淺析學科核心素養下的初中化學除雜問題

蔣晨

除雜問題是初中化學學習中不可或缺的重點，也是教學中的難點，多年來各省、市的中考試題都以各種形式呈現了這部分知識點;在近幾年的全國高考試題中更是有多種形式的題型呈現除雜思維，例如工藝流程題、實驗題等。

由于初中知識結構的局限性，大部分師生的思維已固化，認為除雜即通過化學、物理方法將雜質除去，需保留的物質不能被反應。如人教版九年級下冊13頁習題6：除去FeCl2溶液中的雜質CuCl2，利用初中的除雜思維模型，教師一般的講解方式是將過量鐵粉加入混合溶液中，充分反應后，過濾，所得濾液即FeCl2溶液。根據以上例題，學生學習了第一種除雜模型——將雜質通過化學、物理方法除去，與需保留的物質分離。但在高中的除雜思維卻可以先將需保留的物質通過化學反應轉化為易與雜質分離的物質，繼續將雜質通過化學、物理方法除去，最后再將需保留的物質還原出來即可。如在普通高中課程標準實驗教科書化學必修1中第81頁第9題：從硅的氧化物可以制取硅單質，主要化學反應如下：粗硅的制?。篠iO2（石英砂）+2C高溫 Si（粗硅）+2CO↑ 由粗硅制純硅（常用方法）Si（粗）+2Cl2 SiCl4

SiCl4+2H2高溫Si（純）+4HCl，不難發現第二個化學方程式將要保留的Si先反應成了SiCl4，這樣就將Si與雜質分離了，再通過第三個化學方程式將SiCl4轉化回純硅。根據以上例題，充分利用了第二種除雜模型——將需保留的物質先轉化為易分離的物質，待雜質除去后，再將需保留的物質轉化回來。初、高中的除雜思維有著明顯的差異，初中建立的除雜模型已有一定的局限性;隨著中、高考試題的變革與創新，初中師生固化了的思維應該被打破了，應該多幫助學生建立多樣化的認知模型。

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中指出，化學學科核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”5個方面。對于除雜問題而言，多種解題思路正體現出化學學科核心素養對學生綜合素質的要求。

一、核心素養在除雜問題中的具體體現

素養1：宏觀辨識與微觀探析

無論是初中學生還是高中學生，對于除雜問題，解題思維都要求學生能從元素和原子、分子水平認識物質的組成、結構、性質和變化，能分析出需保留物質與雜質的組成、結構、性質，區分出物質之間的差別，并利用其特性將其分離開來。

素養2：變化觀念與平衡思想

如上所述，除雜問題更多的是利用了化學變化來除去雜質，這就要求學生能認識到物質是運動和變化的，知道化學變化需要一定的條件，并遵循一定規律;能多角度、動態地分析化學變化，運用化學反應原理解決除雜問題。

素養3：證據推理與模型認知

要求學生具有證據意識，能給予證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽，這一點通過中、高考中的工藝流程題、實驗題等得到了很好的體現。該素養中要求學生能通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要求及其相互關系，建立認知模型。在基礎教育階段，這也是對老師們的要求，幫助學生建立一些認知模型，后期學生才有可能自己完善認知模型，甚至不破不立，自己建立一些認知模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。例如除雜問題就有上文中的兩種認知模型。

素養4：科學探究與創新意識

科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動，能發現和提出有探究價值的問題是科學探究的主要目的;在許多實際工藝流程中都運用了除雜的思想，比如工業上如何從石英砂中提取中高純硅;科學探究也從“陌生”情景變成了解決生活實際問題，比如探究生活中常見的紅磚粉末是否能催化過氧化氫溶液分解。聯系實際問題，更加體現了化學的學科價值;創新意識不是單純的異于常態，一定是基于對有研究價值、能解決實際問題的質疑、實踐，依據探究目的，運用多種方法進行實驗探究，善于合作，勇于創新。

素養5：科學態度與社會責任

要求學生具有安全意識和嚴謹求實的科學態度，具有探索未知、崇尚真理的意識。很多實際問題可能和課本上的知識有不同的解決方法，比如工業上利用石灰石或大理石制取精細碳酸鈣，從課本上我們學習到這兩種物質的組成是相同的，但實際上卻要通過多個化學反應才能得到產品;這說明僅通過課本上的簡單知識解決實際問題是不夠的，還要具有嚴謹求實的科學態度，不斷探索，勤于實踐。

二、除雜模型在中、高考試題中的呈現及對教學的啟示

綜上所述，鑒于這兩種除雜模型對我們初中教學有什么樣的啟示呢？

根據人教版義務教育教科書九年級下冊化學教材第13頁第6題，學生學習了第一種除雜模型——將雜質通過化學、物理方法除去，與需保留的物質分離。在普通高中課程標準實驗教科書化學必修1中第81頁第9題，充分利用了第二種除雜模型——將需保留的物質先轉化為易分離的物質，待雜質除去后，再將需保留的物質轉化回來。如若在初中教學中僅僅讓學生接觸第一種除雜模型，甚至固化——有且僅有這一種除雜模型，那么可能大部分學生進入高中學習后都會經歷很長的適應時期，甚至有部分學生無法接受新的認知模型。這就對我們基礎化學教育提出了更高的要求！基礎認知教育不是知識的簡單化，而是基于一定的觀念建立、模型認知、科學探究、證據推理等形成學習化學的方法，展現化學課程學習對學生未來發展的重要價值。下面我就結合近年來的中、高考試題簡單的談一談。

