核心素養導向的無機化合物高效復習備考

無機化合物知識涵蓋必修和選擇性必修課程的大部分內容，具體包括化學語言與概念、物質結構與性質、反應變化與規律、物質轉化與應用、實驗原理與方法等．核心素養指向“正確價值觀、必備品格和關鍵能力”．高考是對學生的核心素養表現水平的量化評價，因此以核心素養為導向的復習才能瞄準方向，進而達到高效備考．

１ 聚焦“價—類—用”促進知識結構化

無機化合物知識零碎而且分散，復習時常常不易找到抓手．通過建構“價—類—用”三維關系圖，可以使知識結構化和功能化．現以氮單質及其化合物為例進行說明（如圖１）．

含氮元素的物質間轉化，有的發生氧化還原反應（價變），有的發生非氧化還原反應（價不變），而它們共同決定或影響了含氮元素的不同類別物質的應用價值．

例１ （２０２４年廣東卷）部分含Mg或Al或Fe物質的分類與相應化合價關系如圖２所示．下列推斷合理的是（ ）．

A．若a在沸水中可生成e，則a→f的反應一定是化合反應

B．在g→f→e→d轉化過程中，一定存在物質顏色的變化

C．加熱c的飽和溶液，一定會形成能產生丁達爾效應的紅棕色分散系

D．若b和d均能與同一物質反應生成c，則組成a的元素一定位于周期表p區

分析 本題給出“價—類”二維圖，需理解與辨析３種金屬元素不同價態物質間的轉化關系．若a在沸水中可生成e，此時a為Mg，e為Mg（OH）２，f為鎂鹽，a→f的反應有多種，可能為Mg＋２HCl＝MgCl２＋H２↑，該反應屬于置換反應;也可能為Mg＋Cl２點燃＝MgCl２，該反應屬于化合反應，故a→f的反應不一定是化合反應，選項A錯誤．

e能轉化為d，此時e為白色沉淀Fe（OH）２，d 為紅褐色沉淀Fe（OH）３，說明在g→f→e→d轉化過程中，一定存在物質顏色的變化，選項B正確．

如果c是鋁鹽，加熱飽和的鋁鹽溶液，可得白色Al（OH）３ 膠體;如果c是鐵鹽，持續加熱飽和的鐵鹽溶液，也可能直接得到Fe（OH）３ 沉淀，選項C錯誤．

假設b 為Al２O３，則d 為Al（OH）３，c為鋁鹽，Al２O３、Al（OH）３ 與稀鹽酸反應均生成鋁鹽，此時組成a的元素為Al，位于周期表p區;假設b為Fe２O３，則d為Fe（OH）３，c為鐵鹽，Fe２O３、Fe（OH）３ 與稀鹽酸反應均生成鐵鹽，此時組成a的元素為Fe，位于周期表d區，選項D錯誤．

答案 B．

例２ （２０２４年６月浙江卷）利用CH３OH 可將廢水中的NO－ ３ 轉化為對環境無害的物質后排放．反應原理為H＋ ＋CH３OH＋NO－ ３ →X＋CO２＋H２O（未配平）．下列說法正確的是（ ）．

A．X表示NO２

B．可用O３替換CH３OH

C．氧化劑與還原劑物質的量之比為６∶５

D．若生成標準狀況下的CO２氣體１１.２L，則反應轉移的電子數為２N A （N A 表示阿伏加德羅常數的值）

分析 從價態角度分析，應用CH３OH 將NO－ ３中＋５價N 元素還原為０價N 元素，即NO－ ３ 轉化為無害的N２，體現了“類”“價”決定生態保護的“用”．由分析可知，X表示N２，NO２仍然是大氣污染物，選項A不正確．CH３OH 中C元素由－２價升高到＋４價，故CH３OH 是該反應的還原劑，O３有強氧化性，不可替換CH３OH，選項B不正確．該反應中，氧化劑NO－ ３ 中N 元素由＋５ 價降低到０ 價，降低５ 價，還原劑CH３OH中C元素由－２價升高到＋４價，升高６價，由電子轉移守恒可知，氧化劑與還原劑的物質的量之比為６∶５，若生成標準狀況下的CO２氣體１１.２L，即０.５mol，轉移的電子數為０.５×６＝３N A，選項C 正確，選項D不正確．

