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在化学工艺流程题型复习中聚焦学生的核心素养

时间:2024-06-17 09:00:03 来源:网友投稿

摘 要:化学工艺流程题考查知识点多,学生体验感差,得分率低。针对此问题,文章对2022年高考全国乙卷工艺流程题加以深入研究,对其设问方式、命题方式等加以探讨,希望为学生解答此类题拓宽思路,提高学生高三复习质量,进而培养学生的化学学科核心素养。

关键词:核心素养;
化学工艺流程;
复习

中图分类号:G427                                文献标识码:A                                       文章编号:2097-1737(2023)15-0008-03

引  言

当前,科学技术的发展日新月异,对创新型人才的需求不断增加,教育评价体系也在不断革新。高考禀着“一核四层四翼”体系,关注对学生核心素养的培养,着力于以社会科技发展、生产生活等具体现实的问题情境为介质,从考查知识转型为考查能力。《教育部关于做好2022年普通高校招生工作的通知》指出,要推进考核内容改革,重于“优化试题呈现方式,

加强对关键能力和学科素养”的考查,引导减少死记硬背和“机械刷题”现象。显然,高考强化了学生的实践能力和探究意识,侧重考查学生的思维能力,尤其是逻辑思维能力和抽象思维能力。化学工艺流程题以生产实际情境为载体,在课程知识框架上,问题形式灵活多样,设问视角层出不穷,对知识、能力的考查一样不落。

一、高考工艺流程题的分析

纵观这几年高考,工艺流程题是综合性较强的热门题型,内容紧跟时代步伐,大多为主观题形式,分值在14~16分之间。该试题通常由题头、流程框架、题尾三个部分构成,以元素、操作、条件等为基本要素,综合考查化学术语、元素物质性质、电化学、氧化还原反应规律、方程式书写规则、反应速率及影响因素、物质分离提纯操作、沉淀溶解平衡移动等相关知识,一方面考查学生对化学基础知识、基本技能的了解和熟悉程度,另一方面考查学生应对问题中的转化过程、图像信号、图表数据等众多信息加工、处理、分析的能力,还需要学生有一定的学科敏感度,以及灵活“抽取”整合相关联知识处理问题的能力和敢于探索、敢于创新的能力[1]。

由于工艺流程题中涉及的元素种类颇多,甚至有过渡元素,学生总认为这是教材之外的知识,遇到题时无从下手。在高二期末复习中,学生更是直言此类题是最难题型,得分率低。笔者对2022年高考全国化学乙卷26题进行探究,也为即将展开的高三一轮复习提供科学的复习策略。

(一)试题背景

随着市场需求的不断扩大,中国成为铅蓄电池的主要生产国和消费国。这几年不断报道出新能源汽车和电动车爆炸事故,将铅蓄电池产业推向了风口浪尖。与此同时,在铅蓄电池生产过程中产生的环境污染隐患也同样不容忽视,环境污染可防、可治、可控,规范废旧铅蓄电池回收处理也已被反复呼吁。

贴近生活的问题情境将知识与实际运用高效地整合,学生既熟悉又陌生,是发展和考查学生学科核心素养的典型形式。因此,本题以“废旧铅蓄电池的回收”为介质,并添加Ba、Fe、Al等杂质,要求学生展开一系列科学严谨的探索。

(二)试题呈现

废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb,还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等。为了保护环境,充分利用铅资源,人们可通过相关流程(如图1)实现对铅的回收。

一些难溶电解质的溶度积常数如表1所示:

一定条件下,一些金属氢氧化物沉淀时的pH如

表2所示:

回答下列问题:

(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为________,用沉淀溶解平衡原理解释选Na2CO3的原因________。

(2)在“脱硫”中,加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化,原因是________。

(3)在“酸浸”中,除加入醋酸(HAc),还要加入H2O2。

①能被H2O2氧化的离子是________;

②H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2,其化学方程式为________;

