转化思维在高中化学解题中的应用——以元素及其化合物的复习为例

叶 雷

(甘肃省靖远县第二中学)

分析近几年的高考化学试题发现,考查的元素及其化合物知识并不是我们能从教材中直接获取的,而是需要将熟悉的元素知识与题干信息相结合,然后运用转化思维解答试题.因此,在元素及其化合物的复习中培养学生的转化思维,可有效提高解题效率.

1 在金属或非金属材料考查中的应用

近年来高考试题对学生实践能力的要求越来越高,题干信息多源于人们的生产、生活实际,对于金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料的考查是高考考查的热点.此类试题涉及的信息相对比较陌生,学生需要把陌生的信息转化为熟悉的化学知识才能准确地解答试题.

例12022年北京冬奥会不仅是体育竞技的平台,更是科技竞技的舞台,冬奥会期间使用了大量的新材料.下列属于金属材料的是().

分析本题结合热点新闻2022年冬奥会,考查学生对材料类别的认知能力,难度不大.从题图可知,本题考查的知识点是化学材料,聚硅氮烷树脂是学生不熟悉的,在分析时学生只需关注关键字“聚”“烷”“树脂”,如此便是学生熟悉的物质了.金属材料既包括金属单质,也包括合金,而且合金在人们日常生活中的应用较为广泛,选项A 中制造速滑冰刀的钛合金是合金的一种,属于金属材料;“飞扬”火炬中的聚硅氮烷树脂和可降解餐具中的聚乳酸材料都属于有机高分子材料中的合成材料,颁奖礼服中的石墨烯发热材料是无机非金属材料的一种.故本题选A 项.

2 在元素及其化合物性质考查中的应用

元素周期表中第ⅠA、ⅡA、ⅦA(卤族)及其他常见金属或非金属及其化合物是每年高考考查的热点,新课程改革和新高考制度实施后,试题的设置也多与以上物质相关,试题情境看似陌生,但应用的知识依然是学生熟悉的.学生在解答时,要先确定考查的方向,然后联想结构相似的常见单质及其化合物,将陌生物质转化为我们熟悉和了解的,最后依据“位构性”原理对试题进行分析解答.

例2铵明矾[NH4Al(SO4)2·12H2O]是分析化学常用的基准试剂,其制备过程如图1所示.下列分析不正确的是().

图1

A.过程Ⅰ发生的反应是2NH4HCO3＋Na2SO4＝2NaHCO3↓＋(NH4)2SO4

B.向铵明矾溶液中逐滴加入NaOH 溶液,先后观察到如下现象:刺激性气体逸出→白色沉淀生成→白色沉淀消失

C.检验滤液B中阴离子的试剂仅需BaCl2溶液

D.若省略过程Ⅱ,则铵明矾的产率明显降低

分析本题是常见的流程类试题,依托陌生物质铵明矾考查学生的分析问题和解决问题的能力.本题属于物质的制备题,流程中的基本实验操作是过滤和除杂,学生可把此流程转化为熟悉的侯氏制碱法和海水提纯工艺,由此对流程进行解读.过程Ⅰ发生的反应 为2NH4HCO3＋Na2SO4＝2NaHCO3↓＋(NH4)2SO4,选项A 正确.向铵明矾溶液中逐滴加入NaOH 溶液,先有Al(OH)3沉淀产生,后产生氨气,再后来NaOH 与Al(OH)3反应,白色沉淀消失,选项B 错误,符合题意.滤液B 为(NH4)2SO4和少量Na2SO4的混合溶液,阴离子为,且溶液呈酸性,所以检验滤液B 中阴离子的试剂仅需BaCl2溶液,选项C 正确.若省略过程Ⅱ,则滤液A 中少量的NaHCO3会与Al2(SO4)3发生双水解反应,使铵明矾的产率明显降低,选项D 正确.答案为B.

3 在物质制备实验考查中的应用

物质制备实验是高考对元素及其化合物考查的一种常见方式.试题涉及的物质的组成元素都是熟悉的,但物质本身对于学生来说好像是命题人“杜撰”的,给学生的解答造成了一定的困难.在平时的复习中,教师要注意引导学生对此类试题进行归纳总结,掌握此类试题的特点,并培养学生的知识迁移能力.

例3已知S4N4是重要的硫—氮二元化合物,室温下为橙黄色的固体,178～187 ℃时熔化并分解,可用NH3与SCl2反应制得.某同学用图2所示装置制取SCl2,然后制取S4N4.已知:SCl2为红棕色液体,有刺激性臭味,熔点为－78 ℃,沸点为60 ℃,易水解.

图2

实验步骤:①反应时先向装置C 中通入干燥的氯气,使硫粉与氯气在50 ℃下反应生成SCl2.

②待装置C 中的硫粉全部反应后,关闭B、C 之间的止水夹,撤掉装置A、B.

③连接制氨气的装置,通入氨气,反应制得S4N4.

试回答下列问题.

(1)仪器a的名称为_________.a中三氧化铬(产物中铬为＋3价)可与浓盐酸快速反应制备氯气,写出反应的离子方程式:________.

(2)装置B中选用的试剂为_________.

(3)向制得的SCl2中通入NH3,生成S4N4(S为＋2价,N 为－2价)的同时还生成一种常见固体单质和一种盐,写出反应的化学方程式:_________.所得产物分离后,如何检验所得盐中的阳离子,写出具体操作步骤和现象:_______.

分析本题考查的物质S4N4是较为陌生的,学生熟悉的是组成此物质的S元素和N 元素,在不知道要考查哪些知识前,学生要在大脑中思考2种元素的结构和性质,然后对信息和问题进行细致解读和分析.通过对试题的分析可知,本题的解答可转化为对元素性质的考查,运用元素周期表和元素周期律的相关知识解决问题.

(1)仪器a有支管,名称是蒸馏烧瓶.三氧化铬和浓盐酸可制备氯气,则三氧化铬是氧化剂,其中铬元素的化合价会降低,根据得失电子守恒可写出其反应的离子方程式为2CrO3＋12H＋＋6Cl－＝2Cr3＋＋3Cl2↑＋6H2O.(2)由信息可知,装置A 用于制取氯气,装置B用于干燥氯气,装置C 用于氯气和硫粉反应制取SCl2,故装置B中选用的试剂为浓硫酸.(3)由已知信息知,SCl2和NH3可反应生成S4N4、一种固体单质和一种盐,由S4N4中S元素和N 元素的化合价判断,在反应前后,S元素的化合价不变,N 元素的化合价由－3升为－2,则一定有元素的化合价是降低的,生成的固体单质是S,据此可写出反应的化学方程式为6SCl2＋16NH3＝S4N4＋2S＋12NH4Cl.由以上分析可知,所得产物中的阳离子是,检验方法为取少量固体于试管中,加入NaOH 溶液并加热,在试管口放置湿润的红色石蕊试纸,若试纸变为蓝色,则所得盐中的阳离子为

元素及其化合物知识是每年高考考查的热点和重点,很多化学知识都能与其结合进行考查,对学生的核心素养及思维能力要求较高,转化思维的应用可降低学生解答此类试题的难度,帮助学生轻松应对新高考制度改革带来的新变化,助力素养教学的开展和深化.

(完)