從課后習題到高考考題的研究
——以工藝流程題為例

■湖南省長沙縣實驗中學1502班 周軼軒(指導老師:黃景華)

從課后習題到高考考題的研究
——以工藝流程題為例

■湖南省長沙縣實驗中學1502班 周軼軒(指導老師:黃景華)

筆者在學習中發現,2012年新課標全國卷第27題第(1)小題:“實驗室中常用來制備氯氣的化學方程式為____。”其答案就在人教版《化學1·必修》第88頁第14題的題干中。還有,2013年新課標全國卷第28題第(1)小題:“Al2O3是合成氣直接制備二甲醚反應催化劑的主要成分之一。工業上從鋁土礦制備較高純度Al2O3的主要工藝流程是____(以化學方程式表示)。”這與人教版《化學2·必修》第93頁第6題的(1)~(3)小題完全相同,調查的數據卻顯示:當年考生答這小題的效果是不盡如人意的。這值得深思,研究課后習題一定能夠獲得一些重要的啟示。

2017年高考考綱明確刪除了“化學與技術”的選考題,這是否就意味著今后的高考一定不會考查工藝流程題呢?筆者覺得高考理綜卷的第27題或第28題很有可能會涉及工藝流程,因為人教版《化學2·必修》第106頁課后習題的第9題,堪稱為今后高考工藝流程題的絕佳范例,它觸及了歷年高考中這類題型對考生的思維品質和多方面能力的要求,值得深入鉆研和細細品味。

題目:鹵塊的主要成分是MgCl2,此外還含Fe3+、Fe2+和Mn2+等離子。若以它為原料按如下所示工藝流程進行生產,可制得輕質氧化鎂。

若要求產品盡量不含雜質,而且生產成本較低,請根據表1和表2提供的資料,填寫空白:

表1 生成氫氧化物沉淀的pH

※Fe2+氫氧化物呈絮狀,不易從溶液中除去,所以,常將它氧化為Fe3+,生成Fe(OH)3沉淀除去。

表2 原料價格表

(1)在步驟②中加入的試劑X,最佳的選擇是____,其作用是____。

(2)在步驟③中加入的試劑應是____;之所以要控制pH=9.8,其目的是____。

(3)在步驟④中加入的試劑Z應是____。

(4)在步驟⑤中發生的反應是____。

解題思路賞析:這是一道非常側重遷移運用所學知識與能力,而幾乎沒有什么工業技術含量的很經典的工藝流程題,解題思路賞析如下:

要求從“表1”挖掘出:(1)須加入合適的氧化劑將Fe2+氧化為Fe3+,再通過調節pH至大于3.7而生成Fe(OH)3沉淀除去。(2)須調節pH≥9.8除去Mn2+。(3)為了不讓Mg2+隨著Fe3+和Mn2+一起沉淀而造成產品損失,最好將pH控制在9.6以內。(4)由于題干要求“產品盡量不含雜質”,所以流程圖中的步驟③將pH調節至9.8。從而可知,流程圖中的X是氧化劑(“表2”中的漂液或雙氧水),Y是調節pH的藥品(“表2”中的燒堿或純堿)。

“表2”提供了四種藥品的價格,必然是為考查降低生產成本提供的素材,但切忌進入只顧省錢,而忽略了除雜效果的死胡同,不然,后面的很多問題都將會答錯。欲求全對,必須嚴密審題,并調動已有知識結合工藝流程綜合分析。題干明示“MgCl2是主要成分”,這言外之意便是Fe3+、Fe2+和Mn2+的含量都很低,若為了除去它們而使用較貴的藥品時,只要除雜的效果遠遠好于較便宜的藥品,那也得使用較貴的藥品,因為雜質量少,對貴藥品的需要量也少,這依然是在節約生產成本。

由于作氧化劑時,1molNaClO和1molH2O2都轉移2mol電子,但NaClO的價格遠遠低于H2O2的價格,且使用NaClO對后續工藝流程不會產生影響,所以X是NaClO。較貴的NaOH和較便宜的Na2CO3都能調節溶液的pH至9.8,若Y為便宜的Na2CO3,可是MgCO3為微溶物,會有較多的Mg2+也會隨Fe3+和Mn2+一并被除去,這將造成輕質MgO的產率極低,生產成本不降反升,所以,Y應為較貴的NaOH。雖然NaOH較貴,但Fe3+和Mn2+雜質的量很少,對NaOH的需要量也很少,這并不會花費很多的錢。加Z是使濾液中的Mg2+轉化為沉淀,NaOH和Na2CO3也都能做到,但Mg2+的量很多,對它們的需求量也會很大,此時應該優先考慮生產成本的問題,所以Z應為Na2CO3。步驟⑤是屬于《化學2·必修》暫時沒有學習的“鹽類的水解”新知識,結合前面的推導和流程圖,還是能夠寫出步驟⑤中發生反應的化學方程式。

答案:(1)漂液NaClO 使Fe2+氧化為Fe3+

(2)NaOH 使Mg2+以外的雜質轉化成氫氧化物沉淀除去

(3)Na2CO3

(4)MgCO3+H2O△??Mg(OH)2↓+ CO2↑

研究啟示:通過仔細研究本題,筆者認為今后高考中的工藝流程題,將會以工藝流程圖為形式,實則考查考生的化學實驗基本素養,重心會落在對化學反應原理的考查,以達到提升這類考題功能的目的。在備考階段,要特別重視提高以下幾方面的能力:(1)學會看工藝流程圖,能夠帶著設問讀懂工藝流程圖中的一些關鍵步驟;(2)熟練掌握物質的分離、提純等基本實驗操作;(3)綜合分析與運用經濟效益,做到“真省錢”;(4)靈活遷移化學反應原理知識,使思維更有深度。

(責任編輯 謝啟剛)

《高考化學測試題》參考答案及評分標準

一、選擇題(每小題6分,共42分)

1.A 2.A 3.A 4.C 5.D 6.D 7.D二、非選擇題

8.(16分)

(1)Al SO2KAlO2(6分)

(3)a.減少SO2對環境的污染 b.可以使原料利用率得到提高 c.副產品可作化肥,社會需求量大(共2分,答出其中兩點即可)

(4)2Al+2KOH+2H2O??2KAlO2+ 3H2↑(2分)

H2O2+SO2??H2SO4(2分)

9.(6分)

(1)Cu2O+2Fe3++2H+??2Cu2++ 2Fe2++H2O(2分)

10.(16分)

②Na2S2O3在酸性溶液中不能穩定存在(2分) 打開K2,關閉K1(2分)

③漏斗、玻璃棒、燒杯(2分)

④NaOH(2分)

在C中的反應停止后,吸收A中產生的多余SO2,防止空氣污染(2分)

(2)①加入最后一滴I2標準溶液后,溶液變藍,且半分鐘內顏色不改變(2分)

②90.2%(2分)

11.(20分)

(1)放熱(3分)

(2)1.42×10-4mol·L-1·s-1(3分) 5000(mol·L-1)-1(3分)

(3)C、D(3分) (4)③②①(3分)

(5)-746.5(3分) (6)<(2分)