǎng)關(guān)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(guī)律。認識化學變化有一定限度、速率,是可以調(diào)控的證據(jù)推理與模型認知:具有證據(jù)意識,能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè),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(xiàn)象,揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)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(chuàng)新能力SiO2、FeS2的化學性質(zhì)化學反應速率常見無機物Fe3+與FeS2的性質(zhì)及化學方程式的配平綠色化學、物質(zhì)提純元素化合價的判斷、離子方程式的配平常見物質(zhì)的制備

二、品讀課程標準,構(gòu)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(zhì)和規(guī)律,能根據(jù)化學反應原理預測物質(zhì)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物。

【模型建構(gòu)1】產(chǎn)物預測及反應方程式書寫模型

運用“證據(jù)→推理→符號表達”的思路,書寫新情境下的反應方程式。

證據(jù)推理與模型認知證據(jù)意識分析推理符號表達 具體操作題號 根據(jù)顯性信息找到反應物和產(chǎn)物梳理隱性信息預測產(chǎn)物根據(jù)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(jù)“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(chǎn)物中不生成S單質(zhì),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(jù)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(chǎn)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(chǎn)物Fe(NH4)Fe(CN)6,“Fe(CN)6”部分沒有發(fā)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(xù)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(zhì)為石英③產(chǎn)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(shè)計無機化合物制備的方案。

【模型建構(gòu)2】從物質(zhì)性質(zhì)、綠色化學角度建立物質(zhì)制備與試劑選擇的思維模型

【模型建構(gòu)3】從化合價角度、物質(zhì)類別角度和元素守恒角度建立物質(zhì)轉(zhuǎn)化的思維模型

題號證據(jù)推理與模型認知證據(jù)意識分析推理結(jié)論(6)原料:FeSO4溶液(溶質(zhì)屬于鹽類,且具有還原性)和H2SO4產(chǎn)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(zhì)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(zhì)轉(zhuǎn)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(gòu)4】從溶液到晶體的思維模型

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

分析可知,前一個程序為還原,產(chǎn)生濾渣,所得液體(剩余的H2SO4和產(chǎn)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(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌,所得母液主要含有H2SO4,可以循環(huán)利用。

【課標要求】能從調(diào)控反應速率、提高反應轉(zhuǎn)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(gòu)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(jié)合真實情境中的應用實例或通過實驗探究,了解物質(zhì)的性質(zhì)和應用。

【模型建構(gòu)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(jù)推理與模型認知證據(jù)意識分析推理結(jié)論具體操作題號 根據(jù)顯性信息找到反應物和產(chǎn)物抓住題干情境信息,分析反應過程,預測其他產(chǎn)物根據(jù)守恒完成反應的化學(離子)方程式(3)反應物:FeS2和Fe2(SO4)3產(chǎn)物:不生成S單質(zhì)習慣性思維:FeS2中-1價的S元素,一般被氧化成SO2或S單質(zhì)新情境的思維:“還原工序中,不生成S單質(zhì)”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(chǎn)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(jù)產(chǎn)物分析可知“Fe(CN)6”部分沒有發(fā)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(xù)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?nèi)f化,但考查物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)的分離提純不變

無機化學工藝流程題是以實際的工業(yè)生產(chǎn)為背景,從化合價變化角度、物質(zhì)類別角度和新信息角度思考物質(zhì)轉(zhuǎn)化?？疾楦咧谐Ｒ姷姆墙饘僭?Si、N、S、Cl等)和金屬元素(Al、Fe、Ca、Mg、Zn、Cu等)的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)和相互轉(zhuǎn)化。從沉淀過濾、萃取分液、結(jié)晶、蒸餾角度思考物質(zhì)的分離提純。

(二)內(nèi)容考查千變?nèi)f化,但題型結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定

1.題型結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定,一般由“試題情境+流程圖+設(shè)問”三部分組成。

2.流程圖結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定,呈現(xiàn)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(zhì)線;呈現(xiàn)形式的三個階段,每一階段承載的任務(wù)如圖所示:

(三)設(shè)問包羅萬象,但考查點有據(jù)可查

1.預處理階段,明確各種操作的目的。

2.物質(zhì)轉(zhuǎn)化與分離階段,利用氧化還原反應、控制反應條件和“調(diào)pH”等實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,通過過濾、萃取等方法達到分離除雜的目的。