從學(xué)科素養(yǎng)角度闡釋2024高考中的氧族元素

核心素養(yǎng)視角下的試題命制要以核心素養(yǎng)為測(cè)試宗旨，以實(shí)際問(wèn)題為測(cè)試任務(wù)，以真實(shí)情境為測(cè)試載體，以化學(xué)知識(shí)為解決問(wèn)題的工具，本文結(jié)合氧族元素及其化合物對(duì)核心素養(yǎng)中的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”5個(gè)維度進(jìn)行分述，以期與新高考命題的新思路接軌．

維度一 宏觀辨識(shí)與微觀探析

視角1：能從不同角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性，并對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類．

視角2：能從元素和原子、分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念．

例題1 （2024．湖北卷）O2在超高壓下轉(zhuǎn)化為平行六面體的O8分子（結(jié)構(gòu)如圖1所示）．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ）．

A．O2和O8互為同素異形體

B．O8中存在不同的氧氧鍵

C．O2轉(zhuǎn)化為O8是熵減反應(yīng)

D．常壓低溫下O8能穩(wěn)定存在

解析O2和O8是氧元素形成的不同單質(zhì)，兩者互為同素異形體，A項(xiàng)正確；O8分子為平行六面體，由其結(jié)構(gòu)知，O8中存在2種氧氧鍵：上下底面中的氧氧鍵、上下底面間的氧氧鍵，B項(xiàng)正確；O2轉(zhuǎn)化為O8可表示為：

4O =超高壓 O8

氣體分子數(shù)減少，故O2轉(zhuǎn)化為O8是熵減反應(yīng)，C項(xiàng)正確；O2在超高壓下轉(zhuǎn)化成O8，則在常壓低溫下O8會(huì)轉(zhuǎn)化成O2，不能穩(wěn)定存在，D項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：D

素養(yǎng)啟迪 該題以新穎的視角、凝練的語(yǔ)言、直觀的圖形考查了最新合成的O8單質(zhì)，考查了基本概念、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)方程式的構(gòu)建和對(duì)題意的領(lǐng)悟遷移能力，基礎(chǔ)之中見(jiàn)能力，樸實(shí)之中顯功力.

維度二 變化觀念與平衡思想

視角1：能認(rèn)識(shí)物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)和變化的，知道化學(xué)變化需要一定條件，并遵循一定的規(guī)律．

視角2：認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的本質(zhì)是有新物質(zhì)生成，并伴有能量的轉(zhuǎn)化；認(rèn)識(shí)化學(xué)變化有一定限度，是可以調(diào)控的．

視角3：能多角度、動(dòng)態(tài)的分析化學(xué)反應(yīng)，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決實(shí)際問(wèn)題．

例題2 （2024．安徽卷）室溫下，為探究納米鐵去除水樣中SeO2-4的影響因素，測(cè)得不同條件下SeO2-4濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如圖2所示.

下列說(shuō)法正確的是（ ）．

A．實(shí)驗(yàn)①中，0-2h內(nèi)平均反應(yīng)速率v（SeO2-4）=2.0 mol·L-1·h-1

B．實(shí)驗(yàn)③中，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe+ SeO2-4+ 8H+=2Fe3+ + Se +4H2O

C．其他條件相同時(shí)，適當(dāng)增加納米鐵質(zhì)量可加快反應(yīng)速率

D．其他條件相同時(shí)，水樣初始pH越小，SeO2-4的去除效果越好

解析 A．實(shí)驗(yàn)①中，0-2小時(shí)內(nèi)平均反應(yīng)速率v（SeO2-4）=（5.0×10-3-1.0×10-3）mol·L-1/2h=2.0×10-3mol·L-1·h-1，A不正確；B．實(shí)驗(yàn)③中水樣初始pH =8，溶液顯弱堿性，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式中不能用H+配電荷守恒，B不正確；C．綜合分析實(shí)驗(yàn)①和②可知，在相同時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)①中SeO2-4濃度的變化量大，因此，其他條件相同時(shí)，適當(dāng)增加納米鐵質(zhì)量可加快反應(yīng)速率，C正確；D．綜合分析實(shí)驗(yàn)③和②可知，在相同時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)②中SeO2-4濃度的變化量大，因此，其他條件相同時(shí)，適當(dāng)減小初始pH，SeO2-4的去除效果越好，但是當(dāng)初始pH太小時(shí)，H+濃度太大，納米鐵與H+反應(yīng)速率加快，會(huì)導(dǎo)致與SeO2-4反應(yīng)的納米鐵減少，因此，當(dāng)初始pH越小時(shí)SeO2-4的去除效果不一定越好，D不正確，答案：C

