陜西 葛秋萍 楊春寧

一、試題再現(xiàn)

(2021·全國(guó)乙卷·26)(14分)磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3，為節(jié)約和充分利用資源，通過(guò)如圖1工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。

圖1

該工藝條件下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見表1：

表1

回答下列問(wèn)題：

(1)“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應(yīng)，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽，寫出Al2O3轉(zhuǎn)化為NH4Al(SO4)2的化學(xué)方程式：____________________。

(2)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時(shí)用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是________。

(3)“母液①”中Mg2+濃度為________mol·L-1。

(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最適合的酸是________?！八崛茉钡某煞质莀_______、________。

(5)“酸溶”后，將溶液適當(dāng)稀釋并加熱，TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是________________________。

(6)將“母液①”和“母液②”混合，吸收尾氣，經(jīng)處理得________，循環(huán)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、試題評(píng)析

1.創(chuàng)設(shè)熟悉試題情境，引導(dǎo)教學(xué)回歸基礎(chǔ)

試題以學(xué)生熟悉的鐵、鈣、鎂等元素的轉(zhuǎn)化來(lái)進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)，將元素化合物板塊的知識(shí)與化學(xué)反應(yīng)原理板塊的知識(shí)巧妙地融合起來(lái)，科學(xué)設(shè)置問(wèn)題，綜合考查學(xué)生對(duì)相關(guān)必備知識(shí)的掌握情況。題設(shè)問(wèn)題所考查的具體內(nèi)容如表2所示。

表2 題設(shè)問(wèn)題考查的具體內(nèi)容

由表2可知，學(xué)生若要準(zhǔn)確快速地解決這些問(wèn)題，不僅要扎實(shí)掌握Si、Al、Mg、Ca、Fe等元素及其化合物的性質(zhì)，還要能熟練運(yùn)用沉淀溶解平衡原理來(lái)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。尤其是26-5題，學(xué)生只要熟悉“人教版選修4化學(xué)反應(yīng)原理第58頁(yè)，TiCl4水解制備TiO2·xH2O”的方程式，通過(guò)類比和遷移，可分析推測(cè)出TiO2+水解析出TiO2·xH2O的離子方程式。因此，本題不僅能有效地考查學(xué)生對(duì)典型化合物的性質(zhì)、基本反應(yīng)類型、物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律、沉淀溶解平衡原理等基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，還能很好地引導(dǎo)中學(xué)教學(xué)，應(yīng)遵循教學(xué)規(guī)律，嚴(yán)格按照高考考查要求和教材進(jìn)行教學(xué)、復(fù)習(xí)和備考。

2.依據(jù)能力立意命題，強(qiáng)化學(xué)科關(guān)鍵能力

高考化學(xué)試題始終倡導(dǎo)能力立意，重視對(duì)學(xué)生學(xué)科關(guān)鍵能力與核心素養(yǎng)的考査。對(duì)于26題來(lái)說(shuō)，主要涉及以下兩個(gè)方面的關(guān)鍵能力的考查。

(1)突出獲取化學(xué)信息能力，有效考查理解與辨析能力

對(duì)信息的獲取、理解、辨析、加工和應(yīng)用是整個(gè)化學(xué)學(xué)科能力發(fā)展的基礎(chǔ)，26題通過(guò)化學(xué)工藝流程圖、表格、文字和數(shù)據(jù)等方式提供解題的必要信息，本題的呈現(xiàn)形式如表3所示，深入考查學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)信息的接受、吸收和整合等理解與辨析能力。這就要求學(xué)生必須認(rèn)真閱讀、理解、提取信息，并將這些信息與教材中所學(xué)的相關(guān)元素化合物的反應(yīng)規(guī)律、原理等知識(shí)進(jìn)行有效融合，才能作出正確的解答。

表3 26題中各問(wèn)題所呈現(xiàn)的信息載體

試題融合四種形式的信息依次呈現(xiàn)了從煉鐵高鈦爐渣中回收鈦、鋁、鎂等的工藝流程，根據(jù)高中學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展水平與高校人才選拔的要求設(shè)置了六道不同類型的問(wèn)題，以多種元素及其化合物的核心知識(shí)為依托，并融合難溶電解質(zhì)的溶解平衡原理及計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，充分考查了學(xué)生獲取、加工化學(xué)學(xué)科信息——閱讀、轉(zhuǎn)化、分析、應(yīng)用等理解與辨析能力。這一點(diǎn)與《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)和《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中強(qiáng)調(diào)的培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的可持續(xù)發(fā)展的學(xué)習(xí)能力的要求是一致的。

