研究高考命题思路 厘清备考复习方向——以2022年全国乙卷理综第26题为例

苏永平 冯新平

(1.甘肃省兰州市教育科学研究所 2.甘肃省兰州市第27中学)

工艺流程题通常以工业生产流程为载体考查学生对核心元素化合物知识、物质分离提纯、化学反应条件的调控、化学原理在实际生产中应用等必备知识的掌握和应用,从而考查学生的关键能力、核心素养发展水平,是高考必考热点题型.笔者通过对2022年全国高考乙卷理综化学试题中工艺流程题命题意图的分析、解题思路的梳理以及答题过程中常见错误的原因剖析,全面把握工艺流程题的命题趋势,为工艺流程题的解题突破、科学备考提供优化思路.

1 原题呈现

例(2022年全国乙卷)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO 和Pb,还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等.为了保护环境、充分利用铅资源,通过图1所示流程实现铅的回收.

图1

一些难溶电解质的溶度积常数如表1所示.

表1

一定条件下,一些金属氢氧化物沉淀时的pH 如表2所示.

表2

回答下列问题:

(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为________,用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因_________.

(2)在“脱硫”中,加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化,原因是_________.

(3)在“酸浸”中,除加入醋酸(HAc),还要加入H2O2.

(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是________;

(ⅱ)H2O2促进了金属Pb 在醋酸中转化为Pb(Ac)2,其化学方程式为________;

(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2,H2O2的作用是_________.

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

(5)“沉铅”的滤液中,金属离子有_________.

2 命题意图分析

《中国高考考试评价体系》指出:高考命题应遵循“一核、四层、四翼”的指导思想,情境设计要突出情境的真实性、育人功能,立意要突出以知识为载体,设问要强调真实问题的解决.

纵观近几年工艺流程题的命题思路,试题通常以自然资源利用、废弃物的回收再利用、有毒有害的化学废弃物的处理等为环保情境素材,将物质转化、物质分离、产品提纯、反应条件控制、反应条件优化、绿色化学等核心知识融合于真实的工艺流程中,让学生解决流程中所蕴含的基础性、综合性、应用性、创新性问题,测试学生理解与辨析、分析与推测、归纳与论证、探究与创新能力及核心素养的发展水平.

例如,2022年全国高考乙卷试题情境设计以“废旧铅蓄电池的铅膏中Pb的回收利用”为素材,彰显化学在解决废弃物处理、资源再利用、环境保护等方面的社会应用价值,落实科学态度与社会责任的育人价值.基于高考评价体系“一核、四层、四翼”视角下试题特征分析如表3所示.

表3

从试题的情境设计看:突出体现了化学学科在解决实际问题、资源重新利用、保护环境等方面的重要价值,弘扬了学科主流价值,具有良好的育人价值.从考查知识来看:考查了Pd、Fe、Al、Ba单质及化合物的性质与转化关系,HAc和H2O2的性质、难溶物质的转化及沉淀溶解平衡移动原理的应用等必备知识.从试题的立意看:突出体现能力、素养立意,考查运用已有化学知识获取流程信息,分析数据信息解决问题的能力,从而达到测试化学学科素养水平进阶的目标.

3 解题思路分析

1)阅读题干信息,知道原料铅膏的成分为PbSO4、PbO2、PbO 和Pb,还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物,最终目标产物为PbO.

2)结合题中信息和流程中物质转化关系,分析出每步转化过程中主要发生的反应、滤液、滤渣的成分.根据向铅膏中加入Na2CO3溶液进行“脱硫”及表格提供的Ksp数据分析得出PbSO4转化为PbCO3,PbO2、PbO和Pb不变,Ba的盐及氧化物转化为BaCO3、BaSO4,Fe、Al的盐或氧化物转化为氢氧化物或仍为氧化物.向所得固体中加入醋酸、过氧化氢进行酸浸,PbCO3、PbO2、PbO和Pb会溶解转化为Pb(Ac)2,BaCO3会溶解.依据“酸浸”后溶液的pH约为4.9可知能沉淀出Al3＋、Fe3＋,依据Fe(OH)2、Pb(OH)2开始沉淀和完全沉淀的pH 范围交叉关系,得出沉淀分离前需将Fe2＋氧化为Fe3＋后再沉淀,因此“酸浸”后的滤渣为Fe(OH)3、Al(OH)3.

3)依据设问解答.

4 试题解析

(1)依据PbCO3、PbSO4的Ksp大小关系,得出PbSO4转化反应的离子方程式为

说明该反应正向进行的程度有限,因此加入Na2CO3不能使“铅膏”中的BaSO4完全转化.

(3)(ⅰ)Fe2＋有还原性,过氧化氢有氧化性,会被氧化为Fe3＋.

(ⅱ)过氧化氢促进金属Pb在醋酸溶液中转化为Pb(Ac)2,依据信息推断书写反应的化学方程式为Pb＋H2O2＋2HAc＝Pb(Ac)2＋2H2O.

(ⅲ)过氧化氢也能使PbO2转化为Pb(Ac)2,铅元素化合价由＋4价降低到＋2价,PbO2是氧化剂,则过氧化氢是还原剂.

(4)酸浸后溶液pH 约为4.9,依据金属氢氧化物沉淀时的pH 可知,滤渣主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3.

(5)根据流程及物质分离过程推理分析可知:Fe3＋、Al3＋转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,Pb转化为Pb(OH)2,最终变为PbO,因此“沉铅”的滤液中,金属离子有Ba2＋和加入Na2CO3、NaOH 时引入的Na＋.

