透視STSE命題在2020高考中的體現(xiàn)

◇ 山東 孫 晶

仔細研讀2020年全國各地高考試卷,發(fā)現(xiàn)STSE試題所占比例有增大趨勢.化學試卷中STSE類試題涉及內容廣泛,包括食品安全、醫(yī)藥衛(wèi)生、新能源新材料、環(huán)境保護與綠色化學、社會新聞熱點與最新科學成果等.下面針對STSE試題予以詳細介紹.

1 STSE試題特征與解法步驟

1)STSE類試題的構成

該類試題一般分為兩部分,一是背景知識,主要是與生產生活、科學技術等相聯(lián)系的內容,以信息形式呈現(xiàn);二是問題知識,一般是以背景知識中某一個與化學有關的物質或知識點發(fā)散的內容為切入點提出問題.

2)STSE類試題的解題步驟

讀題:對于新材料、新信息題類試題,讀題尤其重要,要做到逐字、逐句讀,挖掘關鍵字,排除無效信息,找到對解題有價值的有效信息,并作好標記.對于給信息類的有機化學方程式要從斷鍵、成鍵角度分析;對于新物質或常見物質的新性質類試題,要找出其不同點.

聯(lián)題:在讀題基礎上,結合題目中問題或選項分析本題考查的知識板塊,聯(lián)系中學化學知識體系中“知識塊”和“化學原理”,便于找準提取信息(知識、原理、方法)的方向.

析題:找準知識塊后,從大腦信息庫中迅速提取所需要的知識,讓思維從新情境回歸教材、回歸平時的學習中,回顧解同類題時易犯的錯誤、易漏知識等.

解題:在知識和方法準備充分的基礎上,針對題目要求,回答相應問題.例如,選擇題中的“不正確”與“正確”;“一定”與“可能”等一定不要看錯;簡答題要言簡義豐,一定要聯(lián)系化學原理,正確選擇切入點,分析、說理時層次要清晰,要點要全面.

2 STSE類試題的常見題型

2.1 化學與日常生活

隨著人們生活水平的不斷提高,生活中的化學知識到處可見.在高考化學試題中,對這方面知識也進行了一定程度的考查.解決好這類問題的關鍵在于知識的積累和化學原理的應用.

例1(2020年全國卷Ⅰ)國家衛(wèi)健委公布的新型冠狀病毒肺炎診療方案指出,乙醚、75%乙醇、含氯消毒劑、過氧乙酸(CH3COOOH)、氯仿等均可有效滅活病毒.對于上述化學藥品,下列說法錯誤的是( ).

A.CH3CH2OH能與水互溶

B.NaClO通過氧化滅活病毒

C.過氧乙酸相對分子質量為76

D.氯仿的化學名稱是四氯化碳

解析

乙醇分子中有羥基,其與水分子間可以形成氫鍵,因此乙醇能與水互溶,選項A說法正確.次氯酸鈉具有強氧化性,能使蛋白質變性,故其能通過氧化滅活病毒,選項B說法正確.過氧乙酸的分子式為C2H4O3,故其相對分子質量為76,選項C說法正確.氯仿的化學名稱為三氯甲烷,選項D說法錯誤.答案為D.

【靈犀一點】該題以新冠肺炎疫情預防中常見的消毒劑為命題載體,考查了對物質俗名與成分的對應關系,這就要求學生在平日的學習中要注重細節(jié),拓寬自己的知識面,加強自己的知識儲備.

2.2 化學與傳統(tǒng)文化

在高考命題中,命題者高度重視傳統(tǒng)文化對于立德樹人的獨特功能,弘揚優(yōu)秀傳統(tǒng)文化,體現(xiàn)高考為國選材的重大使命.中華傳統(tǒng)文化在化學試題中主要有以下幾種命題形式:一是借助古文獻,考查基本實驗操作;二是融合古詩詞,考查基本化學素養(yǎng)與知識的遷移應用;三是融合古詩詞,考查物質性質或者物質制備的原料、原理和工藝流程等.

例2(2020年全國卷Ⅲ)宋代《千里江山圖》描繪了山清水秀的美麗景色,歷經千年色彩依然,其中綠色來自孔雀石顏料 (主要成分為Cu(OH)2·CuCO3),青色來自藍銅礦顏料(主要成分為Cu(OH)2·2CuCO3).下列說法錯誤的是( ).

