您好:欢迎访问大龙中学!
首页 >> 教育科研 >> 课题研究 >> 详细内容
 
课题研究 >> 正文
“元素跟踪法”巧解无机化工流程题
日期:2018-04-05 10:06:45  发布人:admin 

广州市番禺区石碁第三中学   徐桂英

  摘要:通过分析无机化工流程题的命题特点和学生在答题中存在问题的基础上,提出了“元素跟踪法”解无机化工流程题的思维模型,并以全国高考化学卷的无机化工流程题为例,用元素跟踪法进行了分析。通过“元素跟踪法”的教学,不仅可以提高学生解题的速度和准确率,还能形成科学的思维方法,促进学生元素观念的建构。

  关键词:元素跟踪法  无机化工流程题

  1.问题的提出

  1.1培养学生化学基本观念的要求

  元素是组成物质的基本要素,总共有一百多种元素,它们组成了世界上数以千万计的物质世界。元素观是化学基本观念之一,是人们从元素角度来认识常见物质的组成结构、性质和变化规律[1],是化学科学素养的重要组成部分。物质的化学性质首先取决于其组成元素及其价态,而且在化学反应前后元素是守恒的。国家颁布的《普通高中化学课程标准(实验稿)》,其中明确指出要培养全体学生的科学素养,而且高考命题的发展趋势也逐渐体现出对各种观念的应用[2]。

  1.2无机化工流程题的命题特点

  无机化工流程题以化工生产实践为背景,以物质的制备和纯化流程图为载体,主要考查常见的金属元素(如:Na、Mg、Fe、Al、Cu等)和非金属元素(如:H、C、N、O、S、Si、Cl等)及其化合物之间的转化关系等。近年高考又出现了学生不太熟悉的元素(如:V、Pb、Sn、Cr等)及其化合物。此类试题的特点有:一是试题情景真实,紧密联系工业生产和社会生活实际,综合性强;二是试题涉及的物质和知识点多,阅读量大,信息较多,难度也较大。命题本意在于考查学生对知识的灵活应用和迁移能力,对信息的采集和整合能力,对问题的分析和解决能力等。

  从2013到2016年全国卷的无机化工流程题的呈现趋势来看,流程变短了、题干信息变少了,表面上试题的复杂性和综合性有所降低,但拼进来的东西多了,命题的角度更灵活了,题目的陌生度更高了。虽然刚刚公布的“2017年高考考试大纲”删去了“化学与技术”模块,但同时强调“高考考核目标体现核心素养的要求,梳理必备知识、关键能力、学科素养、核心价值的层次与关系”[3]。而必做的无机化工流程题满足了这个要求,命题源于教材而高于教材,充分体现了对学科主干知识、综合能力和基本观念的考查。

  1.3考生在无机化工流程题中表现出的问题

  全国卷的理科综合各科试题难度都比较大,能够做完全卷的学生并不多。面对情景陌生的无机化工流程题,学生在分析流程的过程中感觉越来越乱,越来越看不懂,对此种题型产生了恐惧心理,考试时就没有信心做下去,相当多的人随便做做或选择放弃,导致得分率比较低。究其原因,主要是学生在知识和能力方面普遍存在如下问题:

  (1)部分考生对元素化合物知识不扎实,对重要的化工生产原理理解不透彻(如合成氨工业、海水资源的利用、氯碱工业等),对分离提纯的实验技术掌握不牢固;

  (2)迁移和应用不灵活,部分考生有扎实的基础知识,但是遇到陌生情景就乱了分寸, 不能准确判断试题想要考查的知识点,不能顺利地将所学知识和试题的建立联系,看到试题无从下手,或者答非所问;

  (3)观察和分析能力差,不能从题目中发掘解题信息。

  对于高三学生存在的上述问题,要在短时间内解决难度非常大。如果教师能够在解题方法上助学生一臂之力,帮助学生重新建立解决无机化工流程题的信心,对学生来说是非常有用的,对提高成绩也是非常高效的。“元素跟踪法”可以帮助学生在没有读懂流程的情况下,跟踪试题中的元素和化合价快速解决问题。

  2.“元素跟踪法”的思维建模

  “元素跟踪法”解决无机化工流程题的核心是抓住元素及其化合价来分析,这里所说的元素又分为核心元素(目标产品中的元素)和杂质元素,而化合价变化一般会出现明显的氧化剂或还原剂。虽然流程中涉及的物质很多,但涉及的元素就那么几种,一般情况下哪些元素会结合在一起或通常以什么形式存在,对学生来说则不难。“元素跟踪法”的思维建模如下:

 

图片3.png

 

例如: (2016全国丙卷28题)

 

图片4.png

 

