浅析学科核心素养下的初中化学除杂问题

蒋晨

除杂问题是初中化学学习中不可或缺的重点，也是教学中的难点，多年来各省、市的中考试题都以各种形式呈现了这部分知识点;在近几年的全国高考试题中更是有多种形式的题型呈现除杂思维，例如工艺流程题、实验题等。

由于初中知识结构的局限性，大部分师生的思维已固化，认为除杂即通过化学、物理方法将杂质除去，需保留的物质不能被反应。如人教版九年级下册13页习题6：除去FeCl2溶液中的杂质CuCl2，利用初中的除杂思维模型，教师一般的讲解方式是将过量铁粉加入混合溶液中，充分反应后，过滤，所得滤液即FeCl2溶液。根据以上例题，学生学习了第一种除杂模型——将杂质通过化学、物理方法除去，与需保留的物质分离。但在高中的除杂思维却可以先将需保留的物质通过化学反应转化为易与杂质分离的物质，继续将杂质通过化学、物理方法除去，最后再将需保留的物质还原出来即可。如在普通高中课程标准实验教科书化学必修1中第81页第9题：从硅的氧化物可以制取硅单质，主要化学反应如下：粗硅的制取：SiO2（石英砂）+2C高温 Si（粗硅）+2CO↑ 由粗硅制纯硅（常用方法）Si（粗）+2Cl2 SiCl4

SiCl4+2H2高温Si（纯）+4HCl，不难发现第二个化学方程式将要保留的Si先反应成了SiCl4，这样就将Si与杂质分离了，再通过第三个化学方程式将SiCl4转化回纯硅。根据以上例题，充分利用了第二种除杂模型——将需保留的物质先转化为易分离的物质，待杂质除去后，再将需保留的物质转化回来。初、高中的除杂思维有着明显的差异，初中建立的除杂模型已有一定的局限性;随着中、高考试题的变革与创新，初中师生固化了的思维应该被打破了，应该多帮助学生建立多样化的认知模型。

《普通高中化学课程标准（2017年版）》中指出，化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个方面。对于除杂问题而言，多种解题思路正体现出化学学科核心素养对学生综合素质的要求。

一、核心素养在除杂问题中的具体体现

素养1：宏观辨识与微观探析

无论是初中学生还是高中学生，对于除杂问题，解题思维都要求学生能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化，能分析出需保留物质与杂质的组成、结构、性质，区分出物质之间的差别，并利用其特性将其分离开来。

素养2：变化观念与平衡思想

如上所述，除杂问题更多的是利用了化学变化来除去杂质，这就要求学生能认识到物质是运动和变化的，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律;能多角度、动态地分析化学变化，运用化学反应原理解决除杂问题。

素养3：证据推理与模型认知

要求学生具有证据意识，能给予证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪，这一点通过中、高考中的工艺流程题、实验题等得到了很好的体现。该素养中要求学生能通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要求及其相互关系，建立认知模型。在基础教育阶段，这也是对老师们的要求，帮助学生建立一些认知模型，后期学生才有可能自己完善认知模型，甚至不破不立，自己建立一些认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。例如除杂问题就有上文中的两种认知模型。

素养4：科学探究与创新意识

科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动，能发现和提出有探究价值的问题是科学探究的主要目的;在许多实际工艺流程中都运用了除杂的思想，比如工业上如何从石英砂中提取中高纯硅;科学探究也从“陌生”情景变成了解决生活实际问题，比如探究生活中常见的红砖粉末是否能催化过氧化氢溶液分解。联系实际问题，更加体现了化学的学科价值;创新意识不是单纯的异于常态，一定是基于对有研究价值、能解决实际问题的质疑、实践，依据探究目的，运用多种方法进行实验探究，善于合作，勇于创新。

素养5：科学態度与社会责任

要求学生具有安全意识和严谨求实的科学态度，具有探索未知、崇尚真理的意识。很多实际问题可能和课本上的知识有不同的解决方法，比如工业上利用石灰石或大理石制取精细碳酸钙，从课本上我们学习到这两种物质的组成是相同的，但实际上却要通过多个化学反应才能得到产品;这说明仅通过课本上的简单知识解决实际问题是不够的，还要具有严谨求实的科学态度，不断探索，勤于实践。

二、除杂模型在中、高考试题中的呈现及对教学的启示

综上所述，鉴于这两种除杂模型对我们初中教学有什么样的启示呢？

根据人教版义务教育教科书九年级下册化学教材第13页第6题，学生学习了第一种除杂模型——将杂质通过化学、物理方法除去，与需保留的物质分离。在普通高中课程标准实验教科书化学必修1中第81页第9题，充分利用了第二种除杂模型——将需保留的物质先转化为易分离的物质，待杂质除去后，再将需保留的物质转化回来。如若在初中教学中仅仅让学生接触第一种除杂模型，甚至固化——有且仅有这一种除杂模型，那么可能大部分学生进入高中学习后都会经历很长的适应时期，甚至有部分学生无法接受新的认知模型。这就对我们基础化学教育提出了更高的要求！基础认知教育不是知识的简单化，而是基于一定的观念建立、模型认知、科学探究、证据推理等形成学习化学的方法，展现化学课程学习对学生未来发展的重要价值。下面我就结合近年来的中、高考试题简单的谈一谈。

