化工产品成份推断与确定中“台阶题”的分析与理解

芮鹏程

摘要：化工产品成份推断与确定中“台阶题”是要求学生对化工产品产生的复杂图像进行分析，通过一定的推断和计算，最终确定其组成。“台阶题”所考查的内容和图像提供的信息都有一定的特点，根据这一特点可以得出解题策略。

关键词：台阶题；化工产品；图像；策略

文章编号：1008-0546（2017）05-0073-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.023

化学考试“重点考查考生的信息获取与加工、化学实验探究、从化学视角分析解决问题和化学思维等能力。”为了达到这一考查目的，化学试题中常常出现图像，让学生借助图像来分析和解决问题。图像题类型较多，与生产、生活联系紧密。“台阶题”是近几年常常出的图像题，它产生于实际工业生产中，人们对化工产品进行分析，得出数据并绘制出图像，然后根据已知条件确定其成份，因为它与实际工业生产联系比较紧密，因此是教学中的难点和热点。

一、“台阶题” 考查的内容

“台阶题”是对复杂的化学产品进行加热分析，根据物质性质变化引起的质量变化，绘制出“台阶”图像。学生在解这类题目时，要根据“台阶”特点计算出物质的质量，再用化学知识分析可能出现的化学反应，从而判断出在一定温度下分解产生的物质。下面结合例题进行分析。

例1（2014年江苏高考题）碱式碳酸铝镁

[MgaAlb（OH）c（CO3）d·xH2O]常用作塑料阻燃剂。

（1）碱式碳酸铝镁具有阻燃作用，是由于其受热分解需吸收大量热量和 。

（2）[MgaAlb（OH）c（CO3）d·xH2O]中的a、b、c、d的代數关系式为 。

（3）为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：

①准确称取3.390g样品与足量稀盐酸充分反应，生成CO2 0.560L（已换算成标准状况下）；②另取一定量样品在空气中加热，样品的固体残留率（×100%）随温度的变化如图所示（样品在270℃时已完全失去结晶水，600℃以上残留固体为金属氧化物的混合物）。根据以上实验数据计算碱式碳酸铝镁样品中的n（OH-）：n（CO32-）（写出计算过程）。

例题分析及解答：（1）碱式碳酸铝镁[MgaAlb（OH）c（CO3）d·xH2O]受热分解最终生成MgO、Al2O3，MgO、Al2O3的熔点较高且都不燃烧，所以有阻燃作用，答案为：生成的产物具有阻燃作用。（2）化合物中各元素化合价的代数和为0，得2a+3b=c+2d；（3）n（CO2）=0.56/22.4 mol =2.50×10-2mol，m（CO2）=2.50×10-2mol×44g/mol=1.10g，在270℃～600℃之间，失去结晶水后的样品进一步受热分解生成CO2、H2O，m（CO2）+m（H2O）=3.390g×（0.7345 - 0.3702） = 1.235g，m （H2O）=1.235g - 1.10g =0.135g，n（H2O）= 0.135/18 mol =7.50×10-3mol，再根据氢原子守恒得n（OH-）=2n（H2O）=1.50×10-2mol，根据C原子守恒得n（CO32-）=n（CO2）=2.50×10-2mol，所以

n（OH-）∶n（CO32-）=1.50×10-2mol∶2.50×10-2mol=3∶5，答：碱式碳酸铝镁样品中的n（OH-）∶n（CO32-）=3∶5。

从例题中可以得出这样结论，“台阶题”是比较复杂的有关图像计算题，在限定时间内，不但要能正确分析出塑料阻燃剂碱式碳酸铝镁在加热的条件下，不同温度下应该发生的化学反应，还要正确认识图像，从图像“台阶”计算变化中水和二氧化碳的质量，从而理清解题思路。

二、“台阶题”的图像特点

“台阶题”图像的横坐标是温度，纵坐标是固体质量的残留率或质量。图像中的“台阶”一般都在三级以上，但一般不会超过四级，主要原因是少于三级题目难度过小，不能达到测试目的，如多于四级则又化工产品过于复杂，可能出现的化学反应学生不能推断出来，也不能达到测试目的。