A.保存《千里江山圖》需控制溫度和濕度

B.孔雀石、藍銅礦顏料不易被空氣氧化

C.孔雀石、藍銅礦顏料耐酸耐堿

D.Cu(OH)2·CuCO3中銅的質量分數(shù)高于Cu(OH)2·2CuCO3

解析

字畫主要由紙張和絹、綾、錦等織物構成,為防止受潮和氧化,保存古代字畫時要特別注意控制適宜的溫度和濕度,選項A說法正確.由孔雀石和藍銅礦的化學成分可知,其中的銅元素、碳元素和氫元素均處于最高價,均為自然界較穩(wěn)定的化學物質,用它們制作的顏料不易被空氣氧化,選項B說法正確.孔雀石和藍銅礦的主要成分均可與酸反應生成相應的銅鹽,因此,用其制作的顏料不耐酸腐蝕,選項C說法錯誤.因為氫氧化銅中銅元素的質量分數(shù)高于碳酸銅中銅元素的質量分數(shù),所以Cu(OH)2·CuCO3中銅元素的質量分數(shù)高于Cu(OH)2·2CuCO3中銅元素的質量分數(shù),選項D說法正確.答案為C.

【靈犀一點】該題以我國宋代名畫《千里江山圖》為切入點,考查顏料的成分、性質和名畫的儲存等,讓考生在領悟中華文化博大精深的同時,體會化學學科的歷史綿長,體現(xiàn)科學態(tài)度與社會責任核心素養(yǎng).

2.3 化學與醫(yī)藥

2020年全國卷Ⅰ的第8題以紫花前胡醇能提高人體免疫力為命題素材,2020年全國卷Ⅱ的第10題以2-乙烯基吡啶(VPy)是合成治療矽肺病藥物的原料為切入點,2020年全國卷Ⅲ的第8題以金絲桃苷是從中藥材中提取的一種具有抗病毒作用的黃酮類化合物為命題載體,這些題目既考查了化學在醫(yī)藥領域的多重應用,同時體現(xiàn)了化學貼近生活、融入生活,落實了科學態(tài)度與社會責任這一學科素養(yǎng).

例3(2020年新高考卷Ⅰ)從中草藥中提取的calebinA(結構簡式如圖1)可用于治療阿爾茨海默癥.下列關于calebinA的說法錯誤的是( ).

圖1

A.可與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應

B.其酸性水解的產物均可與Na2CO3溶液反應

C.苯環(huán)上氫原子發(fā)生氯代時,一氯代物有6種

D.1mol該分子最多與8molH2發(fā)生加成反應

解析

該有機物中含有酚羥基,可與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應,選項A正確.該有機物中含有酯基,酯在酸性條件下水解生成羧基,羧基能與Na2CO3溶液反應生成CO2,此外,酚羥基也能與Na2CO3反應(不產生CO2),選項B正確.該有機物中含有2個苯環(huán),1個苯環(huán)上含有3個氫原子,且無對稱結構,所以苯環(huán)上一氯代物有6種,選項C正確.該有機物中含有2個苯環(huán)、2個碳碳雙鍵、1個羰基,1個苯環(huán)可以與3個H2分子加成,1個雙鍵可以與1個H2分子加成,1個羰基可以與1個H2分子加成,所以1 mol該分子最多可以與9molH2分子發(fā)生加成反應,選項D錯誤.答案為D.

【靈犀一點】酯基不能和H2發(fā)生加成反應,苯環(huán)、碳碳雙鍵和羰基都可以和H2發(fā)生加成反應.

2.4 化學與新能源型

能源是21世紀的重要話題,因此成為試題設計的熱點,近幾年高考化學常對新能源(太陽能、氫能、新燃料等)、電池(燃料電池、鋰電池、鉛蓄電池等)進行考查.生活中的化學常識也成了高考化學試題的一大考點.無論是何種情況,熟練掌握基礎知識是解決此類問題的根本策略.

例4(2020年全國卷Ⅰ)科學家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質電池.電池示意圖如圖2所示,電極為金屬鋅和選擇性催化材料,放電時,溫室氣體CO2被轉化為儲氫物質甲酸等,為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑.下列說法錯誤的是( ).

圖2

A.放電時,負極反應為

B.放電時,1molCO2轉化為HCOOH,轉移的電子數(shù)為2mol

D.充電時,正極溶液中OH－濃度升高

解析

由題可知,放電時,CO2轉化為HCOOH,即CO2發(fā)生還原反應,故放電時右側電極為正極,左側電極為負極,Zn發(fā)生氧化反應生成Zn(OH)2－4;充電時,右側為陽極,H2O發(fā)生氧化反應生成O2,左側為陰極,Zn(OH)2－4發(fā)生還原反應生成Zn,以此分析解答.放電時,負極上Zn發(fā)生氧化反應,電極反應式為:Zn－2e－＋4OH－＝Zn(OH)2－4,選項A說法正確.放電時,CO2轉化為HCOOH,C元素化合價降低2,則1molCO2轉化為HCOOH時,轉移電子數(shù)為2mol,選項B說法正確.充電時,陽極上H2O轉化為O2,負極上Zn(OH)2－4轉化為Zn,電池總反應為2Zn(OH)2－4＝2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O,選項C說法正確.充電時,正極即為陽極,電極反應式為2H2O－4e－＝4H＋＋O2↑,溶液中H＋濃度增大,溶液中c(H＋)·c(OH－)＝Kw,溫度不變時,Kw不變,因此溶液中OH－濃度降低,選項D說法錯誤.答案為D.

