研究高考命題思路 厘清備考復習方向
——以2022年全國乙卷理綜第26題為例

蘇永平 馮新平

(1.甘肅省蘭州市教育科學研究所 2.甘肅省蘭州市第27中學)

工藝流程題通常以工業(yè)生產(chǎn)流程為載體考查學生對核心元素化合物知識、物質(zhì)分離提純、化學反應條件的調(diào)控、化學原理在實際生產(chǎn)中應用等必備知識的掌握和應用,從而考查學生的關鍵能力、核心素養(yǎng)發(fā)展水平,是高考必考熱點題型.筆者通過對2022年全國高考乙卷理綜化學試題中工藝流程題命題意圖的分析、解題思路的梳理以及答題過程中常見錯誤的原因剖析,全面把握工藝流程題的命題趨勢,為工藝流程題的解題突破、科學備考提供優(yōu)化思路.

1 原題呈現(xiàn)

例(2022年全國乙卷)廢舊鉛蓄電池的鉛膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO 和Pb,還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物等.為了保護環(huán)境、充分利用鉛資源,通過圖1所示流程實現(xiàn)鉛的回收.

圖1

一些難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)如表1所示.

表1

一定條件下,一些金屬氫氧化物沉淀時的pH 如表2所示.

表2

回答下列問題:

(1)在“脫硫”中PbSO4轉(zhuǎn)化反應的離子方程式為________,用沉淀溶解平衡原理解釋選擇Na2CO3的原因_________.

(2)在“脫硫”中,加入Na2CO3不能使鉛膏中BaSO4完全轉(zhuǎn)化,原因是_________.

(3)在“酸浸”中,除加入醋酸(HAc),還要加入H2O2.

(ⅰ)能被H2O2氧化的離子是________;

(ⅱ)H2O2促進了金屬Pb 在醋酸中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,其化學方程式為________;

(ⅲ)H2O2也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,H2O2的作用是_________.

(4)“酸浸”后溶液的pH 約為4.9,濾渣的主要成分是_________.

(5)“沉鉛”的濾液中,金屬離子有_________.

2 命題意圖分析

《中國高考考試評價體系》指出:高考命題應遵循“一核、四層、四翼”的指導思想,情境設計要突出情境的真實性、育人功能,立意要突出以知識為載體,設問要強調(diào)真實問題的解決.

縱觀近幾年工藝流程題的命題思路,試題通常以自然資源利用、廢棄物的回收再利用、有毒有害的化學廢棄物的處理等為環(huán)保情境素材,將物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)分離、產(chǎn)品提純、反應條件控制、反應條件優(yōu)化、綠色化學等核心知識融合于真實的工藝流程中,讓學生解決流程中所蘊含的基礎性、綜合性、應用性、創(chuàng)新性問題,測試學生理解與辨析、分析與推測、歸納與論證、探究與創(chuàng)新能力及核心素養(yǎng)的發(fā)展水平.

例如,2022年全國高考乙卷試題情境設計以“廢舊鉛蓄電池的鉛膏中Pb的回收利用”為素材,彰顯化學在解決廢棄物處理、資源再利用、環(huán)境保護等方面的社會應用價值,落實科學態(tài)度與社會責任的育人價值.基于高考評價體系“一核、四層、四翼”視角下試題特征分析如表3所示.

表3

從試題的情境設計看:突出體現(xiàn)了化學學科在解決實際問題、資源重新利用、保護環(huán)境等方面的重要價值,弘揚了學科主流價值,具有良好的育人價值.從考查知識來看:考查了Pd、Fe、Al、Ba單質(zhì)及化合物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化關系,HAc和H2O2的性質(zhì)、難溶物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及沉淀溶解平衡移動原理的應用等必備知識.從試題的立意看:突出體現(xiàn)能力、素養(yǎng)立意,考查運用已有化學知識獲取流程信息,分析數(shù)據(jù)信息解決問題的能力,從而達到測試化學學科素養(yǎng)水平進階的目標.

3 解題思路分析

1)閱讀題干信息,知道原料鉛膏的成分為PbSO4、PbO2、PbO 和Pb,還有少量Ba、Fe、Al的鹽或氧化物,最終目標產(chǎn)物為PbO.