素養(yǎng)啟迪 硒酸（H2SeO4）的性質(zhì)與硫酸類似，但比硫酸酸性弱；亞硒酸（H2SeO3）的性質(zhì)與亞硫酸類似，既具有氧化性，也具有還原性．以硫及其化合物的性質(zhì)為知識(shí)原型，運(yùn)用同主族元素性質(zhì)具有相似性和遞變性這一知識(shí)模型可以把碎片化的知識(shí)和內(nèi)容變得厚實(shí)、完整和系統(tǒng)．

維度三 證據(jù)推理與模型認(rèn)知

視角1：具有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過(guò)分析推理加以證實(shí)或證偽．

視角2：建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)的邏輯關(guān)系．

視角3：通過(guò)分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，從而建立模型．

例題3 （2024·湖北卷）過(guò)量SO2與以下0.1 mol·L-1的溶液反應(yīng)（見(jiàn)表2），下列總反應(yīng)的化學(xué)方程式錯(cuò)誤的是（ ）.

解析 過(guò)量SO2與0.1 mol·L-1的Na2S溶液反應(yīng)，生成的淡黃色沉淀是S，還生成NaHSO3，SO2過(guò)量不能生成Na2SO3，因此，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SSO2 +2Na2S +2H2O =3S↓+4NaHSO3A錯(cuò)誤；過(guò)量SO2與0.1 mol·L-1的FeCl2溶液反應(yīng)，生成FeCl2、H2SO4、HCl，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2FeCl3 +SO2 +2H2O =2FeCl2 +H2SO4 +2HClB正確；過(guò)量SO2與0.1 mol·L-1的CuCl2溶液反應(yīng)，生成的白色沉淀是CuCl，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SO2 +2CuCl2 +2H2O=2CuCl↓+H2SO4 +2HClC正確；Na2CO3水解使溶液顯堿性，其水溶液能使酚酞變紅；過(guò)量SO2與0.1 mol·L-1的Na2CO3溶液反應(yīng)，生成CO2、NaHSO3，NaHSO3溶液顯酸性，因此，溶液由紅色變無(wú)色，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2SO2+ Na2CO3+ H2O =CO2 ↑+2NaHSO3.D正確．答案：A

素養(yǎng)啟迪 過(guò)量二氧化硫與亞硫酸鈉不共存，很容易判斷A項(xiàng)錯(cuò)誤；本題的易錯(cuò)選項(xiàng)是C項(xiàng)，學(xué)生若忽略CuCl2溶液中的Cu2+具有氧化性，對(duì)于CuCl是白色沉淀存在知識(shí)盲區(qū)，很容易落人命題陷阱，這就要求學(xué)生重點(diǎn)把握銅的變價(jià)性質(zhì)及其構(gòu)建Cu2+具有弱氧化性的知識(shí)體系，豐盈自己的知識(shí)儲(chǔ)備，方可在高考中得心應(yīng)手．

維度四 實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)

視角1：能發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題，能從問(wèn)題和假設(shè)出發(fā)，確定探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．

視角2：在科學(xué)探究中學(xué)會(huì)合作，面對(duì)“異常”現(xiàn)象敢于提出自己的見(jiàn)解．

例題4 （2024．黑吉遼卷）H2O2分解的“碘鐘”反應(yīng)美輪美奐，將一定濃度的3種溶液（①H2O2溶液；②淀粉、丙二酸和MnSO4混合溶液；③KIO3、稀硫酸混合溶液）混合，溶液顏色在無(wú)色和藍(lán)色之間來(lái)回振蕩，周期性變色；幾分鐘后，穩(wěn)定為藍(lán)色，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ）．

A．無(wú)色一藍(lán)色：生成I2

B．藍(lán)色一無(wú)色：I2轉(zhuǎn)化為化合態(tài)

C．H2O2起漂白作用

D．淀粉作指示劑

解析分析該“碘鐘”反應(yīng)的原理：①在Mn2的催化下H2O2與IO3-反應(yīng)生成I2，在淀粉指示劑的作用下溶液變藍(lán)色；②生成的I2又會(huì)與H2O2反應(yīng)生成IO3-，使溶液變回?zé)o色；③生成的I2可以與丙二酸反應(yīng)生成琥珀色的ICH（COOH）2，溶液最終會(huì)變成藍(lán)色．A．根據(jù)分析，溶液由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色說(shuō)明有I：生成，A正確；溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，是將I：轉(zhuǎn)化為IO3-，I2轉(zhuǎn)化為化合態(tài)，B正確；H2O2在此過(guò)程中參加反應(yīng)，不起到漂白作用，C錯(cuò)誤；在此過(guò)程中，因?yàn)橛蠭2的生成與消耗，淀粉在這個(gè)過(guò)程中起到指示劑的作用，D正確，答案：C．