(2)創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，加強(qiáng)考查邏輯推理能力

本題基于真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)保情境，呈現(xiàn)從煉鐵高鈦爐渣中回收鈦、鋁、鎂等的工藝流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)合高中化學(xué)教學(xué)實(shí)際，提供相關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH信息，要求學(xué)生完成以下幾方面的問(wèn)題：綜合分析整個(gè)工藝流程，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)推理流程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，選擇符合要求的試劑及可循環(huán)利用的物質(zhì)；根據(jù)已知反應(yīng)物、生成物及物質(zhì)的性質(zhì)推測(cè)未知生成物、書寫陌生的非氧化還原化學(xué)方程式和離子方程式；根據(jù)“分步沉淀”時(shí)溶液的pH及金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH分析依次析出的金屬離子的種類；根據(jù)表格中已給數(shù)據(jù)計(jì)算Ksp[Mg(OH)2]，再結(jié)合溶液的pH計(jì)算母液①中Mg2+的濃度等工藝參數(shù)。問(wèn)題設(shè)置具有一定的融合性，在對(duì)學(xué)科思想、學(xué)科方法和學(xué)科思維的考查上超越了歷年試題的考查力度，所涉及的化學(xué)反應(yīng)情形更加復(fù)雜，促使學(xué)生進(jìn)行深度思考、推理與判斷，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生邏輯推理能力的考查。

3.依托學(xué)科必備知識(shí)，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)

工藝流程題本身就是在引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注化學(xué)與生活、生產(chǎn)和社會(huì)的關(guān)系，向?qū)W生傳達(dá)化學(xué)在創(chuàng)造更多物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富、滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需求等方面的重要價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。除此之外，本題依托化學(xué)學(xué)科必備知識(shí)，通過(guò)設(shè)置相關(guān)問(wèn)題巧妙地考查了《課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出的其中四個(gè)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，具體分析如表4所示。

表4 各問(wèn)題所融合的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

續(xù)表

4.加強(qiáng)核心價(jià)值引領(lǐng)，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)

本題以磁選后的煉鐵高鈦爐渣為原料采用一系列工藝流程回收金屬，選材設(shè)計(jì)非常注重廢棄資源的回收及綜合利用，展現(xiàn)化學(xué)變廢為寶的神奇魅力。通過(guò)對(duì)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”時(shí)試劑的選擇和濾渣分析、對(duì)可循環(huán)利用物質(zhì)(NH4)2SO4的分析，可形成合理使用化學(xué)品的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生牢固樹立綠色化學(xué)思想和環(huán)保理念。

三、學(xué)生答題情況分析

陜西省2021年參加理科綜合考試的考生總數(shù)為164 747人，筆者從兩個(gè)方面對(duì)全樣本考生的答題情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析。

1.一分一段得分情況統(tǒng)計(jì)及分析

為了解每一分?jǐn)?shù)段學(xué)生得分的具體情況，筆者對(duì)全樣本考生一分一段得分情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，具體情況如表5及圖2所示。

圖2 全樣本考生一分一段得分頻數(shù)曲線圖

此題的難度系數(shù)為0.515，說(shuō)明此題難度屬于中等。從表5和圖2中學(xué)生得分頻數(shù)的情況來(lái)看，此題學(xué)生得分的高分段(12分以上)占有率較低，優(yōu)生學(xué)生人數(shù)僅占考生總數(shù)的12.4%。

2.小題給分點(diǎn)得分情況統(tǒng)計(jì)及分析

為進(jìn)一步了解學(xué)生的具體答題情況，筆者對(duì)全體考生各小題得分情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)還訪談了筆者所在學(xué)校的200名考生，對(duì)這些考生答卷中存在的問(wèn)題進(jìn)行了歸類，具體情況如表6所示。

從表6中數(shù)據(jù)可知，本題突出表現(xiàn)的難點(diǎn)有四個(gè)空，具體分析出以下幾點(diǎn)：

(1)第一個(gè)難點(diǎn)：26題(3)

對(duì)于這道信息型Ksp的相關(guān)計(jì)算，從卷面上看，絕大多數(shù)考生未作答，究其原因有二：一是時(shí)間緊迫，考生做到化學(xué)大題時(shí)，考試時(shí)間已所剩不多；二是考生根本找不到解題思路，不會(huì)運(yùn)用數(shù)據(jù)信息，不知從何處入手去做。最終的結(jié)果就是部分考生遇到分值較低又不易計(jì)算的化學(xué)計(jì)算題時(shí)立即選擇放棄，部分考生雖來(lái)不及計(jì)算，但報(bào)著碰運(yùn)氣的想法，干脆直接將題中所給信息“沉淀完全時(shí)離子的濃度為1×10-5mol·L-1”作為答案。因此，26題(3)成了整套化學(xué)試卷中得分率最低的題。