答案 C．

２ 分析真實情境，解決實際問題

以化學學科核心素養為導向的命題堅持以真實情境為測試載體，以實際問題為測試任務，以化學知識為解決問題的工具．高考試題精心遴選情境素材，注重聯系生產生活實際，體現學科社會功能，彰顯化學學科的價值．高考試題通過日常生活、生產環保、實驗探究、化學史料、學術探索等情境問題的解決，實現對無機化合物的不同內容、不同水平學科素養的測評．分析真實情境到解決實際問題的思維模型如圖３所示．

例３ （２０２４年湖南卷）下列過程中，對應的反應方程式錯誤的是（ ）．

分析 情境是連接生產生活與化學知識的橋梁，通過分析真實情境，推理其中蘊含的反應方程式．火法煉鋅過程中C 作還原劑，ZnCO３ 在高溫條件下分解為ZnO、CO２，CO２ 與C在高溫條件下生成還原性氣體CO，CO 還原ZnO 生成Zn，因此總反應為ZnCO３＋２C 高溫＝Zn＋３CO↑，選項A 方程式錯誤．CaH２ 為活潑金屬氫化物，因此能與H２O 發生歸中反應生成堿和氫氣，反應方程式為CaH２＋２H２O＝Ca（OH）２＋２H２↑，選項B方程式正確．鍋爐水垢中含有CaSO４，由于溶解性：CaSO４＞CaCO３，因此向鍋爐水垢中加入飽和Na２CO３ 溶液，CaSO４ 可以轉化為CaCO３，反應方程式為CaSO４（s）＋CO２３－（aq）?CaCO３（s）＋SO２４－（aq）選項C方程式正確．Cr２O２７－ 具有強氧化性，加入具有還原性的Fe２＋ ，二者發生氧化還原反應生成Fe３＋ 、Cr３＋ ，離子反應方程式為６Fe２＋＋Cr２O２７－＋１４H＋＝６Fe３＋＋２Cr３＋＋７H２O，選項D方程式正確．

答案 A．

例４ （２０２４年全國新課標卷，節選）鈷及其化合物在制造合金、磁性材料、催化劑及陶瓷釉等方面有著廣泛應用．一種從濕法煉鋅產生的廢渣（主要含Co、Zn、Pb、Fe的單質或氧化物）中富集回收得到含錳高鈷成品的工藝如圖４所示．

已知溶液中相關離子開始沉淀和沉淀完全（c≤１.０×１０－５mol·L－１）時的pH 如表１所示．

回答下列問題：

（１）“過濾１”后的溶液中加入MnO２ 的作用是____．取少量反應后的溶液，加入化學試劑____檢驗____，若出現藍色沉淀，需補加MnO２．

（２）“氧化沉鈷”中氧化還原反應的離子方程式為____、____．

分析 本題涉及解決除雜、檢驗和物質轉化等實際化工流程中的工藝問題．向濾液中加入MnO２ 將Fe２＋ 氧化為Fe３＋ ，然后加入ZnO 調節pH＝４，使Fe３＋ 完全轉化為Fe（OH）３，則“濾渣Ⅱ”的主要成分為Fe（OH）３，濾液中的金屬離子主要是Co２＋ 、Zn２＋ 和Mn２＋ ;最后“氧化沉鈷”，加入強氧化劑KMnO４，將溶液中的Co２＋ 氧化為Co３＋ ，在pH＝５ 時，Co３＋ 形成Co（OH）３ 沉淀，而KMnO４ 則被還原為MnO２，KMnO４ 還會與溶液中的Mn２＋ 發生歸中反應生成MnO２，得到Co（OH）３ 和MnO２ 的混合物．

答案 （１）將溶液中的Fe２＋ 氧化為Fe３＋ ，以便在后續調pH 時除去Fe 元素;K３ [Fe（CN）６ ]溶液;Fe２＋ ．

（２）３Co２＋ ＋MnO－ ４ ＋７H２O＝３Co（OH）３ ↓ ＋MnO２↓＋５H＋ ;３Mn２＋ ＋２MnO－ ４ ＋２H２O＝４H＋ ＋５MnO２↓．

３ 關聯必備知識注重遷移應用

高考試題精心遴選最有發展價值的知識，注重知識的綜合性和應用性，體現知識遷移應用的價值．課程標準的內容要求主要涉及鈉、鐵、硫、氯、氮等元素，但近年高考高頻出現磷、溴、鋰、錳、銅、鈷等陌生元素，它們與學過的元素同族或同周期，需要利用元素周期律推測已知元素與陌生元素間的關聯性．同時，無機物轉化涉及物質結構與性質的相關知識，像蒸餾、萃取等分離提純實驗操作也要關注溶質和溶劑的結構．因此要打破知識之間的界限，融合各個模塊，形成知識關聯的結構化．