素養(yǎng)啟迪 過(guò)氧化氫既有氧化性又有還原性，在遇到不同的物質(zhì)時(shí)，其性質(zhì)隨時(shí)而變，要建立起變化觀念和證據(jù)推理的學(xué)科素養(yǎng)來(lái)看待雙氧水的多重角色；同時(shí)要從價(jià)類二維觀念建構(gòu)氧氣及其常見(jiàn)化合物的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系，如圖3所示．

維度五 科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任

視角1：具有嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，具有探索未知、崇尚真理的意識(shí)．

視角2：贊賞化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)，具有可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念，能對(duì)與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題做出正確的價(jià)值判斷．

例題5 （2024．浙江高考1月卷）H2S可用于合成光電材料．某興趣小組用CaS與MgCl2反應(yīng)制備液態(tài)H2S，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示，化學(xué)方程式為：

CaS+ MgCl2 +2H2O =CaCl2+Mg（OH）2+H2S↑

已知：①H2S的沸點(diǎn)是- 61℃，有毒；②裝置A內(nèi)產(chǎn)生的H2S氣體中含有酸性氣體雜質(zhì)．

請(qǐng)回答：

（1）儀器X的名稱是____．

（2）完善虛框內(nèi)的裝置排序：

A→B→_____→F→G

（3）下列干燥劑，可用于裝置C中的是____．

A．氫氧化鉀 B．五氧化二磷

C．氯化鈣 D．堿石灰

（4）裝置G中汞的2個(gè)作用是：

①平衡氣壓；②____．

（5）下列說(shuō)法正確的是____．

A．該實(shí)驗(yàn)操作須在通風(fēng)櫥中進(jìn)行

B．裝置D的主要作用是預(yù)冷卻H2S

C．加入的MgCl2固體，可使MgCl2溶液保持飽和，有利于平穩(wěn)持續(xù)產(chǎn)生H2S

D．該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的尾氣可用硝酸吸收

（6）取0.680 g H2S產(chǎn)品，與足量CuSO4溶液充分反應(yīng)后，將生成的CuS置于已恒重、質(zhì)量為31. 230 g的坩堝中，煅燒生成CuO，恒重后總質(zhì)量為32. 814 g．產(chǎn)品的純度為_(kāi)___．

解析 A作為H2S的發(fā)生裝置，由于不能驟冷，所以D、E都是冷卻H2S的裝置，C裝置干燥H2S，F(xiàn)冷卻并收集H2S，G作為平衡氣壓和尾氣處理裝置．（1）儀器X的名稱是圓底燒瓶；（2）制備氣體的裝置包括發(fā)生裝置，除雜裝置，收集裝置和尾氣處理，由于不能驟冷，要逐步冷卻，所以B連E，E連C，C連D，D連F;（3）H2S是酸性氣體，不可以用堿性干燥劑，所以不可以用氫氧化鉀和堿石灰，故選BC；（4）裝置G中汞的2個(gè)作用是：①平衡氣壓：②處理尾氣H2S；（5）A．H2S有毒，該實(shí)驗(yàn)操作須在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，故A正確；B．氣體不能驟冷，裝置D的主要作用是預(yù)冷卻H2S，故B正確；C.加入的MgCl2固體，可使MgCl2溶液保持飽和，有利于平穩(wěn)持續(xù)產(chǎn)生H2S，故C正確；D．該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的尾氣不可用硝酸吸收，硝酸的氧化性雖然可以把H2S氧化為S單質(zhì)，但是稀硝酸產(chǎn)生的NO或者濃硝酸產(chǎn)生的NO2，會(huì)污染空氣，故D錯(cuò)誤；故選ABC. （6）氧化銅的質(zhì)量為32. 814 g - 31. 230 g=1.584 g，則氧化銅物質(zhì)的量為0. 0198 mol，根據(jù)銅元素守恒關(guān)系有：

CuS～Cu0

1 1

n 0. 0198 mol

硫化銅物質(zhì)的量為0. 0198 mol，則H：S物質(zhì)的量為0. 0198 mol，H2S的質(zhì)量為0.6732 g，產(chǎn)品純度為0.06732g/0.680×100% =99%．

答案：（1）圓底燒瓶 （2）E→C→D （3）BC

（4）處理尾氣H2S （5）ABC （6）99%

素養(yǎng)啟迪 1．從化合價(jià)角度理解硫化氫的還原性；硫及化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖5所示．

2．產(chǎn)品純度或者物質(zhì)含量計(jì)算的要點(diǎn)：根據(jù)元素質(zhì)量守恒法、關(guān)系式法、得失電子守恒法等，求出混合物中某一成分的質(zhì)量，再除以樣品的總質(zhì)量，即可得出其純度或者百分含量．

（收稿日期：2024 -06 - 16）