第三屆跨區域命題征集活動成果展示(下)

本刊編輯部

1.一種皂化廢渣含有CaCO3、Ca(OH)2、Mg(OH)2和SiO2,對其進行綜合利用可得到碳酸鎂和輕質碳酸鈣,實現“變廢為寶”。其工藝流程如下,下列說法錯誤的是

( )

A.“溶解浸取”時可用稀鹽酸代替氯化銨,且后續流程不變

C.此工藝不產生有毒有害物質,且有利于實現“碳達峰、碳中和”

D.此工藝中可循環利用的物質有NH4Cl和CO2

【參考答案】A

【命題意圖】本題情境選自科技論文成果,屬于學術探索情境,以皂化廢渣的綜合利用為試題情境,實現了“變廢為寶”,體現了化學的社會價值。本題考查了物質選擇、反應原理、環境保護、循環利用等必備知識。試題解答過程中,需要運用到理解與辨析、分析與推測的關鍵能力。題目題干和設問都以化學學科核心素養為導向,很好地考查了證據推理與模型認知、宏觀辨識與微觀探析、科學態度與社會責任的核心素養,引導學生關注化學價值,樹立可持續發展意識和綠色化學觀念。

【流程分析】

【創新點分析】題干情境選自科技論文,具有一定的新穎性。設問考查角度和形式創新,例如:考查浸取液的類型,浸取液不同(稀鹽酸或氯化銨),反應不同,導致后續流程不同,從而體會選用氯化銨浸取的優點;“碳化Ⅰ”反應的書寫考查學生前后聯系、透過現象看本質的能力;吸收CO2,助力實現“碳達峰、碳中和”,考查環境保護;物質循環利用考查對流程物質轉換過程的理解、物質成分的判斷,樹立綠色化學理念。

河北省石家莊市行唐縣職業教育中心 牛聰哲

【試題評語】本題作者命題情境選自科技論文成果,作者以皂化廢渣的綜合利用為試題情境。試題設問綜合,考查了學生理解與辨析、分析與推測等關鍵能力。題干和設問都以化學學科核心素養為導向,很好地考查了證據推理與模型認知、宏觀辨識與微觀探析、科學態度與社會責任的學科核心素養。本題選材設計較好,有一定新穎性和價值。

北京教育學院 王春

2.銀鋅渣中含有Bi、Pb、Ag、Zn、Au等金屬,某有色設計研究院利用濕法—火法聯合工藝回收銀鋅渣中Bi、Ag、Au,工藝流程如圖。已知:分離混合物中Au單質與從含金的化合物中提取Au單質相比,前者回收率高,回收成本低。流程中加入的物質均過量。

回答下列問題:

(1)通入蒸汽的目的為_______

;

(2)“氯化浸出”中KClO3的作用:_______

________;在實際生產中選擇KClO3起始濃度為25 g/L較為適合,請簡述理由:_______

;

(3)物質A、B分別是________;

(4)已知“還原熔煉”中碳酸鈉與氯化銀反應產生兩種無色氣體,寫出該過程的化學反應方程式:________________________;

(5)“酸溶”時,可選擇的酸是________;

(6)已知加入水合肼(N2H4·H2O)后微熱,寫出“還原”過程的離子反應方程式:_______

;

(7)已知ZnCl2的溶解度如表,“系列操作”為_______

;溶解度/(g/100 g水)

(8)已知:室溫下PbCl2的Ksp為1×10-4,AgCl的Ksp為1.8×10-10。若酸溶、過濾后的溶液中含Ag+0.1 mol、Pb2+0.2 mol,加入NaCl溶液充分沉鉛銀后的溶液體積為100 mL,則需加入含________mol NaCl的溶液。(當溶液中離子濃度≤10-6mol/L時,認為離子完全沉淀去除)。

【參考答案】(1)給氯化浸出過程加熱,加快反應速率,使銀鋅渣充分浸出

(2)做氧化劑,氧化金屬單質(提供沉淀所需的Cl-,此作用可以寫,也可以不寫) 濃度過低,Zn、Bi的浸出率低,不能充分回收;濃度過高,浸出液中溶解的Au增多,不便于Au的回收

(3)Bi、Zn

(5)硝酸(HNO3)

(7)蒸發濃縮、降溫結晶

(8)1.5

【命題意圖】本題的情境來自真實的文獻資料。銀鋅渣中含有Bi、Ag、Zn、Au、Pb等金屬,通過合理科學的方法可以充分回收利用,特別是金、銀等貴金屬,對于工業有重要的意義。本題重點考查了氧化還原反應、金屬元素及其化合物性質等必備知識。本題考查了獲取信息、結合氧化還原反應原理基本知識書寫陌生方程式的分析與推測能力,流程圖理解與辨析能力等,考查了證據推理與模型認知、科學態度與社會責任的學科核心素養。