例2（2015南京市学情调研题·部分）一水草酸钙（CaC2O4·H2O）可用作分离稀有金属的载体……

（3）为研究一水草酸钙的热分解性质，进行如下实验：准确称取36.50g样品加热，样品的固体残留率（■×100%）随温度的变化如下图所示。

①300℃时残留固体的成分为 ，900℃时残留固体的成分为 。②通过计算求出500℃时固体的成分及质量。（写出计算过程）

试题分析：CaC2O4·H2O第一步分解反应是：CaC2O4·H2O■CaC2O4+H2O，146g CaC2O4·H2O分解产生128g CaC2O4，样品的固体残留率是（128g÷146g）×100%=87.67%，所以在300℃时残留固体的成分为CaC2O4；CaC2O4·H2O■CaCO3+CO↑+ H2O，样品的固体残留率是（100g÷146g）×100%=68.49%，CaC2O4·H2O■CaO+CO2↑+CO↑+H2O。（56g÷146g） ×100%=38.36%，由此判断900℃时残留固体的成分为CaO；500℃时固体残留率是76.16%，由于87.67%>76.16%>68.49%，所以固体应为CaC2O4和CaCO3的混合物。开始CaC2O4·H2O的物质的量为n （CaC2O4·H2O）=36.50/146=0.25mol；设CaC2O4和CaCO3的物质的量分别是xmol和ymol，可得128x+100y=36. 50g×76.16%；根据Ca元素守恒，得x+y=0.25，解方程得x=0.1，y=0.15。m（CaC2O4）=0.1mol×128g/mol=12.8g；m（CaCO3）= 0.15mol ×100g/mol=15.0g。

从“台阶题”的图像看，第一“台阶”通常都是带结晶水的化工产品失去结晶水；最后“台阶”通常都是得到不能再受热分解的稳定氧化物；中间“台阶”也就是第二或第三“台阶”是加热温度由低到高过程的化学变化，这一过程是解题的难点。

三、“台阶题”解题策略

从“台阶题”化学定量计算来看，它能让学生“体会定量研究的方法对研究和学习化学的重要作用”（高中化学新课程标准）；它是从定量的角度分析化工物质的成份。这也就导致了在解题过程中必须用已有化学知识与实际有机相给合，理清思路，细心求解才能顺利答完试题。在解题过程中要从这几方面入手：一、审清题目。认清图像的坐标是具体物质的质量还是百分含量，明白试题目的要求，避免由于粗心大意导致计算结果错误；二、分析试题，通过已知、题示的所求结果，明白應当先求什么，后求什么，从整体把握解题的大致策略和方向，再发散思维在头脑中构建起解题具体方案；三、解题思路明确后，通过步骤的推断计算，得出所求结果。

四、在有可能的情况下检验结果，确保结果的正确性

例3硫酸铝铵[Ala（NH4）b（SO4）c·xH2O]又叫做明矾、宝石明矾，其相对分子质量为906，常用作净水剂和制造人工刚玉（γ-Al2O3），（1）[Ala（NH4）b（SO4）c·xH2O]中a、b、c的代数关系式为 。

（2）如图，硫酸铝铵受热最终分解为Al2O3、H2O、NH3和另外一种气体的分子式是 。

（3）为确定硫酸铝铵的组成，进行如下实验：

①准确称取4.530g样品与足量氯化钡溶液充分反应，生成白色沉淀4.660g。

②另取4.530g样品在空气中加热，样品的质量随温度的变化如图所示，根据以上实验数据计算硫酸铝铵的分子式。

解析：（1）依据元素化合价代数和为零，得3a+b=2c。

（2）硫酸铝铵受热最终分解为Al2O3、H2O、NH3和另外一种气体，反应前后元素化合价不变，则硫酸盐分解化合价也应不变为+6价，所以得到的气体为三氧化硫。

（3）根据硫酸铝铵晶体质量4.530g和相对分子质量906，计算出它物质的量0.005mol，后计算出反应后的沉淀为硫酸钡0.02mol，得到硫酸根离子物质的量，依据图像最后一“台阶”是氧化铝并计算得出其物质的量为0.005mol，结合化合价代数和为0 计算得到b，依据相对分子质量计算出x，据此确定化学式Al2（NH4）2（SO4）4·24H2O。

化学计算题的种类很多，其中“台阶题”计算题是比较难的一类题，它考查了学生对图像的认知能力，也考查了学生的计算能力，只要我们理解了它所表达的含义，就不难把它解出。

参与文献

[1] 江苏省教育考试院. 2017年江苏省普通高中学业水平测试（选修科目）说明[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2016：29