2)結合題中信息和流程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化關系,分析出每步轉(zhuǎn)化過程中主要發(fā)生的反應、濾液、濾渣的成分.根據(jù)向鉛膏中加入Na2CO3溶液進行“脫硫”及表格提供的Ksp數(shù)據(jù)分析得出PbSO4轉(zhuǎn)化為PbCO3,PbO2、PbO和Pb不變,Ba的鹽及氧化物轉(zhuǎn)化為BaCO3、BaSO4,Fe、Al的鹽或氧化物轉(zhuǎn)化為氫氧化物或仍為氧化物.向所得固體中加入醋酸、過氧化氫進行酸浸,PbCO3、PbO2、PbO和Pb會溶解轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,BaCO3會溶解.依據(jù)“酸浸”后溶液的pH約為4.9可知能沉淀出Al3＋、Fe3＋,依據(jù)Fe(OH)2、Pb(OH)2開始沉淀和完全沉淀的pH 范圍交叉關系,得出沉淀分離前需將Fe2＋氧化為Fe3＋后再沉淀,因此“酸浸”后的濾渣為Fe(OH)3、Al(OH)3.

3)依據(jù)設問解答.

4 試題解析

(1)依據(jù)PbCO3、PbSO4的Ksp大小關系,得出PbSO4轉(zhuǎn)化反應的離子方程式為

說明該反應正向進行的程度有限,因此加入Na2CO3不能使“鉛膏”中的BaSO4完全轉(zhuǎn)化.

(3)(ⅰ)Fe2＋有還原性,過氧化氫有氧化性,會被氧化為Fe3＋.

(ⅱ)過氧化氫促進金屬Pb在醋酸溶液中轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,依據(jù)信息推斷書寫反應的化學方程式為Pb＋H2O2＋2HAc＝Pb(Ac)2＋2H2O.

(ⅲ)過氧化氫也能使PbO2轉(zhuǎn)化為Pb(Ac)2,鉛元素化合價由＋4價降低到＋2價,PbO2是氧化劑,則過氧化氫是還原劑.

(4)酸浸后溶液pH 約為4.9,依據(jù)金屬氫氧化物沉淀時的pH 可知,濾渣主要成分為Al(OH)3、Fe(OH)3.

(5)根據(jù)流程及物質(zhì)分離過程推理分析可知:Fe3＋、Al3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,Pb轉(zhuǎn)化為Pb(OH)2,最終變?yōu)镻bO,因此“沉鉛”的濾液中,金屬離子有Ba2＋和加入Na2CO3、NaOH 時引入的Na＋.

5 常見易錯點及錯因分析

主要失分點為:(1)沉淀轉(zhuǎn)化方程式的書寫;(2)原因解釋;(3)陌生方程式的書寫;(4)沉淀判斷不完全,容易漏選;(5)漏寫B(tài)a2＋.具體易錯點統(tǒng)計與錯因分析如表4所示.

表4

6 復習備考導向

6.1 關注試題命題立意的變化,轉(zhuǎn)變復習備考理念

從2022年全國乙卷試題命題的立意可以看出:高考命題已從“知識立意”向“能力素養(yǎng)立意”轉(zhuǎn)變.高考已經(jīng)不再只考查已具備什么知識,而是考查運用已有知識能解決哪些問題的能力.試題通過利用已有知識解決真實問題的情境,考查學生的自主學習能力、信息素養(yǎng)能力、學科核心素養(yǎng)發(fā)展水平.例如第26題第(1)問不是考查Ksp的含義、表達式、計算等“靜態(tài)”的知識,而是考查利用Ksp解決脫硫中沉淀轉(zhuǎn)化問題,同時通過數(shù)據(jù)分析、歸納論證分析沉淀轉(zhuǎn)化原因,考查“知其然,知其所以然”的深層次的關鍵能力.復習備考啟示:對化學知識復習鞏固不是日復一日的重復,僅僅停留在“機械背誦記憶、題海訓練、機械刷題”的層面,復習重點要更多地關注必備知識儲存、知識結構化的建構、關鍵能力的培養(yǎng)上,關注運用所學知識解決真實情境下的實際問題,在真實問題的解決中鞏固知識、應用知識、發(fā)展能力和素養(yǎng).例如對Ksp的復習不但要知道Ksp可以計算離子濃度、判斷難溶物的轉(zhuǎn)化,還要對計算結果、難溶物轉(zhuǎn)化的實質(zhì)進行科學合理的分析,進而去解決真實的化學問題.

