基于“價維”和“類維”雙角度
——巧妙破解高考題中陌生的無機方程式

李 娜 沈金龍

(1.山東省博興縣第三中學;2.山東省博興第一中學)

一、問題的提出

新高考命題理念從“知識立意” “能力立意”向“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基”發生轉變。在評價模式上,實現了從主要基于“考查內容”的一維評價模式向“考查內容、考查要求、考查載體”三維一體的評價模式的轉變。化學的特征是從微觀層面認識物質,以符號的形式描述物質,在不同層次創造物質,要求學生“能用符號表征物質及其變化”。因此,陌生元素及其化合物方程式的書寫這一類型題目非常流行,在考題形式上,新情境、新物質、新反應受命題者青睞,在考查陌生元素及其化合物方程式書寫的考題重在考查學生提取信息、分析信息、遷移應用、整合知識的能力,重在發展學生的化學核心素養。

陌生元素及其化合物方程式的書寫是高考必考題型,不管是從學生學還是教師教這兩個方面來說此類問題都是難點,同時也是高考考查的重點。學生遇見陌生元素及其化合物不能正確的運用高中化學的基本原理解決這一類問題,所以學生害怕遇見此類問題,其實不能正確的書寫方程式的根源在于學生沒有正確的把這一類問題歸類,對這一類題目考查的方向不清晰,故筆者分析和整理近幾年高考題中對此考點的考查,總結出書寫陌生元素及其化合物方程式的技巧。

二、分類和解題技巧

分析近幾年的高考題,陌生元素及其化合物方程式書寫的考查,其實就是從“價維”和“類維”兩個角度來考查物質之間的轉化,現將這一類問題歸納總結為以下三種類型的考查。

1.氧化還原型

氧化還原類型的化學(離子)方程式的書寫是高考題中常考的題型,根據題目給定的信息,在新情境中分析物質的轉化,確定反應的核心元素,從“價維”的角度分析,是否存在元素化合價變化。根據以下氧化還原離子方程式書寫的思維模型,從而解決氧化還原反應中離子方程式的書寫:①根據題目信息,分析反應中核心元素對應的反應物和生成物。②根據電子轉移守恒,給氧化劑、還原劑、氧化產物和還原產物配系數。③根據電荷守恒,通過分析題目信息,推斷溶液的酸堿性(酸堿性的判斷可以根據以下3點入手:Ⅰ.從題目信息中獲得溶液的酸堿性;Ⅱ.根據反應產物的性質,在酸性或者堿性條件下才能存在,從而推出溶液的酸堿性;Ⅲ.根據反應離子的水解情況,判斷溶液的酸堿性)。④根據原子守恒補物質。

【例1】(2020年全國Ⅰ卷,26題節選)釩具有廣泛用途。黏土釩礦中,釩以+3、+4、+5價的化合物存在,還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3。

。

【解題過程】分析題目信息V為核心元素,從“價維”的角度分析,此反應為氧化還原反應,釩元素的化合價升高,那么必須有氧化劑,根據題目給出的流程圖,MnO2為反應的氧化劑,根據氧化還原反應的基本原理,推測出二氧化錳轉化成Mn2+,依據氧化還原離子方程式書寫的思維模型,就可以簡單地解決此題。

【例2】(2020年全國Ⅲ卷,27題節選)某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物,還有少量其他不溶性物質。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O):

硫酸鎳在強堿溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應的離子方程式

。

【解題過程】分析題目信息,從“價維”的角度分析,此反應為氧化還原反應,確定反應中的鎳元素化合價變化,根據題目信息,次氯酸根離子氧化了鎳元素,ClO-轉化成Cl-,依據氧化還原離子方程式書寫的思維模型,順利地得到此題的答案。

對于此類問題均是基于真實情境,考查了學生分析問題、解決問題和學以致用的能力,注重知識之間的關聯,根據氧化還原反應離子方程式書寫的思維模型,可以簡單地解決。此類問題重在發展學生的“微觀探析” “變化觀念” “證據推理和模型認知”的化學學科核心素養。

2.遷移應用型

該類問題考查學生對教材中案例的熟悉程度和掌握情況,能從物質類別、性質相似等角度,將已學知識應用到新物質的轉化中,并過渡到現有問題考查的微粒上來,從微觀角度分析,通過分析類比學過的微粒的性質,根據反應的原理,遷移應用解決此類方程式的書寫。