5 常见易错点及错因分析

主要失分点为:(1)沉淀转化方程式的书写;(2)原因解释;(3)陌生方程式的书写;(4)沉淀判断不完全,容易漏选;(5)漏写Ba2＋.具体易错点统计与错因分析如表4所示.

表4

6 复习备考导向

6.1 关注试题命题立意的变化,转变复习备考理念

从2022年全国乙卷试题命题的立意可以看出:高考命题已从“知识立意”向“能力素养立意”转变.高考已经不再只考查已具备什么知识,而是考查运用已有知识能解决哪些问题的能力.试题通过利用已有知识解决真实问题的情境,考查学生的自主学习能力、信息素养能力、学科核心素养发展水平.例如第26题第(1)问不是考查Ksp的含义、表达式、计算等“静态”的知识,而是考查利用Ksp解决脱硫中沉淀转化问题,同时通过数据分析、归纳论证分析沉淀转化原因,考查“知其然,知其所以然”的深层次的关键能力.复习备考启示:对化学知识复习巩固不是日复一日的重复,仅仅停留在“机械背诵记忆、题海训练、机械刷题”的层面,复习重点要更多地关注必备知识储存、知识结构化的建构、关键能力的培养上,关注运用所学知识解决真实情境下的实际问题,在真实问题的解决中巩固知识、应用知识、发展能力和素养.例如对Ksp的复习不但要知道Ksp可以计算离子浓度、判断难溶物的转化,还要对计算结果、难溶物转化的实质进行科学合理的分析,进而去解决真实的化学问题.

6.2 重视知识的结构化,促进认知思路和认知观念的结构化的建构

2022年全国乙卷第26题通过常见无机物的转化及应用考查考生对物质之间转化本质的理解和应用.备考时要关注将零散的、碎片化的元素化合物知识通过物质类别、价态变化、物质转化的视角自主构建成结构化的知识体系,要发挥“价类二维、氧化还原反应、离子反应”等核心概念原理对构建元素化合物体系的“关联”作用,增强对知识系统性的认知,提升元素化合物知识的认知思路和认知观念的结构化水平,最终提炼出解决相关问题的思维模型.例如第(3)问就是运用氧化还原反应原理,分析解决物质之间的转化问题,解题过程中考生要从熟悉的“铁三角”转化关系中抽取认知思路,然后通过迁移建构出不同价态物质认知结构化的思维模型,然后应用结构化的思维模型解决Pb 与H2O2、HAc反应方程式的书写以及H2O2与PbO2作用分析等问题.知识结构化、认知思维结构化模型示例如图2所示.

图2

6.3 注重信息素养的训练,强化对学生关键能力的培养

高考试题注重考查学生获取信息、整合信息、应用信息分析解决问题等能力的考查,特别注重基于获取事实证据、科学推理归纳形成结论的能力考查.高考工艺流程题通常以文字、图表、曲线、数据、转化关系图等形式呈现解题信息,要求学生通过自主阅读,获取信息、整合信息,与所学知识发生关联,分析解决实际问题.例如解答第26题最大的障碍在于“读不懂流程、不会利用数据分析解决问题,不会通过严密的逻辑推理、归纳论证形成解决问题的思路”.所以在高考复习备考过程中要注意强化信息素养的训练,如可以通过读教材、析教材、挖教材等途径,通过对教材中的有关图表数据的分析推理、模型图形认知、表格的解读、曲线的数学分析、模型实物的深度分析等方式,强化学生读取有用信息、整合关键信息、应用信息解决问题的能力,从而提高“理解与辨析、分析与推测、归纳与论证、创新与探究”等关键能力.在解读教材中的化学知识和信息时要重视对真实问题的解决,在解决真实问题的过程中发展学生高阶思维能力.在复习知识的过程中,切忌从“静态的知识到知识”照搬复制,要以知识为载体发展关键能力和学科核心素养,实现从“过分关注结果和结论的记忆复制”向“真实问题解决过程和思维发展进阶”的复习思维模式的转变.

6.4 强化题组训练,关注外显思维过程的认知思维模型提炼

高考命题指导思想强调命题要“减少机械的、重复的、大量刷题”的现象.高考复习要针对不同的核心知识、核心概念原理设计专题复习,要选择在知识能力素养考查方面具有针对性、典型性、创新性的高考真题、模拟题形成题组,进行针对性、系统性强化训练.训练目的重点要放在知识的深化理解、迁移应用和关键能力的提升、高阶思维的发展上.不要就题练题、就题讲题、搞题海训练、刷题战术.训练内容要贯彻“精选精练、精讲精评”的原则,训练过程要关注试题信息获取、整合、应用,关注解题思路与模型提炼,帮助学生建立外显能力素养的认知思维模型.例如,对于工艺流程题训练复习可以建立图3所示的认知思维模型.

图3

在此基础上利用化学基础知识和基本原理分析或选择反应条件、推测实际工艺流程过程的操作意图,实现对最终产品的制取,学生有了这样的认知思维模型和分析方法,利用工业流程中“主线主产品、副线副产品、环线循环利用品”的分析原则,就能快速破解工艺流程、形成有效的解题思路.解题训练时不要过多关注结果的错与对,要关注解题过程中如何读题获取关键信息,如何破题建立问题与知识的联系,如何规范表述解题过程与结论,如何提炼建构解题思维模型.只有这样的训练,才能达到触类旁通、举一反三、事半功倍的效果.

(完)