（一）在中考试题中的呈现

（2017江苏省淮安市，第18题节选）氯化镁是一种重要的化工原料，同学们在实验室对其开展了系列研究。

课题1：选择制取氯化镁的原料

【查阅资料】

①全球海水中含有的盐类总质量为5亿亿吨，其中含有的各种离子占盐类总质量的百分含量如下表所示：

②工业生产中海水或卤水（海水晒盐后的剩余溶液）都可以作为制取氯化镁的原料。

【交流讨论】

同学们经讨论，一致选择卤水用于实验室制取氯化镁。你认为他们的理由是 。

课题2：由卤水制取氯化镁

同学们设计如题18图所示方案，从卤水中制取氯化镁。

（1）溶液X的名称是 。

上题中需保留的物质是氯化镁，杂质多为可溶性物质，若用物理或化学方法除去，涉及较多化学反应，过程复杂，所以在实际生产中，先将氯化镁用氢氧化钠转化为沉淀，因为氢氧化镁沉淀更易与杂质分离开来，再用过量的稀盐酸（即溶液X）与氢氧化镁反应生成氯化镁。这种除杂思维正是利用了第二种除杂模型。

（2019年云南昆明，第25题节选）碲（Te）广泛用于彩色玻璃和陶瓷工艺。用某工业废渣（主要含有TeO2、少量Ag、Au）为原料制备碲的一种工艺流程如下：

回答下列问题：

（2）滤液1中的两种溶质是H2SO4和 （填化学式）。

（3）上述工艺流程中设计“废渣→……→TeO2”的目的是 。

（4）“酸溶”后，在TeCl4溶液中通入SO2，反应生成碲和初中化学中两种常见的酸，则该反应的化学方程式是 。

上题工艺流程中，杂质是Ag、Au，需保留的物质为微溶于水的TeO2;若用第一种除杂模型，应该想方设法将Ag、Au反应掉，但仅用初中所学知识这是很难办到的;所以设计“废渣→······→TeO2”这段流程就是为了将TeO2用过量氢氧化钠溶液转化为Na2TeO3溶液，这样只需通过过滤操作即可将Ag、Au除去，再利用向滤液滴加过量稀硫酸的方法，把Na2TeO3转化为TeO2。

以上两道中考题都利用了第二种除杂模型解题，不难发现近年来各省、市中考题都呈现出接轨高考或高中解题思维的趋势。所以在初中教学中教师也应该打破一些固化思维模式，帮助学生建立多样化认知模型，逐渐培养学生自主学习能力，提升学生综合素质。

（二）在高考试题中的呈现

（2018高考江苏卷第16题节选）以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金屬硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：

（3）向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由______（填化学式）转化为____（填化学式）。

根据流程，矿粉焙烧时FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2，在空气中CaO与SO2最终转化为CaSO4;“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3;Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2;向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与NaAlO2反应生成NaHCO3和Al（OH）3，继续将Al（OH）3加热分解即可获得Al2O3，这样就能从高硫铝土矿生产Al2O3并获得Fe3O4。这道高考中的工艺流程题很好地反映出实际生活中是如何利用第二种除杂模型来解决杂质问题的。所以建立多种除杂模型对于学生来说是必要且实用的。

（三）教学启示

近年来各省市中考题越来越多地呈现出结合生活实际、结合高考试题的趋势，若在初中基础教育阶段固化了学生的思维，这对学生后续的学习是非常不利的。对于某些经典题型而言，建立一定的认知模型是一种很好的学习方法。除杂问题实际上是将杂质与要保留的物质分离开，多数情况下我们会考虑将杂质通过化学反应直接变为要保留的物质，或者将杂质通过化学反应变为与要保留物质不同状态的物质，这样就易于分离了;但有些时候，我们可以转换一下思维方式，将需保留的物质先转化为易分离的物质，待杂质除去后，再将需保留的物质转化回来。无论是上文中的哪种认知模型，都是解决除杂问题的好方法。模型认知是一种非常好的学习方法，但不应该拘泥于形式，毕竟老师们强行灌输的模型并不能真正体现课程标准对学生学习的要求。义务教育阶段的化学课程是科学教育的重要组成部分，应体现基础性。要给学生提供未来发展所需要的最基础的化学知识和技能，但同时也应该注意培养学生的科学素养，激发学生学习化学的兴趣，衔接好初高中化学学习。