【靈犀一點】該題屬于典型的“起點高、落點低”類試題,題目情境新穎,背景材料新,但只要結合原電池的基本工作原理并讀懂題給示意圖,該題不難作答.注意突破二次電池的4個角度,如圖3所示.

圖3

2.5 化學與科技前沿

本部分內容涉及范圍廣泛,建議同學們在復習備考過程中梳理化學的發(fā)展歷程,立足于化學知識的基礎性和整合性.例如,我國的四大發(fā)明、古典名著、冶鐵技術、陶瓷技術、釀酒技術、合成材料、元素周期律等.同時關注化學科學發(fā)展的前沿,著眼于時代性與開放性,如綠色化學、納米化學、諾貝爾化學獎成果等.

例5(2020年全國卷Ⅰ)銠的配合物離子[Rh(CO)2I2]－可催化甲醇羰基化,反應過程如圖4.

圖4

下列敘述錯誤的是( ).

A.CH3COI是反應中間體

B.甲醇羰基化反應為CH3OH＋CO＝CH3CO2H

C.反應過程中Rh成鍵數(shù)目保持不變

D.存在反應CH3OH＋HI＝CH3I＋H2O

解析

題干中明確指出,銠配合物[Rh(CO)2I2]－充當催化劑的作用,用于催化甲醇羰基化.由題干中提供的反應機理圖可知,銠配合物在整個反應歷程中的成鍵數(shù)目、配體種類等均發(fā)生了變化;并且也可以觀察出,甲醇羰基化反應所需的反應物除甲醇外還需要CO,最終產物是乙酸.因此,凡是出現(xiàn)在歷程中的,既非反應物又非產物的物種(如CH3COI以及各種配離子等)都可視作中間物種.通過分析可知,CH3COI屬于甲醇羰基化反應的反應中間體,其可與水作用,生成最終產物乙酸的同時,也可以生成使甲醇轉化為CH3I的HI,選項A正確.通過分析可知,甲醇羰基化反應,反應物為甲醇以及CO,產物為乙酸,反應方程式可寫成:CH3COOH,選項B正確.通過分析可知,銠配合物在整個反應歷程中,成鍵數(shù)目、配體種類等均發(fā)生了變化,選項C不正確.通過分析可知,反應中間體CH3COI與水作用生成的HI可以使甲醇轉化為CH3I,方程式可寫成:CH3OH＋HI→CH3I＋H2O,選項D正確.答案為C.

【靈犀一點】對于反應機理圖的分析,最基本的是判斷反應物、產物以及催化劑.一般來說,催化劑在機理圖中多以完整的循環(huán)出現(xiàn);反應物則是通過一個箭頭進入整個歷程的物質;而產物一般多是通過一個箭頭脫離整個歷程的物質.

2.6 化學與環(huán)境保護型

綠水青山就是金山銀山.環(huán)境問題是當今社會的熱點、焦點問題,當今的環(huán)境問題主要包括:溫室效應、酸雨、臭氧層被破壞、光化學煙霧、白色污染、赤潮、重金屬及其鹽的污染等.

例6(2020年全國卷Ⅱ)二氧化碳的過量排放可對海洋生物的生存環(huán)境造成很大影響,其原理如圖5所示.下列敘述錯誤的是( ).

B.海水酸化能促進CaCO3的溶解,導致珊瑚礁減少

C.CO2能引起海水酸化,其原理為

D.使用太陽能、氫能等新能源可改善珊瑚的生存環(huán)境

圖5

解析

海水酸化,H＋濃度增大,平衡正向移動濃度減小,濃度增大,選項A正確.海水酸化,濃度減小,導致CaCO3溶解平衡正向移動,促進了CaCO3溶解,導致珊瑚礁減少,選項B正確.CO2引起海水酸化的原理為,導致H＋濃度增大,選項C錯誤.使用太陽能、氫能等新能源,可以減少化石能源的燃燒,從而減少CO2的排放,減弱海水酸化,從而改善珊瑚礁的生存環(huán)境,選項D正確.答案為C.

【靈犀一點】對于二氧化碳的綜合利用一直是命題的熱點,深度領悟所給圖示中的化學方程式是解答的關鍵.

