透视STSE命题在2020高考中的体现

◇ 山东 孙 晶

仔细研读2020年全国各地高考试卷,发现STSE试题所占比例有增大趋势.化学试卷中STSE类试题涉及内容广泛,包括食品安全、医药卫生、新能源新材料、环境保护与绿色化学、社会新闻热点与最新科学成果等.下面针对STSE试题予以详细介绍.

1 STSE试题特征与解法步骤

1)STSE类试题的构成

该类试题一般分为两部分,一是背景知识,主要是与生产生活、科学技术等相联系的内容,以信息形式呈现;二是问题知识,一般是以背景知识中某一个与化学有关的物质或知识点发散的内容为切入点提出问题.

2)STSE类试题的解题步骤

读题:对于新材料、新信息题类试题,读题尤其重要,要做到逐字、逐句读,挖掘关键字,排除无效信息,找到对解题有价值的有效信息,并作好标记.对于给信息类的有机化学方程式要从断键、成键角度分析;对于新物质或常见物质的新性质类试题,要找出其不同点.

联题:在读题基础上,结合题目中问题或选项分析本题考查的知识板块,联系中学化学知识体系中“知识块”和“化学原理”,便于找准提取信息(知识、原理、方法)的方向.

析题:找准知识块后,从大脑信息库中迅速提取所需要的知识,让思维从新情境回归教材、回归平时的学习中,回顾解同类题时易犯的错误、易漏知识等.

解题:在知识和方法准备充分的基础上,针对题目要求,回答相应问题.例如,选择题中的“不正确”与“正确”;“一定”与“可能”等一定不要看错;简答题要言简义丰,一定要联系化学原理,正确选择切入点,分析、说理时层次要清晰,要点要全面.

2 STSE类试题的常见题型

2.1 化学与日常生活

随着人们生活水平的不断提高,生活中的化学知识到处可见.在高考化学试题中,对这方面知识也进行了一定程度的考查.解决好这类问题的关键在于知识的积累和化学原理的应用.

例1(2020年全国卷Ⅰ)国家卫健委公布的新型冠状病毒肺炎诊疗方案指出,乙醚、75%乙醇、含氯消毒剂、过氧乙酸(CH3COOOH)、氯仿等均可有效灭活病毒.对于上述化学药品,下列说法错误的是( ).

A.CH3CH2OH能与水互溶

B.NaClO通过氧化灭活病毒

C.过氧乙酸相对分子质量为76

D.氯仿的化学名称是四氯化碳

解析

乙醇分子中有羟基,其与水分子间可以形成氢键,因此乙醇能与水互溶,选项A说法正确.次氯酸钠具有强氧化性,能使蛋白质变性,故其能通过氧化灭活病毒,选项B说法正确.过氧乙酸的分子式为C2H4O3,故其相对分子质量为76,选项C说法正确.氯仿的化学名称为三氯甲烷,选项D说法错误.答案为D.

【灵犀一点】该题以新冠肺炎疫情预防中常见的消毒剂为命题载体,考查了对物质俗名与成分的对应关系,这就要求学生在平日的学习中要注重细节,拓宽自己的知识面,加强自己的知识储备.

2.2 化学与传统文化

在高考命题中,命题者高度重视传统文化对于立德树人的独特功能,弘扬优秀传统文化,体现高考为国选材的重大使命.中华传统文化在化学试题中主要有以下几种命题形式:一是借助古文献,考查基本实验操作;二是融合古诗词,考查基本化学素养与知识的迁移应用;三是融合古诗词,考查物质性质或者物质制备的原料、原理和工艺流程等.

例2(2020年全国卷Ⅲ)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色,历经千年色彩依然,其中绿色来自孔雀石颜料 (主要成分为Cu(OH)2·CuCO3),青色来自蓝铜矿颜料(主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3).下列说法错误的是( ).