例５ （２０２４年全國新課標卷）我國科學家最近研究的一種無機鹽Y３[Z（WX）６]２納米藥物具有高效的細胞內亞鐵離子捕獲和抗氧化能力．W、X、Y、Z的原子序數依次增加，且W、X、Y 屬于不同族的短周期元素．W 的外層電子數是其內層電子數的２倍，X 和Y的第一電離能都比左右相鄰元素的高．Z的M 層未成對電子數為４．下列敘述錯誤的是（ ）．

A．W、X、Y、Z４種元素的單質中Z的熔點最高

B．在X的簡單氫化物中X 原子軌道雜化類型為sp３

C．Y 的氫氧化物難溶于NaCl溶液，可以溶于NH４Cl溶液

D．Y３[Z（WX）６]２中WX－ 提供電子對與Z３＋ 形成配位鍵

分析 本題的解題關鍵是抓住元素周期表中原子結構的周期性變化和元素性質的相似性與遞變性．W、X、Y、Z的原子序數依次增加，且W、X、Y 屬于不同族的短周期元素．W 的外層電子數是其內層電子數的２倍，則W 為C元素;每個周期的第ⅡA 和第ⅤA的元素的第一電離能都比左右相鄰元素的高，由于配合物Y３[Z（WX）６]２中Y 在外界，Y 可形成簡單陽離子，則Y屬于金屬元素，故X 和Y 分別為N 元素和Mg元素;Z的M 層未成對電子數為４，則其３d軌道上有４個不成對電子，其價層電子排布式為３d６４s２，Z為Fe元素，Y３[Z（WX）６]２為Mg３[Fe（CN）６]２．

答案 A．

４ 培育關鍵能力發展創新思維

高考化學試題突出關鍵能力的考查，提出“理解與辨析”“分析與推測”“歸納與論證”“實驗與探究”四大學科關鍵能力．關鍵能力是發展學科核心素養、培育核心價值的能力基礎，因此要注意關鍵能力培育的進階性，既要在無機化合物性質與轉化的“理解與辨析”能力中夯實基礎，也要在“實驗與探究”能力中培育高階水平的關鍵能力，從而促進創新思維的發展，最終達成化學學科核心素養．

例６ （２０２４年河北卷，節選）市售的溴（純度９９％）中含有少量的Cl２和I２，某化學興趣小組利用氧化還原反應原理，設計實驗制備高純度的溴．回答下列問題：

（１）裝置如圖５所示（夾持裝置等略），將市售的溴滴入盛有濃CaBr２溶液的B中，水浴加熱至不再有紅棕色液體餾出．CaBr２溶液的作用為____;D 中發生的主要反應的化學方程式為____．

（２）將D 中溶液轉移至____（填儀器名稱）中，邊加熱邊向其中滴加酸化的KMnO４溶液至出現紅棕色氣體，繼續加熱將溶液蒸干得固體R．該過程中生成I２的離子方程式為____．

（３）利用圖示相同裝置，將R和K２Cr２O７固體混合均勻放入B中，D中加入冷的蒸餾水．由A 向B中滴加適量濃H２SO４，水浴加熱蒸餾．然后將D中的液體分液、干燥、蒸餾，得到高純度的溴．D 中蒸餾水的作用為____和____．

分析 本題設計新穎的情境和陌生的化學反應，既要求依據氧化還原反應原理書寫反應方程式，又涉及實驗儀器的選擇和裝置使用，綜合考查高階水平的分析推測和歸納論證等關鍵能力．市售的溴滴入濃CaBr２ 溶液中，Cl２ 可與CaBr２ 發生氧化還原反應而被除去，I２ 與Br２ 一起蒸餾進入草酸鉀溶液中，并被草酸鉀分別還原為I－ 和Br－ ，并向溶液中滴加酸性的高錳酸鉀溶液氧化I－ ，加熱蒸干所得固體R 的主要成分為KBr，將KBr固體和K２Cr２O７ 固體混合均勻，同時滴加適量濃H２SO４，Br－ 被氧化為Br２，由于溴單質易揮發，故水浴加熱蒸餾，得到的液體分液、干燥、蒸餾，即可得高純度的溴．

答案 （１）除去市售的溴中少量的Cl２;Br２ ＋K２C２O４=△=２KBr＋２CO２↑．

（２）蒸發皿;２MnO４－＋１０I－＋１６H＋=△=２Mn２＋＋５I２＋８H２O．

（３）液封;降低溫度．