2.7 材料剖析型

材料是當今化學領域研究的重要內容之一,而新材料的開發(fā)利用,更是人類文明大廈的基石.要解決好這一類問題,就必須在牢固掌握雙基知識的基礎上,提高閱讀能力、分析能力、知識運用能力.例如,2020年新高考卷Ⅰ的第17題以CdSnAs2是一種高遷移率的新型熱電材料為載體,2020年全國卷Ⅱ的第35題以鈣鈦礦(CaTiO3)型化合物是一類可用于生產太陽能電池、傳感器、固體電阻器等的功能材料為命題切入點,2020年全國卷Ⅲ的第35題以氨硼烷(NH3BH3)含氫量高、熱穩(wěn)定性好,是一種具有潛力的固體儲氫材料為命題載體,考查考生對于材料的結構、元素構成及其性質分析的領悟能力.

2.8 科技成果型

這類題主要以最近國內外公布的新科技成果為載體,聯(lián)系中學化學內容考查新信息處理能力.例如,近年的諾貝爾化學獎成果、十大科技進展等都可能進入試卷.2020年新高考卷Ⅰ的第35題以Goodenough等人因在鋰離子電池及鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻而獲得2019年諾貝爾化學獎為命題切入點,體現(xiàn)了試題的時代鮮活感,同時在潛移默化中落實了科學探究與創(chuàng)新意識這一學科素養(yǎng).

3 STSE類試題信息處理要訣

要訣1無效信息要拋棄,利用認知解習題

無效信息型題一般以最近的新聞、最新科技成果、與社會生活聯(lián)系緊密的材料為背景,考查基礎知識,所給信息都是無效信息,對解題沒有任何意義,目的是為了增加題目的陌生度,起到一種渲染題目的效果,鎮(zhèn)住考生,使其出錯.這類題目往往看起來起點特別高,但落點非常低.對于這樣的題目,可以拋開題給信息的干擾,直接利用自己所掌握的知識進行解題.

要訣2有效信息細分析,巧妙應用解習題

解答有效信息型題的方法:一是剖析題意,分析已知條件和要回答的問題,弄清各種物質間的關系;二是抓好解題關鍵,找出解題的突破口;三是聯(lián)系所學知識,排除干擾,精心篩選,得到正確答案.

要訣3有效無效細甄別,去偽存真解習題

該類題目所給信息是解題的關鍵,從所給信息中提取有效信息,去除干擾信息,可以快速準確地得到答案.有效信息的提取可以結合前后所給的內容,比如選擇題可以結合選項和題設;填空題可以結合所提問題等.只要是與題目所給問題有關的信息,即有利于解題的信息都是有效信息,其他的為無效信息.

要訣4善用類比思維巧搭橋梁

類比思維是化學解題過程中一種常用的思維方法,采用的是用已學知識與題設問題從關系及形式上進行遷移的方法,如從已知物質的性質推測未知物質的性質等.使用此方法關鍵在于抓住題中信息,找準原型知識,將物質進行“對等”轉換,或找出有關的變化規(guī)律進行遷移判斷.

例7(2020年新高考卷Ⅰ)α-氰基丙烯酸異丁酯可用作醫(yī)用膠,其結構簡式如圖6所示.下列關于α-氰基丙烯酸異丁酯的說法錯誤的是( ).

圖6

A.其分子式為C8H11NO2

B.分子中的碳原子有3種雜化方式

C.分子中可能共平面的碳原子最多為6個

D.其任一含苯環(huán)的同分異構體中至少有4種不同化學環(huán)境的氫原子

解析

結合該分子的結構簡式可以看出,其分子式為C8H11NO2,選項A正確;該分子中含—C≡N(氰基)、(碳碳雙鍵)以及碳碳單鍵,采用的雜化類型分別是sp、sp2和sp3共3種雜化方式,選項B正確;碳碳雙鍵、碳氧雙鍵中碳原子共平面、—C≡N(氰基)共直線,O原子采用sp3雜化,為V形結構,鏈狀的碳碳單鍵中最多有2個C原子共平面,則該分子中可能共平面的C原子可表示為,選項C錯誤;α-氰基丙烯酸異丁酯和苯乙酸銨(C6H5—CH2COONH4)等物質互為同分異構體,乙酸銨基(—CH2COONH4)可以拆分成—CH3和—COONH4,分布在苯環(huán)的鄰、間、對位置,故無論哪種含苯環(huán)的同分異構體中,都至少含有4種環(huán)境的氫原子,選項D正確.答案為C.

【靈犀一點】本題在確定碳原子的雜化方式時運用了類比思維,直線形的碳原子是sp雜化、平面形的碳原子是sp2雜化、單鍵碳原子是sp3雜化.此外,α-氰基丙烯酸異丁酯的分子式是C8H11O2N,在判斷含有苯環(huán)的同分異構體時,減去一個苯基(C6H5—),還剩余C2H6O2N,氫原子數(shù)目達到烷烴的最大飽和數(shù),此 時 一 定 不 要 忽 視 氨 基 (如)和羧酸銨鹽,這是解答本題至關重要的一個瓶頸點,也是學生的一個知識盲區(qū).