A.保存《千里江山图》需控制温度和湿度

B.孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化

C.孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱

D.Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3

解析

字画主要由纸张和绢、绫、锦等织物构成,为防止受潮和氧化,保存古代字画时要特别注意控制适宜的温度和湿度,选项A说法正确.由孔雀石和蓝铜矿的化学成分可知,其中的铜元素、碳元素和氢元素均处于最高价,均为自然界较稳定的化学物质,用它们制作的颜料不易被空气氧化,选项B说法正确.孔雀石和蓝铜矿的主要成分均可与酸反应生成相应的铜盐,因此,用其制作的颜料不耐酸腐蚀,选项C说法错误.因为氢氧化铜中铜元素的质量分数高于碳酸铜中铜元素的质量分数,所以Cu(OH)2·CuCO3中铜元素的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3中铜元素的质量分数,选项D说法正确.答案为C.

【灵犀一点】该题以我国宋代名画《千里江山图》为切入点,考查颜料的成分、性质和名画的储存等,让考生在领悟中华文化博大精深的同时,体会化学学科的历史绵长,体现科学态度与社会责任核心素养.

2.3 化学与医药

2020年全国卷Ⅰ的第8题以紫花前胡醇能提高人体免疫力为命题素材,2020年全国卷Ⅱ的第10题以2-乙烯基吡啶(VPy)是合成治疗矽肺病药物的原料为切入点,2020年全国卷Ⅲ的第8题以金丝桃苷是从中药材中提取的一种具有抗病毒作用的黄酮类化合物为命题载体,这些题目既考查了化学在医药领域的多重应用,同时体现了化学贴近生活、融入生活,落实了科学态度与社会责任这一学科素养.

例3(2020年新高考卷Ⅰ)从中草药中提取的calebinA(结构简式如图1)可用于治疗阿尔茨海默症.下列关于calebinA的说法错误的是( ).

图1

A.可与FeCl3溶液发生显色反应

B.其酸性水解的产物均可与Na2CO3溶液反应

C.苯环上氢原子发生氯代时,一氯代物有6种

D.1mol该分子最多与8molH2发生加成反应

解析

该有机物中含有酚羟基,可与FeCl3溶液发生显色反应,选项A正确.该有机物中含有酯基,酯在酸性条件下水解生成羧基,羧基能与Na2CO3溶液反应生成CO2,此外,酚羟基也能与Na2CO3反应(不产生CO2),选项B正确.该有机物中含有2个苯环,1个苯环上含有3个氢原子,且无对称结构,所以苯环上一氯代物有6种,选项C正确.该有机物中含有2个苯环、2个碳碳双键、1个羰基,1个苯环可以与3个H2分子加成,1个双键可以与1个H2分子加成,1个羰基可以与1个H2分子加成,所以1 mol该分子最多可以与9molH2分子发生加成反应,选项D错误.答案为D.

【灵犀一点】酯基不能和H2发生加成反应,苯环、碳碳双键和羰基都可以和H2发生加成反应.

2.4 化学与新能源型

能源是21世纪的重要话题,因此成为试题设计的热点,近几年高考化学常对新能源(太阳能、氢能、新燃料等)、电池(燃料电池、锂电池、铅蓄电池等)进行考查.生活中的化学常识也成了高考化学试题的一大考点.无论是何种情况,熟练掌握基础知识是解决此类问题的根本策略.

例4(2020年全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池.电池示意图如图2所示,电极为金属锌和选择性催化材料,放电时,温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径.下列说法错误的是( ).

图2

A.放电时,负极反应为

B.放电时,1molCO2转化为HCOOH,转移的电子数为2mol

D.充电时,正极溶液中OH－浓度升高

解析

由题可知,放电时,CO2转化为HCOOH,即CO2发生还原反应,故放电时右侧电极为正极,左侧电极为负极,Zn发生氧化反应生成Zn(OH)2－4;充电时,右侧为阳极,H2O发生氧化反应生成O2,左侧为阴极,Zn(OH)2－4发生还原反应生成Zn,以此分析解答.放电时,负极上Zn发生氧化反应,电极反应式为:Zn－2e－＋4OH－＝Zn(OH)2－4,选项A说法正确.放电时,CO2转化为HCOOH,C元素化合价降低2,则1molCO2转化为HCOOH时,转移电子数为2mol,选项B说法正确.充电时,阳极上H2O转化为O2,负极上Zn(OH)2－4转化为Zn,电池总反应为2Zn(OH)2－4＝2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O,选项C说法正确.充电时,正极即为阳极,电极反应式为2H2O－4e－＝4H＋＋O2↑,溶液中H＋浓度增大,溶液中c(H＋)·c(OH－)＝Kw,温度不变时,Kw不变,因此溶液中OH－浓度降低,选项D说法错误.答案为D.