  原料为废钒催化剂(V2O5、V2O4、 K2SO4、SiO2、 Fe2O3、Al2O3),产品为V2O5。所以核心元素为V,且化合价由+4升到了+5价,辅料KClO3就是氧化剂;杂质元素为K、Fe、Al、Si元素和SO42-,辅料一般不会引入新杂质;不难看出,SiO2与H2SO4不反应,所以Si元素在废渣1中以SiO2形式存在;Fe、Al元素经常以氢氧化物的形式沉淀,所以废渣2的成分为Fe(OH)3和Al(OH)3;最后杂质元素K就在流出液中。这样就可以很快完成试题上的三个问题,节约时间。

“元素跟踪法”的解题步骤如下:

  (1)快速浏览,把握整体。将试题快速浏览一遍,找出原料和产品的成分及其化学式,并在流程图相应的位置标出来,分析原料、辅料和目标产品所含元素(H、O元素不用考虑)及其化合价;流程图中间加入的辅料和出来的副产品,有哪几处发生化学反应;试题有几个小问,大体上是考查哪些方面的;是否有关于物质性质的补充信息等。

  (2)对照问题,结合流程,准确定位。根据问题中的关键词,快速定位在流程图的某一位置,分析进去和出来的箭头,对于发生物理变化的步骤有时可以往后跳过几步。

  (3)分析命题意图,回忆相应的知识点。试题只是载体,每一个问题背后隐藏着对化学核心知识考查,是教材知识或解决问题方法的迁移、延伸应用。如有关电解的问题就要回忆氧化还原知识、放电顺序、电解精炼铜、电镀铜等相关模型和解题步骤。

  3.“元素跟踪法”巧解无机化工流程题例谈

  例如:锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe- = LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。

 

图片5.png

 

  回答下列问题:

  ①LiCoO2中,Co元素的化合价为    。

  ②写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式    。

  ③“酸浸”一般在80℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式        ;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是       。

  ④写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式             。

  ⑤充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式   。⑥上述工艺中,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是         。在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有        (填化学式)。

 “元素跟踪法”分析步骤如下:

  原料含Li、Co、Al元素,观察流程知Li、Co、Al元素分别以Li2SO4、CoCO3、Al(OH)3形式出来了,且Co元素的化合价由+3变为+2价,所以就可以完成⑥中的第二空;

  ②问定位“正极碱浸”中,LiCoO2与NaOH溶液反应吗?通过观察流程知Li、Co元素是在滤渣中,所以LiCoO2与NaOH溶液不反应,只有Al与NaOH溶液反应;

  ③问定位“酸浸”中,出现H2O2这种物质,回忆H2O2的性质为既可以做还原剂,也可以做氧化剂,热稳定性差。结合Co元素的化合价由+3变为+2价知,H2O2做还原剂,化合价升,变为O2,然后配平快速完成化学方程式。用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,即盐酸中的Cl-做还原剂,化合价升高,就变为Cl2会污染环境。

  ④问定位“沉钴”中,观察出元素的化合价未变,那就是复分解反应,离子之间交换成分,NH4+和SO42-结合为(NH4)2SO4,根据N原子守恒配2NH4HCO3,这样左边C原子就多1个,右边就有CO2生成。

  ⑤问题干已知充电时电池负极发生的反应为6C+xLi++xe- = LixC6,即充电6C→        LixC6,而放电是充电的逆过程,及放电时LixC6 → 6C,题目又已知“充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化”,根据Li元素守恒,Li1-xCoO2在反应物,LiCoO2在生成物,这样就很快写出该反应式。

  4.结语

  本人的教学实践证明,在高三一轮复习阶段就利用上述方法进行教学,中等及以上学生的化学成绩提高比较显著;学生也感觉到如果能抓住流程中的元素则流程图题都是基础问题,如果抓不住则感觉很乱、很难;学生对元素守恒法解决计算问题也越来越熟练,说明学生对元素观的认识也有一定的提高。“元素跟踪法”解决无机化工流程题要求学生有一定的基础知识储备,如离子反应、氧化还原、分离提纯、元素化合物等知识。另外在对学生解题能力培养过程中,除精选习题外,还要以习题为载体渗透解题模型思路,训练思维逻辑,有思路才有出路。

 

【参考文献】:

  【1】毕华林,卢魏.化学基本观念的内涵及其教学价值[J].中学化学教学参考,2011(6) :3-6

  【2】王岩.基于元素观的高三化学复习教学设计与实践研究[D].江西师范大学,2016(6)

  【3】教育部考试中心.2017年普通高等学校招生全国统一考试大纲的说明[M].2016.12:350

QQ图片20190329164421.jpg
微信公众号

粤公网安备 44011302000293号