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(fā)現(xiàn),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____?！逼浯鸢妇驮谌私贪妗痘瘜W1·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(yīng)催化劑的主要成分之一。工業(yè)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)?！边@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(diào)查的數(shù)據(jù)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(shù)”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(zhì)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F(xiàn)e3+、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(chǎn),可制得輕質(zhì)氧化鎂。

若要求產(chǎn)品盡量不含雜質(zhì),而且生產(chǎn)成本較低,請根據(jù)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(yīng)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(yīng)是____。

(4)在步驟⑤中發(fā)生的反應(yīng)是____。

解題思路賞析:這是一道非常側(cè)重遷移運用所學知識與能力,而幾乎沒有什么工業(yè)技術(shù)含量的很經(jīng)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(diào)節(jié)pH至大于3.7而生成Fe(OH)3沉淀除去。(2)須調(diào)節(jié)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(chǎn)品損失,最好將pH控制在9.6以內(nèi)。(4)由于題干要求“產(chǎn)品盡量不含雜質(zhì)”,所以流程圖中的步驟③將pH調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(chǎn)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(diào)動已有知識結(jié)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(zhì)量少,對貴藥品的需要量也少,這依然是在節(jié)約生產(chǎn)成本。

由于作氧化劑時,1molNaClO和1molH2O2都轉(zhuǎn)移2mol電子,但NaClO的價格遠遠低于H2O2的價格,且使用NaClO對后續(xù)工藝流程不會產(chǎn)生影響,所以X是NaClO。較貴的NaOH和較便宜的Na2CO3都能調(diào)節(jié)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(zhì)MgO的產(chǎn)率極低,生產(chǎn)成本不降反升,所以,Y應(yīng)為較貴的NaOH。雖然NaOH較貴,但Fe3+和Mn2+雜質(zhì)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(zhuǎn)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(yīng)該優(yōu)先考慮生產(chǎn)成本的問題,所以Z應(yīng)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(jié)合前面的推導和流程圖,還是能夠?qū)懗霾襟E⑤中發(fā)生反應(yīng)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(zhì)轉(zhuǎn)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(yǎng),重心會落在對化學反應(yīng)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(shè)問讀懂工藝流程圖中的一些關(guān)鍵步驟;(2)熟練掌握物質(zhì)的分離、提純等基本實驗操作;(3)綜合分析與運用經(jīng)濟效益,做到“真省錢”;(4)靈活遷移化學反應(yīng)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(huán)境的污染 b.可以使原料利用率得到提高 c.副產(chǎn)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(wěn)定存在(2分) 打開K2,關(guān)閉K1(2分)

③漏斗、玻璃棒、燒杯(2分)

④NaOH(2分)

在C中的反應(yīng)停止后,吸收A中產(chǎn)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(nèi)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)