传承中华优秀成果 彰显学科核心素养

颜建河

新高考“以核心素养为测试宗旨，以真实情景为测试载体，以实际问题为测试任务”为命题原则。核心素养培育“是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念，必备品质和关键能力”。基于此，在高三复习教学中要引导学生进行深度学习，既能有效夯实基础，提升思维水平，又能促进学生的认知发展，培育学生的化学学科核心素养。同时，必须关注和落实化学学科核心素养，关注学生综合能力的提升，关注化学知识的实际应用。这样，才能在复习中有的放失，提高化学学科复习效率。

【案例】根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室制备纯碱Na2CO3的主要步骤是：将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30～35 ℃，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO3晶体。用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2小时，制得Na2CO3固体。

请回答：

（1）反应温度控制在30～35℃，是因为若高于35℃，则_______________，若低于30℃，则_________________;为控制此温度范围，采取的加热方法为____________________。

（2）加料完毕后，继续保温30分钟，目的是__________ _____________。静置后只析出NaHCO3晶体的原因是__________________。用蒸馏水洗涤NaHCO3晶体的目的是除去_______________杂质（以化学式表示）。

（3）过滤所得母液中含有_____________（以化学式表示），需加入_______________，并作进一步处理，使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH4Cl。

（4）测试纯碱产品中NaHCO3含量的方法是：准确称取纯碱样品W，放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加1～2滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为c（mol/L）的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色（指示CO32-+H+=HCO3-反应的终点），所用HCl溶液体积为V1mL，再加1～2滴甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HCl溶液体积为V2mL。写出纯碱样品中NaHCO3质量分数的计算式：NaHCO3（%）=___________。

分析：本题是一道以侯德榜为依托的实验设计题，着力考查学生利用图表信息及中和滴定中双指示剂法的应用;第（1）、（2）、（3）问要求利用图表信息，结合制碱原理及生活中的化学知识，弄清水浴加热的优点，找出溶液转化法的守恒关系，第（4）问以中和滴定中双指示剂原理进行设计，进而测定产品的纯度，整个试题设计精巧，逐层深入，将生产、生活中的化学知识考查得淋漓尽致。

（1）碳酸氢铵10～20℃时，不易分解，30℃时开始大量分解. 若温度过低，则反应速率较慢，故反应温度控制在30～35℃之间为宜。水浴加热是把要加热的物质放在水中，通过给水加热达到给物质加热的效果，一般都是把要反应的物质放在试管中，再把试管放在装有水的烧杯中，再在烧杯中插一根温度计，可以控制反应温度. 水浴加热的优点是避免了直接加热造成的过度剧烈与温度的不可控性，可以平稳地加热，许多反应需要严格的温度控制，就需要水浴加热. 水浴加热的缺点是加热温度最高只能达到100度。故答案为：NH4HCO3分解;反应速率降低;水浴加热

（2）加料完毕后，继续保温30分钟，可以使反应充分进行，使反应完全. 碳酸氢铵0℃时溶解度为11.3%;20℃时为21%;40℃时为35%.碳酸氢钠0℃溶解度为6.9g，5℃为7.45g，10℃为8.15g，15℃为8.85g，20℃为9.6g，25℃为10.35g，30℃为11.1g，35℃为11.9g，40℃为12.7g，45℃为13.55g，50℃为14.45g，55℃为15.4g，60℃为16.4g.30℃时碳酸氢钠的溶解度更小，故碳酸氢钠先析出. 用蒸馏水洗涤NaHCO3晶体的目的是为了除去杂质，此反应中杂质为 NaCl、NH4Cl、NH4HCO3。故答案为：使反应充分进行;NaHCO3的溶解度最小;NaCl、NH4Cl、NH4HCO3

（3）过滤除去析出的碳酸氢钠，溶液中还有部分碳酸氢钠未析出，还有溶解在溶液中的NaCl、NH4Cl、NH4HCO3，所得的母液主要成分为NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3 . 加入盐酸后，碳酸氢钠转化为氯化钠，碳酸氢铵转化为氯化铵，这时溶液中的NaCl溶液循环使用，同时可回收NH4Cl。故答案为：NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3;HCl

（4）加酚酞指示剂，用物质的量浓度为c（mol/L）的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色，指示CO32-+H+=HCO3- 反应的终点，所用HCl溶液体积为V1mL;再加甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，指示HCO3-+H+=CO2+H2O反应的终点，所用HCl溶液体积为V2mL. 上述的两个离子方程式为①CO32-+H+=HCO3- ②HCO3-+H+=CO2+H2O，故样品中含有的碳酸氢钠反应消耗盐酸体积为（V2-V1）mL，消耗盐酸的物质的量为c（V2-V1）÷1000 mol，故碳酸氢钠的物质的量为c（V2-V1）÷1000 mol，碳酸氢钠的质量为c（V2-V1）M÷1000 g，碳酸氢钠的质量分数为[ c（V2-V1）M/1000W] ×100%，故答案为：[c（V2-V1）M/1000W]×100%

【对策】侯氏制碱法是核心素养的一个好素材，更是高中化学的一个重要知识点和高考的高频考点。为此，全面而详实把侯氏制碱法的原理、原料、设备、优缺点进行复习，明确侯氏制碱法（又称联合制碱法）它是我国化学工程专家侯德榜（1890～1974）于1943年创立的。将氨碱法和合成氨法（合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气：C+H2O（g） →O2+H2、CO+H2O（g）→CO2+H2）联合起来生产的。联合制碱法包括两个过程：第一个过程是将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液;第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常溫下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小。

【总结】工业制纯碱的方法： 一是氨碱法; 二是联合制碱法（侯氏制碱法）。

1. 氨碱法（索尔维制碱法）

基本原理： 向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后，在加压下通入CO2（经由CaCO3煅烧而得），且NaHCO3溶解度较小，故有下列反应发生：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3、NaCl+NH4HCO3=NaHCO3↓+NH4Cl，将析出的NaHCO3晶体煅烧即得Na2CO3：2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O。同时，母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循环使用：2NH4Cl+Ca（OH）2 =CaCl2+2NH3↑+2H2O。

（1）优点：原料经济，能连续生产，CO2和NH3能回收使用。

（2）缺点：大量CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%，约有30%的NaCl留在母液中。

2. 联合制碱法（侯氏制碱法）

基本原理：依据离子反应发生会向着离子浓度减小的方向进行（勒夏特原理），且NH4Cl在常温时的溶解度比NaCl大，而在低温下却比NaCl溶解度小的，在278K～283K（5℃～10℃）时，向母液中加入食盐细粉，而使NH4Cl结晶析出，成为氮肥产品。

优点：保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%;NH4Cl可做氮肥;可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。

总之，在2020复习备考进程中，一定要避免将高考评价体系中的考查内容与具体试题机械绑定。要从新时代的高考重点考查学科核心素养出发，通过试卷的整体设计来实现，而不是机械地落实到某一道试题或某一类试题上。从而实现多种知识与能力的有效建构并对外输出，提升有效解决各种问题的综合能力，促进学生化学学科核心素养的发展。

责任编辑   李平安