精心设计问题,考查探究与创新能力
近两年,化学高考命题常常以生产工艺流程为考查载体,考查创新意识,促进探究与创新能力的发展。
2020年全国Ⅰ卷理科综合第26题以黏土钒矿制备NH4VO3的工艺流程为载体,考查工艺流程的分析、物质的分离和提纯、化学方程式的书写等,解题的关键是根据物质的流向分析工艺流程中每一步骤的作用和目的。2020年全国Ⅰ卷理科综合第27题,要求回答检验电极活化反应完成的方法,第35题要求阐释第一电离能大小的结构原因;全国Ⅱ卷理科综合第35题要求说明钛的四卤化物熔点变化的规律及原因;全国Ⅲ卷理科综合第27题解释“碱浸”中NaOH的两个作用等。试题从不同角度设置问题,要求说明操作目的、阐释理由等,考查考生利用专业术语准确表达思考结果,引导考生培养创新思维能力与语言表达能力。
化学学科的语言表达是交流和展示理论学习成果、撰写实验报告、发表科研论文的基础。
例如,2021年全国甲卷理科综合第27题:
胆矾(CuSO4·5H2O)易溶于水,难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾,并测定其结晶水的含量。回答下列问题:
(1)制备胆矾时,用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外,还必须使用的仪器有_____(填标号)。
A.烧杯 B.容量瓶 C.蒸发皿 D.移液管
(2)将CuO加入到适量的稀硫酸中,加热,其主要反应的化学方程式为
___________,与直接用废铜和浓硫酸反应相比,该方法的优点是___________。
(3)待CuO完全反应后停止加热,边搅拌边加入适量H2O2,冷却后用NH3·H2O调pH为3.5~4,再煮沸10 min,冷却后过滤。滤液经如下实验操作:加热蒸发、冷却结晶、____、乙醇洗涤、____,得到胆矾。其中,控制溶液pH为3.5~4的目的是________,煮沸10 min的作用是______。
(4)结晶水测定:称量干燥坩埚的质量为m1,加入胆矾后总质量为m2,将坩埚加热至胆矾全部变为白色,置于干燥器中冷至室温后称量,重复上述操作,最终总质量恒定为m3。根据实验数据,胆矾分子中结晶水的个数为______(写表达式)。
(5)下列操作中,会导致结晶水数目测定值偏大的是_____(填标号)。
①胆矾未充分干燥 ②坩埚未置于干燥器中冷却 ③加热时有少量胆矾迸溅出来
本题以经过处理的工业废料为原料,利用其与稀硫酸反应制备胆矾并测定其结晶水的含量,考查工艺流程的分析、物质的分离和提纯、化学方程式的书写等,解题的关键是根据物质的流向分析工艺流程中每一步骤的作用和目的。(https://www.daowen.com)
又如,2021年全国乙卷理科综合第26题从磁选后的炼铁高钛炉渣中通过一系列化学反应回收钛、铝、镁等,深入考查考生的化学综合应用能力。题目如下:
磁选后的炼铁高钛炉渣,主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源,通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

该工艺条件下,有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表。

回答下列问题:
(1)“焙烧”中,TiO2、SiO2几乎不发生反应,Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式_________________________________。
(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0,在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6,依次析出的金属离子是____________。
(3)“母液①”中Mg2+浓度为____mol·L-1。
(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”,最适合的酸是____。“酸溶渣”的成分是_____、_____。
(5)“酸溶”后,将溶液适当稀释并加热,TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀,该反应的离子方程式是_____________________。
(6)将“母液①”和“母液②”混合,吸收尾气,经处理得_______,循环利用。
本试题提供资源回收的工艺流程图与相关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH数据,促使考生从图表中获取关键信息,同时引导考生运用图表表达化学反应与化学性质。试题以具体的操作设问,加强化学与现实问题的联系,注重考生运用化学知识与化学思维的自主思考。