③H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2,H2O2的作用是________。

(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9,滤渣的主要成分是________。

(5)“沉铅”的滤液中,金属离子有________。

【答案】(1)①PbSO4(s)+CO32-(aq)= PbCO3(s)+SO42-(aq)

②反应PbSO4(s)+CO32-(aq)=PbCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数K==3.4×105>105,PbSO4可以比较彻底地转化为PbCO3;

(2)反应BaSO4(s)+CO32-(aq)=BaCO3(s)+SO42-(aq)的

平衡常数K==0.04<<105,反应正向进行的程度有限;

(3)①Fe2+②Pb+H2O2+2HAc=Pb(Ac)2+2H2O③作

还原剂;

(4)Fe(OH)3、Al(OH)3;

(5)Ba2+、Na+。

(三)试题评析

从命题选材上看,该题是废物的回收利用,具体是以“从废旧铅蓄电池的铅膏中,实现铅的回收”为试题情境,以“Pb、Ba、Fe、Al的盐或氧化物等”为知识载体,通过不同梯度的问题设置,层层铺开,对学生进行考查。从命题设疑角度上看,学生需熟练掌握元素及化合物性质、物质转化规律、氧化还原反应规律、离子方程式書写、沉淀溶解平衡原理及绿色化学等知识。首先,Ba、Fe、Al属于主族元素,学生比较熟悉。关于Pb,教材只在电化学教学中讲解化学电源铅蓄电池的部分提及,学生会觉得相对陌生,因此在审题时需要及时克服畏难情绪,勇于探究,并按照元素周期律,将碳元素的相关知识迁移至铅。这考查了学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养。难溶电解质的溶度积常数和金属氢氧化物沉淀时的pH两个表格,通过Ksp定量计算进而加以判断,要求学生基于数据分析如何“环保除渣”,实现“铅的回收”,测试学生接受、吸收、整合并创造性加工信息的关键能力,考查其“证据推理和模型认知”的核心素养。学生要根据元素化合物的性质及氧化还原反应的规律,分析铅膏中各元素在“脱硫”“酸浸”“沉铅”后最终的存在形式,思考不同物质的转化条件,这可以测试学生融合所学知识,沉着应对问题,灵活解决问题的能力,考查学生“变化观念与平衡思想”的核心素养。整道题贯穿铅的转化及最终回收的过程,引导学生在学以致用的同时,形成可持续发展意识,积极践行绿色化学观念,保护环境,高效利用有限的自然资源。该题的题材紧扣社会热点,问题切入点新颖、思维严谨,突出了试题教育意义。

二、教学启示

(一)夯实基础,构建“模型认知”

纵然高考年份不同、试卷不同,也会出现别出心裁的出题视角,但这一定是基于核心化学知识演变而来的,可以“进化”,但不可能“变异”,如多年来全国卷中的工艺流程题。无论哪个版本的教材,无论知识的编排前后,高中化学知识体系框架都是相对固定的,故反思命题的原则,不论考题如何变化,它的内核一定是高中化学最核心的知识[2]。

在一轮复习中,学生往往重刷题,轻阅读。对此,教师要引导学生回归教材,着眼对教材的全面理解,帮助学生落实学科基础知识,形成扎实的知识体系框架。在工艺流程题的复习中,教师要认真解读教材中的相应内容,如“氯碱工业”“工业上利用黄铁矿FeS2制取硫酸”“工业制HNO3”“工业上制纯碱”“从工业废水中回收FeSO4和Cu”“从海水中提取Mg”“从海水中提取Br2”“海带中I2的提取”等。虽然高考工艺流程题一般不会取材于教材,但可以教材为基石,尽可能创设真实的工业情境,为学生构建“题型模型认知”和“原理模型認知”。“题型模型认知”是指常见工艺流程题的题型,有物质的制备及分离提纯、废物的回收利用等;
“原理模型认知”是指这类题常规的解题策略,如原料的预处理、常用的控制中心反应的条件、核心反应方程式的书写、产品分离提纯的常见方法及可能涉及的计算等。

