从课后习题到高考考题的研究——以工艺流程题为例

■湖南省长沙县实验中学1502班 周轶轩(指导老师:黄景华)

从课后习题到高考考题的研究
——以工艺流程题为例

■湖南省长沙县实验中学1502班 周轶轩(指导老师:黄景华)

笔者在学习中发现,2012年新课标全国卷第27题第(1)小题:“实验室中常用来制备氯气的化学方程式为____。”其答案就在人教版《化学1·必修》第88页第14题的题干中。还有,2013年新课标全国卷第28题第(1)小题:“Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是____(以化学方程式表示)。”这与人教版《化学2·必修》第93页第6题的(1)~(3)小题完全相同,调查的数据却显示:当年考生答这小题的效果是不尽如人意的。这值得深思,研究课后习题一定能够获得一些重要的启示。

2017年高考考纲明确删除了“化学与技术”的选考题,这是否就意味着今后的高考一定不会考查工艺流程题呢?笔者觉得高考理综卷的第27题或第28题很有可能会涉及工艺流程,因为人教版《化学2·必修》第106页课后习题的第9题,堪称为今后高考工艺流程题的绝佳范例,它触及了历年高考中这类题型对考生的思维品质和多方面能力的要求,值得深入钻研和细细品味。

题目:卤块的主要成分是MgCl2,此外还含Fe3+、Fe2+和Mn2+等离子。若以它为原料按如下所示工艺流程进行生产,可制得轻质氧化镁。

若要求产品尽量不含杂质,而且生产成本较低,请根据表1和表2提供的资料,填写空白:

表1 生成氢氧化物沉淀的pH

※Fe2+氢氧化物呈絮状,不易从溶液中除去,所以,常将它氧化为Fe3+,生成Fe(OH)3沉淀除去。

表2 原料价格表

(1)在步骤②中加入的试剂X,最佳的选择是____,其作用是____。

(2)在步骤③中加入的试剂应是____;之所以要控制pH=9.8,其目的是____。

(3)在步骤④中加入的试剂Z应是____。

(4)在步骤⑤中发生的反应是____。

解题思路赏析:这是一道非常侧重迁移运用所学知识与能力,而几乎没有什么工业技术含量的很经典的工艺流程题,解题思路赏析如下:

要求从“表1”挖掘出:(1)须加入合适的氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,再通过调节pH至大于3.7而生成Fe(OH)3沉淀除去。(2)须调节pH≥9.8除去Mn2+。(3)为了不让Mg2+随着Fe3+和Mn2+一起沉淀而造成产品损失,最好将pH控制在9.6以内。(4)由于题干要求“产品尽量不含杂质”,所以流程图中的步骤③将pH调节至9.8。从而可知,流程图中的X是氧化剂(“表2”中的漂液或双氧水),Y是调节pH的药品(“表2”中的烧碱或纯碱)。

“表2”提供了四种药品的价格,必然是为考查降低生产成本提供的素材,但切忌进入只顾省钱,而忽略了除杂效果的死胡同,不然,后面的很多问题都将会答错。欲求全对,必须严密审题,并调动已有知识结合工艺流程综合分析。题干明示“MgCl2是主要成分”,这言外之意便是Fe3+、Fe2+和Mn2+的含量都很低,若为了除去它们而使用较贵的药品时,只要除杂的效果远远好于较便宜的药品,那也得使用较贵的药品,因为杂质量少,对贵药品的需要量也少,这依然是在节约生产成本。

由于作氧化剂时,1molNaClO和1molH2O2都转移2mol电子,但NaClO的价格远远低于H2O2的价格,且使用NaClO对后续工艺流程不会产生影响,所以X是NaClO。较贵的NaOH和较便宜的Na2CO3都能调节溶液的pH至9.8,若Y为便宜的Na2CO3,可是MgCO3为微溶物,会有较多的Mg2+也会随Fe3+和Mn2+一并被除去,这将造成轻质MgO的产率极低,生产成本不降反升,所以,Y应为较贵的NaOH。虽然NaOH较贵,但Fe3+和Mn2+杂质的量很少,对NaOH的需要量也很少,这并不会花费很多的钱。加Z是使滤液中的Mg2+转化为沉淀,NaOH和Na2CO3也都能做到,但Mg2+的量很多,对它们的需求量也会很大,此时应该优先考虑生产成本的问题,所以Z应为Na2CO3。步骤⑤是属于《化学2·必修》暂时没有学习的“盐类的水解”新知识,结合前面的推导和流程图,还是能够写出步骤⑤中发生反应的化学方程式。

答案:(1)漂液NaClO 使Fe2+氧化为Fe3+

(2)NaOH 使Mg2+以外的杂质转化成氢氧化物沉淀除去

(3)Na2CO3

(4)MgCO3+H2O△આઆMg(OH)2↓+ CO2↑

研究启示:通过仔细研究本题,笔者认为今后高考中的工艺流程题,将会以工艺流程图为形式,实则考查考生的化学实验基本素养,重心会落在对化学反应原理的考查,以达到提升这类考题功能的目的。在备考阶段,要特别重视提高以下几方面的能力:(1)学会看工艺流程图,能够带着设问读懂工艺流程图中的一些关键步骤;(2)熟练掌握物质的分离、提纯等基本实验操作;(3)综合分析与运用经济效益,做到“真省钱”;(4)灵活迁移化学反应原理知识,使思维更有深度。

(责任编辑 谢启刚)

《高考化学测试题》参考答案及评分标准

一、选择题(每小题6分,共42分)

1.A 2.A 3.A 4.C 5.D 6.D 7.D二、非选择题

8.(16分)

(1)Al SO2KAlO2(6分)

(3)a.减少SO2对环境的污染 b.可以使原料利用率得到提高 c.副产品可作化肥,社会需求量大(共2分,答出其中两点即可)

(4)2Al+2KOH+2H2Oઆઆ2KAlO2+ 3H2↑(2分)

H2O2+SO2આઆH2SO4(2分)

9.(6分)

(1)Cu2O+2Fe3++2H+આઆ2Cu2++ 2Fe2++H2O(2分)

10.(16分)

②Na2S2O3在酸性溶液中不能稳定存在(2分) 打开K2,关闭K1(2分)

③漏斗、玻璃棒、烧杯(2分)

④NaOH(2分)

在C中的反应停止后,吸收A中产生的多余SO2,防止空气污染(2分)

(2)①加入最后一滴I2标准溶液后,溶液变蓝,且半分钟内颜色不改变(2分)

②90.2%(2分)

11.(20分)

(1)放热(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)