基于“价维”和“类维”双角度——巧妙破解高考题中陌生的无机方程式

李 娜 沈金龙

(1.山东省博兴县第三中学;2.山东省博兴第一中学)

一、问题的提出

新高考命题理念从“知识立意” “能力立意”向“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”发生转变。在评价模式上,实现了从主要基于“考查内容”的一维评价模式向“考查内容、考查要求、考查载体”三维一体的评价模式的转变。化学的特征是从微观层面认识物质,以符号的形式描述物质,在不同层次创造物质,要求学生“能用符号表征物质及其变化”。因此,陌生元素及其化合物方程式的书写这一类型题目非常流行,在考题形式上,新情境、新物质、新反应受命题者青睐,在考查陌生元素及其化合物方程式书写的考题重在考查学生提取信息、分析信息、迁移应用、整合知识的能力,重在发展学生的化学核心素养。

陌生元素及其化合物方程式的书写是高考必考题型,不管是从学生学还是教师教这两个方面来说此类问题都是难点,同时也是高考考查的重点。学生遇见陌生元素及其化合物不能正确的运用高中化学的基本原理解决这一类问题,所以学生害怕遇见此类问题,其实不能正确的书写方程式的根源在于学生没有正确的把这一类问题归类,对这一类题目考查的方向不清晰,故笔者分析和整理近几年高考题中对此考点的考查,总结出书写陌生元素及其化合物方程式的技巧。

二、分类和解题技巧

分析近几年的高考题,陌生元素及其化合物方程式书写的考查,其实就是从“价维”和“类维”两个角度来考查物质之间的转化,现将这一类问题归纳总结为以下三种类型的考查。

1.氧化还原型

氧化还原类型的化学(离子)方程式的书写是高考题中常考的题型,根据题目给定的信息,在新情境中分析物质的转化,确定反应的核心元素,从“价维”的角度分析,是否存在元素化合价变化。根据以下氧化还原离子方程式书写的思维模型,从而解决氧化还原反应中离子方程式的书写:①根据题目信息,分析反应中核心元素对应的反应物和生成物。②根据电子转移守恒,给氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物配系数。③根据电荷守恒,通过分析题目信息,推断溶液的酸碱性(酸碱性的判断可以根据以下3点入手:Ⅰ.从题目信息中获得溶液的酸碱性;Ⅱ.根据反应产物的性质,在酸性或者碱性条件下才能存在,从而推出溶液的酸碱性;Ⅲ.根据反应离子的水解情况,判断溶液的酸碱性)。④根据原子守恒补物质。

【例1】(2020年全国Ⅰ卷,26题节选)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。

。

【解题过程】分析题目信息V为核心元素,从“价维”的角度分析,此反应为氧化还原反应,钒元素的化合价升高,那么必须有氧化剂,根据题目给出的流程图,MnO2为反应的氧化剂,根据氧化还原反应的基本原理,推测出二氧化锰转化成Mn2+,依据氧化还原离子方程式书写的思维模型,就可以简单地解决此题。

【例2】(2020年全国Ⅲ卷,27题节选)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O):

硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式

。

【解题过程】分析题目信息,从“价维”的角度分析,此反应为氧化还原反应,确定反应中的镍元素化合价变化,根据题目信息,次氯酸根离子氧化了镍元素,ClO-转化成Cl-,依据氧化还原离子方程式书写的思维模型,顺利地得到此题的答案。

对于此类问题均是基于真实情境,考查了学生分析问题、解决问题和学以致用的能力,注重知识之间的关联,根据氧化还原反应离子方程式书写的思维模型,可以简单地解决。此类问题重在发展学生的“微观探析” “变化观念” “证据推理和模型认知”的化学学科核心素养。

2.迁移应用型

该类问题考查学生对教材中案例的熟悉程度和掌握情况,能从物质类别、性质相似等角度,将已学知识应用到新物质的转化中,并过渡到现有问题考查的微粒上来,从微观角度分析,通过分析类比学过的微粒的性质,根据反应的原理,迁移应用解决此类方程式的书写。

【例3】(2015年新课标Ⅰ卷,27题节选)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示。

单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程

。

【解题过程】首先根据题目给定的信息判断为金属单质Mg与H3BO3的反应,根据物质转化的通性,生成的应该是H2,然而根据题目信息可知生成的是单质B,再根据教材中Mg与CO2的反应,类比教材,则可判断此题应该是Mg与B2O3的反应,再根据学过的含氧弱酸的通性,硼酸受热易分解,从而转化类比的反应,此题就可以很轻松地解决。

【例4】(2021年湖南卷,17题节选)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中,铈(Ce)主要以CePO4形式存在,还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下:

“沉铈”过程中,生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为

。

【解题过程】对于这一个反应来说,考查知识的迁移应用能力。Ce3+与碳酸氢根离子的反应,虽然在前几年的高考题中考查只涉及沉铁、沉钴、沉锰,但是对于本题来说,学生迁移应用以往所学的知识便可以解决,但是题目难度有所提高,对于此题来说生成的是带有结晶水的沉淀,教师讲解时可以帮助学生建立复杂问题拆解化的思想,生成碳酸铈沉淀后,再加结晶水,这样学生就可以轻松地解决问题。

此类方程式的书写,重在考查学生迁移应用的能力,解决此类问题要求学生必须掌握教材中常见物质的典型化学性质,根据已知的微粒的性质,可以迁移应用到题目中陌生的物质。对于此类题目来说重在发展学生的“微观探析” “变化观念” “证据推理”的化学核心素养。

3.复分解型

此类问题的考查主要是在以上题型的基础上分析,若核心元素的化合价未发生变化,根据反应的基本原理和题目中的信息,就可以推出反应的产物,结合原子守恒的思想,配平方程式,顺利解决此类方程式的书写。

【例5】(2015年新课标Ⅰ卷,27题节选)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:

写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式______________________________。

【解题过程】通过分析可知,元素的化合价没有发生变化,所以可以从物质类别的角度来解决问题。盐与酸的反应是典型的复分解反应,在反应后的流程中,继硫酸酸浸步骤之后,涉及的变化均为物理变化,无物质之间的转化,再根据题目中产物的提示信息可知生成物为H3BO3,最后根据原子守恒规律,这样就可以解决此问题。

【例6】(2019年全国Ⅰ卷,26题节选)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:

回答下列问题:

在95℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为

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【解题过程】分析此题可知,此题虽然没有直接考查(NH4)2SO4与Mg2B2O5·H2O的反应方程式的书写,但是题目中考查了该反应生成的气体,所以学生首先必须正确地判断出“溶浸”中的反应,才能分析“吸收”中的反应,其实此题与2015年的新课标Ⅰ卷27题中H2SO4与Mg2B2O5·H2O反应的考查异曲同工。该题考查的是盐与硫酸铵的反应,分析可知无论是B还是Mg的化合价均未变化,故根据题目信息和复分解反应的基本原理,可以推断出反应的方程式。

三、结束语

针对高考题中陌生元素方程式的书写来说,主要考查学生分析信息、提取信息,应用信息的能力,所以需要学生能够正确地审题,并且可以从试题提供的信息,准确提取出实质性的内容,对试题有一个整体地把握,最终找到解题的突破口。高考题更偏重于对知识获取过程的考查,更强调解决问题和知识运用,重在发展学生的化学核心素养。笔者根据十几年的教学经验和实践,归纳总结从“价维”和“类维”双角度思考陌生元素方程式书写的问题,根据笔者划分的三种类型,能够快速、有效、准确地书写陌生元素方程式,希望对大家有所帮助。