(二)注重学生化学学科关键能力的培养

随着核心素养的提出,关键能力的培养成为学生发展的重点考查方向。工艺流程题涵盖多方面的核心知识,综合性强,考查能力强。在教学过程中,教师要根据学生具体的学情,创设素材情境,引导学生在陌生的情境中利用自身的必备知识解决问题。以苏教版化学反应原理专题3“溶液中的离子反应”的专题作业第4题:“若在空气中加热MgCl2·6H2O,生成的是Mg(OH)Cl或MgO,写出相应反应的化学方程式”为例,在掌握专题知识点后,学生了解的知识有:在空气中加热MgCl2·6H2O,Mg2+会发生完全水解生成Mg(OH)2,而在HCl气体氛围中加热则可得无水MgCl2,电解无水MgCl2生成Mg和Cl2。但题目告知生成的是碱式氯化镁或氧化镁,学生便会产生认知冲突。此时,教师可以引导学生分析反应物和生成物,结合反应物的性质,推理可能发生的过程,依据化学反应原理及守恒规律写出相应的方程式。学生经过思考讨论,得出MgCl2·6H2O在空气中加热,Mg2+完全水解生成Mg(OH)2,Mg(OH)2加热分解生成MgO,Cl-结合H2O剩下的H+生成HCl,同时还有部分Mg(OH)2与HCl不完全中和生成Mg(OH)Cl。最后,学生根据原子守恒规律写出MgCl2·6H2O(加热)=HCl+MgO+Mg(OH)Cl+5H2O。从这道课后题可以看出,随着知识框架的不断完善,题目的综合性、复杂性和灵活性也有所提高,对思维能力要求逐渐提升,教师必须注意引导学生对问题进行全面、综合的分析和思考,让学生学会运用化学思维,把握问题中的核心要素,使之转化为已学的化学问题,最后通过学科思维推理,在各个条件之间建立联系,从而解决问题。这种能力的培养需要落实在教学的点滴中。高三复习中的题型综合性更强,因此关键能力的培养更需要教师在平时教学中“春风化雨”般的引导。

(三)关注对学生必备品格和正确价值观念的塑造

在高三复习中,教师应关注社会热点中的化学问题,如高科技新材料的开发、大气污染与防治、水污染与防治、诺贝尔奖相关成果等,多角度挖掘试题题材,精心设计问题,不断提高学生接受新信息的能力及学以致用的能力。

化学工艺流程题完美地将化学教育与科技发展、工业生产、生活融为一体,实现了化学知识为经济和社会发展服务,用化学促进经济社会发展的意义。在理解流程题时,学生需要通过严谨求实的分析推导思路,在积累解题方法的基础上逐步提高能力,形成敢于探索、崇尚科学、追求真理的意识,同时在分析反应原理、方案评价中建立对可持续发展的化学认识,培养绿色化学观念,对与化学相关的社会热点问题做出合理的判断,这凸显了化学学科的育人价值。

结  语

综上所述,全国卷的工艺流程题考查的不只是学生的知识储备,更注重对学生关键能力的考查。呈现方式不断优化的考题,要求一线教师避免“满堂灌”教学模式,不断探索“核心素养”背景下行之有效的备考策略,挖掘学生的内在潜力,培养学生多角度看待问题、高效解决问题的能力,提高学生学科核心素养。

[参考文献]

中国高考报告学术委员会.中国高考评价体系解读[M].北京:现代教育出版社,2021.

过文学,丁百林.核心素养视域下的高考化工流程题分析及思考[J].江西化工,2021(6):108-110.

基金项目:本文系福州市长乐区教育科学研究2021年度课题“基于核心素养理念下高中教学策略研究”(立项编号:CL2021KT046)的阶段性成果。

作者简介:陈文珍(1984.3-),女,福建福州人,

任教于福建省长乐第一中学,一级教师,曾在“2011年福建省高中化学新课程实验教学观摩比赛”中荣获二等奖,先后被评为“2011—2012学年校先进教育工作者”“2020—2021学年校先进教育工作者”“2020—2021学年长乐一中优秀班主任”。

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