【灵犀一点】该题属于典型的“起点高、落点低”类试题,题目情境新颖,背景材料新,但只要结合原电池的基本工作原理并读懂题给示意图,该题不难作答.注意突破二次电池的4个角度,如图3所示.

图3

2.5 化学与科技前沿

本部分内容涉及范围广泛,建议同学们在复习备考过程中梳理化学的发展历程,立足于化学知识的基础性和整合性.例如,我国的四大发明、古典名著、冶铁技术、陶瓷技术、酿酒技术、合成材料、元素周期律等.同时关注化学科学发展的前沿,着眼于时代性与开放性,如绿色化学、纳米化学、诺贝尔化学奖成果等.

例5(2020年全国卷Ⅰ)铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－可催化甲醇羰基化,反应过程如图4.

图4

下列叙述错误的是( ).

A.CH3COI是反应中间体

B.甲醇羰基化反应为CH3OH＋CO＝CH3CO2H

C.反应过程中Rh成键数目保持不变

D.存在反应CH3OH＋HI＝CH3I＋H2O

解析

题干中明确指出,铑配合物[Rh(CO)2I2]－充当催化剂的作用,用于催化甲醇羰基化.由题干中提供的反应机理图可知,铑配合物在整个反应历程中的成键数目、配体种类等均发生了变化;并且也可以观察出,甲醇羰基化反应所需的反应物除甲醇外还需要CO,最终产物是乙酸.因此,凡是出现在历程中的,既非反应物又非产物的物种(如CH3COI以及各种配离子等)都可视作中间物种.通过分析可知,CH3COI属于甲醇羰基化反应的反应中间体,其可与水作用,生成最终产物乙酸的同时,也可以生成使甲醇转化为CH3I的HI,选项A正确.通过分析可知,甲醇羰基化反应,反应物为甲醇以及CO,产物为乙酸,反应方程式可写成:CH3COOH,选项B正确.通过分析可知,铑配合物在整个反应历程中,成键数目、配体种类等均发生了变化,选项C不正确.通过分析可知,反应中间体CH3COI与水作用生成的HI可以使甲醇转化为CH3I,方程式可写成:CH3OH＋HI→CH3I＋H2O,选项D正确.答案为C.

【灵犀一点】对于反应机理图的分析,最基本的是判断反应物、产物以及催化剂.一般来说,催化剂在机理图中多以完整的循环出现;反应物则是通过一个箭头进入整个历程的物质;而产物一般多是通过一个箭头脱离整个历程的物质.

2.6 化学与环境保护型

绿水青山就是金山银山.环境问题是当今社会的热点、焦点问题,当今的环境问题主要包括:温室效应、酸雨、臭氧层被破坏、光化学烟雾、白色污染、赤潮、重金属及其盐的污染等.

例6(2020年全国卷Ⅱ)二氧化碳的过量排放可对海洋生物的生存环境造成很大影响,其原理如图5所示.下列叙述错误的是( ).

B.海水酸化能促进CaCO3的溶解,导致珊瑚礁减少

C.CO2能引起海水酸化,其原理为

D.使用太阳能、氢能等新能源可改善珊瑚的生存环境

图5

解析

海水酸化,H＋浓度增大,平衡正向移动浓度减小,浓度增大,选项A正确.海水酸化,浓度减小,导致CaCO3溶解平衡正向移动,促进了CaCO3溶解,导致珊瑚礁减少,选项B正确.CO2引起海水酸化的原理为,导致H＋浓度增大,选项C错误.使用太阳能、氢能等新能源,可以减少化石能源的燃烧,从而减少CO2的排放,减弱海水酸化,从而改善珊瑚礁的生存环境,选项D正确.答案为C.

【灵犀一点】对于二氧化碳的综合利用一直是命题的热点,深度领悟所给图示中的化学方程式是解答的关键.

