2021年高考理科综合全国乙卷化学第26题评析及教学启示

陕西 葛秋萍 杨春宁

一、试题再现

(2021·全国乙卷·26)(14分)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3，为节约和充分利用资源，通过如图1工艺流程回收钛、铝、镁等。

图1

该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见表1：

表1

回答下列问题：

(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐，写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式：____________________。

(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是________。

(3)“母液①”中Mg2+浓度为________mol·L-1。

(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是________。“酸溶渣”的成分是________、________。

(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是________________________。

(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。

(2)Fe3+、Al3+、Mg2+(3分)

(3)10-6(2分)

(4)H2SO4(1分) SiO2CaSO4(2分)

(6)(NH4)2SO4(2分)

二、试题评析

1.创设熟悉试题情境，引导教学回归基础

试题以学生熟悉的铁、钙、镁等元素的转化来进行工艺流程设计，将元素化合物板块的知识与化学反应原理板块的知识巧妙地融合起来，科学设置问题，综合考查学生对相关必备知识的掌握情况。题设问题所考查的具体内容如表2所示。

表2 题设问题考查的具体内容

由表2可知，学生若要准确快速地解决这些问题，不仅要扎实掌握Si、Al、Mg、Ca、Fe等元素及其化合物的性质，还要能熟练运用沉淀溶解平衡原理来进行相关计算。尤其是26-5题，学生只要熟悉“人教版选修4化学反应原理第58页，TiCl4水解制备TiO2·xH2O”的方程式，通过类比和迁移，可分析推测出TiO2+水解析出TiO2·xH2O的离子方程式。因此，本题不仅能有效地考查学生对典型化合物的性质、基本反应类型、物质转化的基本规律、沉淀溶解平衡原理等基础知识的掌握程度，还能很好地引导中学教学，应遵循教学规律，严格按照高考考查要求和教材进行教学、复习和备考。

2.依据能力立意命题，强化学科关键能力

高考化学试题始终倡导能力立意，重视对学生学科关键能力与核心素养的考査。对于26题来说，主要涉及以下两个方面的关键能力的考查。

(1)突出获取化学信息能力，有效考查理解与辨析能力

对信息的获取、理解、辨析、加工和应用是整个化学学科能力发展的基础，26题通过化学工艺流程图、表格、文字和数据等方式提供解题的必要信息，本题的呈现形式如表3所示，深入考查学生对数据信息的接受、吸收和整合等理解与辨析能力。这就要求学生必须认真阅读、理解、提取信息，并将这些信息与教材中所学的相关元素化合物的反应规律、原理等知识进行有效融合，才能作出正确的解答。

表3 26题中各问题所呈现的信息载体

试题融合四种形式的信息依次呈现了从炼铁高钛炉渣中回收钛、铝、镁等的工艺流程，根据高中学生的学科素养发展水平与高校人才选拔的要求设置了六道不同类型的问题，以多种元素及其化合物的核心知识为依托，并融合难溶电解质的溶解平衡原理及计算的相关知识，充分考查了学生获取、加工化学学科信息——阅读、转化、分析、应用等理解与辨析能力。这一点与《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)和《中国高考评价体系》中强调的培养学生终身学习的可持续发展的学习能力的要求是一致的。

(2)创设真实问题情境，加强考查逻辑推理能力

本题基于真实的生产环保情境，呈现从炼铁高钛炉渣中回收钛、铝、镁等的工艺流程中的关键环节，结合高中化学教学实际，提供相关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH信息，要求学生完成以下几方面的问题：综合分析整个工艺流程，根据物质的性质推理流程中的物质转化关系，选择符合要求的试剂及可循环利用的物质；根据已知反应物、生成物及物质的性质推测未知生成物、书写陌生的非氧化还原化学方程式和离子方程式；根据“分步沉淀”时溶液的pH及金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH分析依次析出的金属离子的种类；根据表格中已给数据计算Ksp[Mg(OH)2]，再结合溶液的pH计算母液①中Mg2+的浓度等工艺参数。问题设置具有一定的融合性，在对学科思想、学科方法和学科思维的考查上超越了历年试题的考查力度，所涉及的化学反应情形更加复杂，促使学生进行深度思考、推理与判断，加强对学生逻辑推理能力的考查。

3.依托学科必备知识，落实学科核心素养

工艺流程题本身就是在引导学生关注化学与生活、生产和社会的关系，向学生传达化学在创造更多物质财富和精神财富、满足人民日益增长的美好生活需求等方面的重要价值，培养学生科学态度与社会责任的学科核心素养。除此之外，本题依托化学学科必备知识，通过设置相关问题巧妙地考查了《课程标准》中提出的其中四个化学学科核心素养，具体分析如表4所示。

表4 各问题所融合的化学学科核心素养

续表

4.加强核心价值引领，落实立德树人根本任务

本题以磁选后的炼铁高钛炉渣为原料采用一系列工艺流程回收金属，选材设计非常注重废弃资源的回收及综合利用，展现化学变废为宝的神奇魅力。通过对“水浸渣”在160 ℃“酸溶”时试剂的选择和滤渣分析、对可循环利用物质(NH4)2SO4的分析，可形成合理使用化学品的意识，促进学生牢固树立绿色化学思想和环保理念。

