对一道高考题的刍议

卜庆军

(山东省潍坊市教育科学研究院)

工艺流程是高考化学题中经常出现的一种情境载体,因其涉及的核心物质的转化反应、反应条件的控制等情景,对学生来讲极为陌生,能够较好地考查学生在新情境下发现问题、分析问题和解决问题的能力,越来越受到高考命题专家的重视。如2022年山东卷就出现了2道工艺流程题,分别是12题以硫化铜精矿为主要原料制备铜粉的工艺流程,17题以氟磷灰石为原料生产磷酸和石膏的工艺流程。笔者在研究中发现,2022年山东卷12题由于试题情境所给信息的限制,导致考生对于A选项不能正确作出判断。现就这一问题进行讨论,得到专家同行的指正。

1.高考题原题分析

1.1 原题呈现

(2022年山东卷,12题)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下,可能用到的数据见下表。

Fe(OH)3Cu(OH)2Zn(OH)2开始沉淀pH1.94.26.2沉淀完全pH3.26.78.2

下列说法错误的是

( )

A.固体X主要成分是Fe(OH)3和S;金属M为Zn

B.浸取时,增大O2压强可促进金属离子浸出

C.中和调pH的范围为3.2～4.2

D.还原时,增大溶液酸度有利于Cu的生成

1.2 试题A项分析

试题以高压氢还原法提取铜粉为载体,考查了利用氧化还原反应、离子反应等基本知识进行物质判断,分析反应条件等考点。从工艺流程及附表可以看出,流程中硫化铜精矿经高压氧、硫酸浸取后,得到含Cu2+、Fe3+、Zn2+的溶液,通入NH3中和调pH后过滤得固体X。从物质分离的角度分析,通入NH3中和调pH的目的是让Fe3+沉淀,而Cu2+、Zn2+留在溶液中,所以固体X中肯定含有Fe(OH)3。滤液经高压氢还原得到Cu和金属M,则金属M为Zn。原题中A选项考查固体X的主要成分。对于Fe(OH)3学生很快就能作出判断,但是对于S,由于题给信息的限制,学生不易快速准确作出判断。在此笔者产生疑问:流程中是否一定产生单质S?

2.流程中S元素的转化分析

从流程中发生反应的物质来看,硫化铜精矿中含有-2价的S,在高压氧存在的条件下,-2价的S被氧化生成0价的S,如果0价的S不再转化,在调pH后过滤,S被分离出来,固体X中含有S。但此时基于题目已有信息会产生以下问题:(1)S元素最终是否必须转化为单质S?(2)在题给条件下,单质S能否被进一步氧化?

2.1 从流程中核心物质转化的角度分析

2.2 从反应条件的角度分析

2.3 从S的转化角度分析

进一步查阅文献可知,在高压氧条件下,单质S可以进一步被氧化。另外有学者认为,黄铜矿(CuFeS2)在加压浸出过程中,涉及的部分反应如下:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2.4 从工业生产实际分析

工业上一般按照温度范围,将硫酸体系的加压浸出分为高温、中温和低温加压三大类。其中高温的加压浸出是指温度在200～230℃、总压强大于3 MPa的条件下进行的加压浸出,该过程中硫化物中的硫元素全部转化为硫酸。中温和低温加压浸出,硫化物中的硫元素基本转化为单质硫。综合工业生产实际情况,硫化铜精矿经硫酸和高压氧处理后硫的转化产物并不唯一,转化为单质硫只是其中一种情况。

本题所用的素材是一套完整的提取流程,其中硫化铜的浸取产物在生产实际中为单质硫,但这个原理及生产实际并不是学生应该掌握的或根据已有知识能推断出来的。

2.5 从学生的知识储备分析

综上所述,该题A项设置并不恰当,学生根据已有知识或题干所提供信息,无法作出准确判断。

高考评价体系提出的命题情境要求:作为考查载体的情境,最好取材于真实的文献资料、生产生活实际,要有丰富的数据作为支撑。情境的选择要注重内容和形式的丰富性,要包含引导设问的必要且充分的信息,具有较强的包容性、内容拓展性和可解释性。在情境的呈现上,要根据学生的认知特点、中学化学的内容及试题的考查要求,确保试题情境的文字表述、图表的呈现等简洁、平实、清晰,语义准确无歧义,内在逻辑关系清楚。从命题情境要求看,笔者认为该题不符合上述要求,未能呈现设问的必要且充分的信息。

该题是综合性试题,注重考查学生学科知识内容之间的联系,引导学生整合所学知识并培养学生的实践思维。在命制试题时,应根据考查的需要,在已选生产生活中的真实案例的基础上,参照学生的实际认知水平,进行合理的简化或处理来设置问题情境,确保学生能根据情境,找出解决问题所需的必要信息,达到考查学生综合运用知识解决实际问题的能力。