2.7 材料剖析型

材料是当今化学领域研究的重要内容之一,而新材料的开发利用,更是人类文明大厦的基石.要解决好这一类问题,就必须在牢固掌握双基知识的基础上,提高阅读能力、分析能力、知识运用能力.例如,2020年新高考卷Ⅰ的第17题以CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料为载体,2020年全国卷Ⅱ的第35题以钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料为命题切入点,2020年全国卷Ⅲ的第35题以氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好,是一种具有潜力的固体储氢材料为命题载体,考查考生对于材料的结构、元素构成及其性质分析的领悟能力.

2.8 科技成果型

这类题主要以最近国内外公布的新科技成果为载体,联系中学化学内容考查新信息处理能力.例如,近年的诺贝尔化学奖成果、十大科技进展等都可能进入试卷.2020年新高考卷Ⅰ的第35题以Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖为命题切入点,体现了试题的时代鲜活感,同时在潜移默化中落实了科学探究与创新意识这一学科素养.

3 STSE类试题信息处理要诀

要诀1无效信息要抛弃,利用认知解习题

无效信息型题一般以最近的新闻、最新科技成果、与社会生活联系紧密的材料为背景,考查基础知识,所给信息都是无效信息,对解题没有任何意义,目的是为了增加题目的陌生度,起到一种渲染题目的效果,镇住考生,使其出错.这类题目往往看起来起点特别高,但落点非常低.对于这样的题目,可以抛开题给信息的干扰,直接利用自己所掌握的知识进行解题.

要诀2有效信息细分析,巧妙应用解习题

解答有效信息型题的方法:一是剖析题意,分析已知条件和要回答的问题,弄清各种物质间的关系;二是抓好解题关键,找出解题的突破口;三是联系所学知识,排除干扰,精心筛选,得到正确答案.

要诀3有效无效细甄别,去伪存真解习题

该类题目所给信息是解题的关键,从所给信息中提取有效信息,去除干扰信息,可以快速准确地得到答案.有效信息的提取可以结合前后所给的内容,比如选择题可以结合选项和题设;填空题可以结合所提问题等.只要是与题目所给问题有关的信息,即有利于解题的信息都是有效信息,其他的为无效信息.

要诀4善用类比思维巧搭桥梁

类比思维是化学解题过程中一种常用的思维方法,采用的是用已学知识与题设问题从关系及形式上进行迁移的方法,如从已知物质的性质推测未知物质的性质等.使用此方法关键在于抓住题中信息,找准原型知识,将物质进行“对等”转换,或找出有关的变化规律进行迁移判断.

例7(2020年新高考卷Ⅰ)α-氰基丙烯酸异丁酯可用作医用胶,其结构简式如图6所示.下列关于α-氰基丙烯酸异丁酯的说法错误的是( ).

图6

A.其分子式为C8H11NO2

B.分子中的碳原子有3种杂化方式

C.分子中可能共平面的碳原子最多为6个

D.其任一含苯环的同分异构体中至少有4种不同化学环境的氢原子

解析

结合该分子的结构简式可以看出,其分子式为C8H11NO2,选项A正确;该分子中含—C≡N(氰基)、(碳碳双键)以及碳碳单键,采用的杂化类型分别是sp、sp2和sp3共3种杂化方式,选项B正确;碳碳双键、碳氧双键中碳原子共平面、—C≡N(氰基)共直线,O原子采用sp3杂化,为V形结构,链状的碳碳单键中最多有2个C原子共平面,则该分子中可能共平面的C原子可表示为,选项C错误;α-氰基丙烯酸异丁酯和苯乙酸铵(C6H5—CH2COONH4)等物质互为同分异构体,乙酸铵基(—CH2COONH4)可以拆分成—CH3和—COONH4,分布在苯环的邻、间、对位置,故无论哪种含苯环的同分异构体中,都至少含有4种环境的氢原子,选项D正确.答案为C.

【灵犀一点】本题在确定碳原子的杂化方式时运用了类比思维,直线形的碳原子是sp杂化、平面形的碳原子是sp2杂化、单键碳原子是sp3杂化.此外,α-氰基丙烯酸异丁酯的分子式是C8H11O2N,在判断含有苯环的同分异构体时,减去一个苯基(C6H5—),还剩余C2H6O2N,氢原子数目达到烷烃的最大饱和数,此 时 一 定 不 要 忽 视 氨 基 (如)和羧酸铵盐,这是解答本题至关重要的一个瓶颈点,也是学生的一个知识盲区.