6.2 重視知識的結構化,促進認知思路和認知觀念的結構化的建構

2022年全國乙卷第26題通過常見無機物的轉(zhuǎn)化及應用考查考生對物質(zhì)之間轉(zhuǎn)化本質(zhì)的理解和應用.備考時要關注將零散的、碎片化的元素化合物知識通過物質(zhì)類別、價態(tài)變化、物質(zhì)轉(zhuǎn)化的視角自主構建成結構化的知識體系,要發(fā)揮“價類二維、氧化還原反應、離子反應”等核心概念原理對構建元素化合物體系的“關聯(lián)”作用,增強對知識系統(tǒng)性的認知,提升元素化合物知識的認知思路和認知觀念的結構化水平,最終提煉出解決相關問題的思維模型.例如第(3)問就是運用氧化還原反應原理,分析解決物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化問題,解題過程中考生要從熟悉的“鐵三角”轉(zhuǎn)化關系中抽取認知思路,然后通過遷移建構出不同價態(tài)物質(zhì)認知結構化的思維模型,然后應用結構化的思維模型解決Pb 與H2O2、HAc反應方程式的書寫以及H2O2與PbO2作用分析等問題.知識結構化、認知思維結構化模型示例如圖2所示.

圖2

6.3 注重信息素養(yǎng)的訓練,強化對學生關鍵能力的培養(yǎng)

高考試題注重考查學生獲取信息、整合信息、應用信息分析解決問題等能力的考查,特別注重基于獲取事實證據(jù)、科學推理歸納形成結論的能力考查.高考工藝流程題通常以文字、圖表、曲線、數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)化關系圖等形式呈現(xiàn)解題信息,要求學生通過自主閱讀,獲取信息、整合信息,與所學知識發(fā)生關聯(lián),分析解決實際問題.例如解答第26題最大的障礙在于“讀不懂流程、不會利用數(shù)據(jù)分析解決問題,不會通過嚴密的邏輯推理、歸納論證形成解決問題的思路”.所以在高考復習備考過程中要注意強化信息素養(yǎng)的訓練,如可以通過讀教材、析教材、挖教材等途徑,通過對教材中的有關圖表數(shù)據(jù)的分析推理、模型圖形認知、表格的解讀、曲線的數(shù)學分析、模型實物的深度分析等方式,強化學生讀取有用信息、整合關鍵信息、應用信息解決問題的能力,從而提高“理解與辨析、分析與推測、歸納與論證、創(chuàng)新與探究”等關鍵能力.在解讀教材中的化學知識和信息時要重視對真實問題的解決,在解決真實問題的過程中發(fā)展學生高階思維能力.在復習知識的過程中,切忌從“靜態(tài)的知識到知識”照搬復制,要以知識為載體發(fā)展關鍵能力和學科核心素養(yǎng),實現(xiàn)從“過分關注結果和結論的記憶復制”向“真實問題解決過程和思維發(fā)展進階”的復習思維模式的轉(zhuǎn)變.

6.4 強化題組訓練,關注外顯思維過程的認知思維模型提煉

高考命題指導思想強調(diào)命題要“減少機械的、重復的、大量刷題”的現(xiàn)象.高考復習要針對不同的核心知識、核心概念原理設計專題復習,要選擇在知識能力素養(yǎng)考查方面具有針對性、典型性、創(chuàng)新性的高考真題、模擬題形成題組,進行針對性、系統(tǒng)性強化訓練.訓練目的重點要放在知識的深化理解、遷移應用和關鍵能力的提升、高階思維的發(fā)展上.不要就題練題、就題講題、搞題海訓練、刷題戰(zhàn)術.訓練內(nèi)容要貫徹“精選精練、精講精評”的原則,訓練過程要關注試題信息獲取、整合、應用,關注解題思路與模型提煉,幫助學生建立外顯能力素養(yǎng)的認知思維模型.例如,對于工藝流程題訓練復習可以建立圖3所示的認知思維模型.

圖3

在此基礎上利用化學基礎知識和基本原理分析或選擇反應條件、推測實際工藝流程過程的操作意圖,實現(xiàn)對最終產(chǎn)品的制取,學生有了這樣的認知思維模型和分析方法,利用工業(yè)流程中“主線主產(chǎn)品、副線副產(chǎn)品、環(huán)線循環(huán)利用品”的分析原則,就能快速破解工藝流程、形成有效的解題思路.解題訓練時不要過多關注結果的錯與對,要關注解題過程中如何讀題獲取關鍵信息,如何破題建立問題與知識的聯(lián)系,如何規(guī)范表述解題過程與結論,如何提煉建構解題思維模型.只有這樣的訓練,才能達到觸類旁通、舉一反三、事半功倍的效果.

(完)