（一）在中考試題中的呈現

（2017江蘇省淮安市，第18題節選）氯化鎂是一種重要的化工原料，同學們在實驗室對其開展了系列研究。

課題1：選擇制取氯化鎂的原料

【查閱資料】

①全球海水中含有的鹽類總質量為5億億噸，其中含有的各種離子占鹽類總質量的百分含量如下表所示：

②工業生產中海水或鹵水（海水曬鹽后的剩余溶液）都可以作為制取氯化鎂的原料。

【交流討論】

同學們經討論，一致選擇鹵水用于實驗室制取氯化鎂。你認為他們的理由是 。

課題2：由鹵水制取氯化鎂

同學們設計如題18圖所示方案，從鹵水中制取氯化鎂。

（1）溶液X的名稱是 。

上題中需保留的物質是氯化鎂，雜質多為可溶性物質，若用物理或化學方法除去，涉及較多化學反應，過程復雜，所以在實際生產中，先將氯化鎂用氫氧化鈉轉化為沉淀，因為氫氧化鎂沉淀更易與雜質分離開來，再用過量的稀鹽酸（即溶液X）與氫氧化鎂反應生成氯化鎂。這種除雜思維正是利用了第二種除雜模型。

（2019年云南昆明，第25題節選）碲（Te）廣泛用于彩色玻璃和陶瓷工藝。用某工業廢渣（主要含有TeO2、少量Ag、Au）為原料制備碲的一種工藝流程如下：

回答下列問題：

（2）濾液1中的兩種溶質是H2SO4和 （填化學式）。

（3）上述工藝流程中設計“廢渣→……→TeO2”的目的是 。

（4）“酸溶”后，在TeCl4溶液中通入SO2，反應生成碲和初中化學中兩種常見的酸，則該反應的化學方程式是 。

上題工藝流程中，雜質是Ag、Au，需保留的物質為微溶于水的TeO2;若用第一種除雜模型，應該想方設法將Ag、Au反應掉，但僅用初中所學知識這是很難辦到的;所以設計“廢渣→······→TeO2”這段流程就是為了將TeO2用過量氫氧化鈉溶液轉化為Na2TeO3溶液，這樣只需通過過濾操作即可將Ag、Au除去，再利用向濾液滴加過量稀硫酸的方法，把Na2TeO3轉化為TeO2。

以上兩道中考題都利用了第二種除雜模型解題，不難發現近年來各省、市中考題都呈現出接軌高考或高中解題思維的趨勢。所以在初中教學中教師也應該打破一些固化思維模式，幫助學生建立多樣化認知模型，逐漸培養學生自主學習能力，提升學生綜合素質。

（二）在高考試題中的呈現

（2018高考江蘇卷第16題節選）以高硫鋁土礦（主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金屬硫酸鹽）為原料，生產氧化鋁并獲得Fe3O4的部分工藝流程如下：

（3）向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2，鋁元素存在的形式由______（填化學式）轉化為____（填化學式）。

根據流程，礦粉焙燒時FeS2與O2反應生成Fe2O3和SO2，在空氣中CaO與SO2最終轉化為CaSO4;“堿浸”時Al2O3、SiO2轉化為溶于水的NaAlO2、Na2SiO3;Fe2O3與FeS2混合后在缺氧條件下焙燒生成Fe3O4和SO2;向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2，CO2與NaAlO2反應生成NaHCO3和Al（OH）3，繼續將Al（OH）3加熱分解即可獲得Al2O3，這樣就能從高硫鋁土礦生產Al2O3并獲得Fe3O4。這道高考中的工藝流程題很好地反映出實際生活中是如何利用第二種除雜模型來解決雜質問題的。所以建立多種除雜模型對于學生來說是必要且實用的。

（三）教學啟示

近年來各省市中考題越來越多地呈現出結合生活實際、結合高考試題的趨勢，若在初中基礎教育階段固化了學生的思維，這對學生后續的學習是非常不利的。對于某些經典題型而言，建立一定的認知模型是一種很好的學習方法。除雜問題實際上是將雜質與要保留的物質分離開，多數情況下我們會考慮將雜質通過化學反應直接變為要保留的物質，或者將雜質通過化學反應變為與要保留物質不同狀態的物質，這樣就易于分離了;但有些時候，我們可以轉換一下思維方式，將需保留的物質先轉化為易分離的物質，待雜質除去后，再將需保留的物質轉化回來。無論是上文中的哪種認知模型，都是解決除雜問題的好方法。模型認知是一種非常好的學習方法，但不應該拘泥于形式，畢竟老師們強行灌輸的模型并不能真正體現課程標準對學生學習的要求。義務教育階段的化學課程是科學教育的重要組成部分，應體現基礎性。要給學生提供未來發展所需要的最基礎的化學知識和技能，但同時也應該注意培養學生的科學素養，激發學生學習化學的興趣，銜接好初高中化學學習。