【例3】(2015年新課標Ⅰ卷,27題節選)硼及其化合物在工業上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示。

單質硼可用于生成具有優良抗沖擊性能硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質硼,用化學方程式表示制備過程

。

【解題過程】首先根據題目給定的信息判斷為金屬單質Mg與H3BO3的反應,根據物質轉化的通性,生成的應該是H2,然而根據題目信息可知生成的是單質B,再根據教材中Mg與CO2的反應,類比教材,則可判斷此題應該是Mg與B2O3的反應,再根據學過的含氧弱酸的通性,硼酸受熱易分解,從而轉化類比的反應,此題就可以很輕松地解決。

【例4】(2021年湖南卷,17題節選)Ce2(CO3)3可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨居石中,鈰(Ce)主要以CePO4形式存在,還含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物質。以獨居石為原料制備Ce2(CO3)3·nH2O的工藝流程如下:

“沉鈰”過程中,生成Ce2(CO3)3·nH2O的離子方程式為

。

【解題過程】對于這一個反應來說,考查知識的遷移應用能力。Ce3+與碳酸氫根離子的反應,雖然在前幾年的高考題中考查只涉及沉鐵、沉鈷、沉錳,但是對于本題來說,學生遷移應用以往所學的知識便可以解決,但是題目難度有所提高,對于此題來說生成的是帶有結晶水的沉淀,教師講解時可以幫助學生建立復雜問題拆解化的思想,生成碳酸鈰沉淀后,再加結晶水,這樣學生就可以輕松地解決問題。

此類方程式的書寫,重在考查學生遷移應用的能力,解決此類問題要求學生必須掌握教材中常見物質的典型化學性質,根據已知的微粒的性質,可以遷移應用到題目中陌生的物質。對于此類題目來說重在發展學生的“微觀探析” “變化觀念” “證據推理”的化學核心素養。

3.復分解型

此類問題的考查主要是在以上題型的基礎上分析,若核心元素的化合價未發生變化,根據反應的基本原理和題目中的信息,就可以推出反應的產物,結合原子守恒的思想,配平方程式,順利解決此類方程式的書寫。

【例5】(2015年新課標Ⅰ卷,27題節選)硼及其化合物在工業上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示:

寫出Mg2B2O5·H2O與硫酸反應的化學方程式______________________________。

【解題過程】通過分析可知,元素的化合價沒有發生變化,所以可以從物質類別的角度來解決問題。鹽與酸的反應是典型的復分解反應,在反應后的流程中,繼硫酸酸浸步驟之后,涉及的變化均為物理變化,無物質之間的轉化,再根據題目中產物的提示信息可知生成物為H3BO3,最后根據原子守恒規律,這樣就可以解決此問題。

【例6】(2019年全國Ⅰ卷,26題節選)硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料,廣泛應用于玻璃、醫藥、肥料等工藝。一種以硼鎂礦(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)為原料生產硼酸及輕質氧化鎂的工藝流程如下:

回答下列問題:

在95℃“溶浸”硼鎂礦粉,產生的氣體在“吸收”中反應的化學方程式為

。

【解題過程】分析此題可知,此題雖然沒有直接考查(NH4)2SO4與Mg2B2O5·H2O的反應方程式的書寫,但是題目中考查了該反應生成的氣體,所以學生首先必須正確地判斷出“溶浸”中的反應,才能分析“吸收”中的反應,其實此題與2015年的新課標Ⅰ卷27題中H2SO4與Mg2B2O5·H2O反應的考查異曲同工。該題考查的是鹽與硫酸銨的反應,分析可知無論是B還是Mg的化合價均未變化,故根據題目信息和復分解反應的基本原理,可以推斷出反應的方程式。

三、結束語

針對高考題中陌生元素方程式的書寫來說,主要考查學生分析信息、提取信息,應用信息的能力,所以需要學生能夠正確地審題,并且可以從試題提供的信息,準確提取出實質性的內容,對試題有一個整體地把握,最終找到解題的突破口。高考題更偏重于對知識獲取過程的考查,更強調解決問題和知識運用,重在發展學生的化學核心素養。筆者根據十幾年的教學經驗和實踐,歸納總結從“價維”和“類維”雙角度思考陌生元素方程式書寫的問題,根據筆者劃分的三種類型,能夠快速、有效、準確地書寫陌生元素方程式,希望對大家有所幫助。