(2)第二個(gè)難點(diǎn)：26題(4)第二個(gè)空

對(duì)于26題(4)第二個(gè)空，從筆者與考生的交流可知，部分考生鑒于時(shí)間緊迫，來(lái)不及考慮與分析題目，僅憑借平時(shí)做題時(shí)的感覺來(lái)答題；部分考生心情非常緊張，不能仔細(xì)審題，未能合理運(yùn)用題干中提供的有用信息；更多考生不能準(zhǔn)確地從宏觀上整體把握物質(zhì)的走向、微觀上具體分析物質(zhì)的存在形式。為了有效突破該難點(diǎn)，教師可引導(dǎo)學(xué)生用圖3所示的思維導(dǎo)圖來(lái)分析流程中各物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并養(yǎng)成在流程圖上書寫每一種物質(zhì)的良好習(xí)慣。

圖3 流程中各物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系

這樣不僅讓學(xué)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與模型，當(dāng)然也就避免了學(xué)生答不全或錯(cuò)答成H2SiO3、CaCO3等物質(zhì)的情況。

(3)第三個(gè)難點(diǎn)：26題(5)

從考生的答題情況來(lái)看，本題的失分原因有三個(gè)：少數(shù)考生遇到計(jì)量數(shù)為未知數(shù)的方程式，心生畏懼，直接放棄不做；部分考生在方程式中寫了與反應(yīng)無(wú)關(guān)的物質(zhì)；多數(shù)考生做題時(shí)游離于工藝流程之外，未考慮到溶液的酸堿性，配平方程式時(shí)，不假思索地在方程式的左側(cè)寫上了OH-，而將水寫在方程式的右側(cè)，錯(cuò)失了得分的機(jī)會(huì)，非?？上?。

(4)第四個(gè)難點(diǎn)：26題(6)

本題的絕對(duì)難度并不大，但難點(diǎn)在于，試題在命制時(shí)打破了可循環(huán)物質(zhì)的直接設(shè)問(wèn)方式，變換了設(shè)問(wèn)方式——“將母液①和母液②混合，吸收尾氣，經(jīng)處理得到的物質(zhì)可循環(huán)利用”，學(xué)生在審題時(shí)，并未注意到此變化。有考生乍一看到尾氣，就草率地將答案寫成了NH3；有考生只注意到了母液①，將答案錯(cuò)寫成(NH4)2SO4或(NH4)2SO4、氨水；也有考生只注意到了母液②，將答案錯(cuò)寫成H2SO4或H2SO4、CaSO4。這些考生都未認(rèn)識(shí)到在“焙燒”步驟中可循環(huán)利用的物質(zhì)應(yīng)該是母液①、②與尾氣反應(yīng)后所得的產(chǎn)物硫酸銨。

四、對(duì)化學(xué)教學(xué)的啟示

1.立足教材內(nèi)容，構(gòu)建學(xué)科思維模型

教材是高中化學(xué)教學(xué)的重要依據(jù)，是學(xué)生在高中階段需要掌握的必備知識(shí)、關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)的具體體現(xiàn)。不少高考試題的命題素材源于教材、高于教材，具有“題在教材外，理在教材內(nèi)”的特點(diǎn)。因此，在化學(xué)工藝流程的備考教學(xué)中，教師必須擺正教材在高考備考中的地位，立足教材內(nèi)容，以教材中氯堿工業(yè)、硅的制備的工藝流程、硫酸工業(yè)、硝酸工業(yè)、純堿工業(yè)(侯氏制堿法)、海水提鎂、海水提溴、海帶提碘、制玻璃、電鍍、金屬的提純、電冶金等真實(shí)的設(shè)計(jì)過(guò)程為依托，引導(dǎo)學(xué)生在分析這些物質(zhì)制備、分離的工藝過(guò)程中建立、形成分析化學(xué)工藝流程試題的如圖4所示的思維模型：首先了解原料和目標(biāo)產(chǎn)物——確立主角；其次抓住中心元素的變化方向，了解流程中每一步發(fā)生了什么核心反應(yīng)——知其然；最后根據(jù)反應(yīng)或?qū)嶒?yàn)過(guò)程，弄清有關(guān)操作的目的——知其所以然。讓學(xué)生形成條理化的思維線索、熟練化的基本技能和可視化的學(xué)科方法，提高解題效率、解題質(zhì)量和解題能力。避免學(xué)生徹底拋開教材，完全依賴教輔資料，隨意搞“深、難、偏”的題海戰(zhàn)術(shù)。

圖4 分析化學(xué)工藝流程試題的思維模型

2.用好高考試題，提升學(xué)科關(guān)鍵能力