三、学生答题情况分析

陕西省2021年参加理科综合考试的考生总数为164 747人，笔者从两个方面对全样本考生的答题情况进行了统计与分析。

1.一分一段得分情况统计及分析

为了解每一分数段学生得分的具体情况，笔者对全样本考生一分一段得分情况进行了统计分析，具体情况如表5及图2所示。

图2 全样本考生一分一段得分频数曲线图

此题的难度系数为0.515，说明此题难度属于中等。从表5和图2中学生得分频数的情况来看，此题学生得分的高分段(12分以上)占有率较低，优生学生人数仅占考生总数的12.4%。

2.小题给分点得分情况统计及分析

为进一步了解学生的具体答题情况，笔者对全体考生各小题得分情况进行了统计分析，同时还访谈了笔者所在学校的200名考生，对这些考生答卷中存在的问题进行了归类，具体情况如表6所示。

从表6中数据可知，本题突出表现的难点有四个空，具体分析出以下几点：

(1)第一个难点：26题(3)

对于这道信息型Ksp的相关计算，从卷面上看，绝大多数考生未作答，究其原因有二：一是时间紧迫，考生做到化学大题时，考试时间已所剩不多；二是考生根本找不到解题思路，不会运用数据信息，不知从何处入手去做。最终的结果就是部分考生遇到分值较低又不易计算的化学计算题时立即选择放弃，部分考生虽来不及计算，但报着碰运气的想法，干脆直接将题中所给信息“沉淀完全时离子的浓度为1×10-5mol·L-1”作为答案。因此，26题(3)成了整套化学试卷中得分率最低的题。

(2)第二个难点：26题(4)第二个空

对于26题(4)第二个空，从笔者与考生的交流可知，部分考生鉴于时间紧迫，来不及考虑与分析题目，仅凭借平时做题时的感觉来答题；部分考生心情非常紧张，不能仔细审题，未能合理运用题干中提供的有用信息；更多考生不能准确地从宏观上整体把握物质的走向、微观上具体分析物质的存在形式。为了有效突破该难点，教师可引导学生用图3所示的思维导图来分析流程中各物质间的转化关系，并养成在流程图上书写每一种物质的良好习惯。

图3 流程中各物质间的转化关系

这样不仅让学生掌握了分析流程的方法，更建立了程序化分析流程的思路与模型，当然也就避免了学生答不全或错答成H2SiO3、CaCO3等物质的情况。

(3)第三个难点：26题(5)

从考生的答题情况来看，本题的失分原因有三个：少数考生遇到计量数为未知数的方程式，心生畏惧，直接放弃不做；部分考生在方程式中写了与反应无关的物质；多数考生做题时游离于工艺流程之外，未考虑到溶液的酸碱性，配平方程式时，不假思索地在方程式的左侧写上了OH-，而将水写在方程式的右侧，错失了得分的机会，非常可惜。

(4)第四个难点：26题(6)

本题的绝对难度并不大，但难点在于，试题在命制时打破了可循环物质的直接设问方式，变换了设问方式——“将母液①和母液②混合，吸收尾气，经处理得到的物质可循环利用”，学生在审题时，并未注意到此变化。有考生乍一看到尾气，就草率地将答案写成了NH3；有考生只注意到了母液①，将答案错写成(NH4)2SO4或(NH4)2SO4、氨水；也有考生只注意到了母液②，将答案错写成H2SO4或H2SO4、CaSO4。这些考生都未认识到在“焙烧”步骤中可循环利用的物质应该是母液①、②与尾气反应后所得的产物硫酸铵。

四、对化学教学的启示

1.立足教材内容，构建学科思维模型

教材是高中化学教学的重要依据，是学生在高中阶段需要掌握的必备知识、关键能力和核心素养的具体体现。不少高考试题的命题素材源于教材、高于教材，具有“题在教材外，理在教材内”的特点。因此，在化学工艺流程的备考教学中，教师必须摆正教材在高考备考中的地位，立足教材内容，以教材中氯碱工业、硅的制备的工艺流程、硫酸工业、硝酸工业、纯碱工业(侯氏制碱法)、海水提镁、海水提溴、海带提碘、制玻璃、电镀、金属的提纯、电冶金等真实的设计过程为依托，引导学生在分析这些物质制备、分离的工艺过程中建立、形成分析化学工艺流程试题的如图4所示的思维模型：首先了解原料和目标产物——确立主角；其次抓住中心元素的变化方向，了解流程中每一步发生了什么核心反应——知其然；最后根据反应或实验过程，弄清有关操作的目的——知其所以然。让学生形成条理化的思维线索、熟练化的基本技能和可视化的学科方法，提高解题效率、解题质量和解题能力。避免学生彻底抛开教材，完全依赖教辅资料，随意搞“深、难、偏”的题海战术。

图4 分析化学工艺流程试题的思维模型

2.用好高考试题，提升学科关键能力