【流程分析】

反應需要的Cl-Ag+～Cl-Pb2+～2Cl-

0.1 mol 0.1 mol 0.2 mol 0.4 mol

【創新點分析】題干材料真實新穎,集多種金屬單質于一體,主要考查了較不活潑的金屬回收,有一定的創新性。設問角度有第(1)“蒸汽”的作用,既真實又新穎。第(2)問中“在實際生產中選擇KClO3起始濃度為25 g/L”的理由,要從兩個方面闡述說明,設問角度新穎。A、B兩種金屬的分析也是亮點。需要通過流程圖中分離金屬的順序分析出金屬活動性的強弱順序,最終確定金屬的成分。結合溶解平衡的設問和考查,有一定的創新性和區分度?？疾榫S度多,包括陌生方程式書寫、金屬還原性比較、金屬配合物、溶解平衡、混合物分離提純等等核心考點。

湖南省長沙市第一中學 熊娟

【試題評語】本題作者命題的情境來自真實的文獻資料,對于工業實際生產有著重要的意義。本題作者所設問題重點考查了氧化還原反應、金屬元素及其化合物性質等學科必備知識,考查了學生根據試題信息結合氧化還原基本知識書寫陌生方程式的分析與推測能力,流程圖理解與辨析能力等。同時,試題很好地考查了學生證據推理與模型認知、科學態度與社會責任等學科核心素養。另外,本試題選材新穎,原創性好,考查維度多且試題分析到位。

北京教育學院 王春

3.酸洗可除去不銹鋼表面的氧化層,提高不銹鋼表面的光亮度且延長不銹鋼使用壽命。不銹鋼酸洗廢水中酸和金屬的回收利用,有利于環境保護和不銹鋼產業的可持續發展。

已知:①不銹鋼酸洗廢水成分如下表所示:

成分HNO3HFFe3+Cr3+Ni2+含量(g/L)180～20040～4535～455～103～6

②相關金屬離子生成氫氧化物沉淀時的溶液pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol/L計算):

金屬離子Fe3+Cr3+Ni2+開始沉淀的pH1.614.226.22沉淀完全的pH2.785.177.54

回答下列問題:

(2)若向除酸后的溶液中加入氫氧化鈉溶液,當pH調節為2.78時,鐵的沉淀率為98.82%,鎳和鉻的沉淀率接近100%,與理論上Cr3+、Ni2+在此pH下還沒開始沉淀不符,分析原因是_______

_________。

(3)分兩次除鐵,有利于減少萃取劑的使用量。第一次沉鐵采用黃鈉鐵礬法,加入碳酸鈉調節溶液的pH至2,生成黃鈉鐵礬[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀,寫出該反應的離子方程式:_______

;

若pH太小,則黃鈉鐵礬的產率________(填“偏大” “偏小”或“不變”)。

(4)二次除鐵時用正三辛胺(R3N)作萃取劑,磺化煤油作稀釋劑,通過有機萃取可以將酸液中殘留的鐵和鎳、鉻分離。其主要反應如下:

Fe(OH)SO4·(R3NH)2SO4④

pH過大不利于萃取的主要原因是________________。

(5)制得濾渣2時,需要調節溶液的pH范圍是________。

(6)已知NiO的晶體結構與NaCl相似,其摩爾質量為M,晶體密度為ρ( g/cm3),則晶胞中Ni和O最近距離為________nm(列出計算式,NA為阿伏加德羅常數)。

NaCl晶胞

【參考答案】(1)2∶5 平面三角形

(2)三價鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體,有很強的吸附作用,會吸附大量的鎳、鉻共沉淀

(4)pH過大Fe3+會水解,生成Fe(OH)3難以被萃取

(5)5.17≤pH<6.22

【命題意圖】不銹鋼酸洗廢水中酸和金屬的回收利用,有利于環境保護和不銹鋼產業的可持續發展。通過真實情境中的物質的分離、提純,考查學生分析、解決問題的能力。

【流程分析】

【創新點分析】一、題干材料的設置:選自碩士畢業論文,不銹鋼酸洗廢水中金屬離子的資源化分離回收工藝研究,展示現實生活中存在的資源回收利用問題,創造真實情境,有效檢測學生處理問題的能力。

二、設問考查角度:融合了物質結構與性質,考查工藝流程中涉及的基態離子的單電子數之比,陰離子的空間構型,調pH的原因分析,陌生方程式的書寫,改變pH對產率的影響分析,晶胞的計算。

三、考查維度:

知識層面:工藝流程、物質的分離與提純。

能力層面:考查學生接收、整合化學信息的能力。能從提供的新信息中準確地提取實質性的內容。

核心素養層面:考查宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、科學探究與創新意識的學科核心素養。1.考查基態Ni2+、Fe3+的單電子數之比,既需要學生熟悉價電子排布式,又要熟悉軌道表示式。2.當pH調節為2.78時,鐵、鎳和鉻均沉淀,與理論上Cr3+、Ni2+在此pH下還沒開始沉淀不符,增加學生思考維度。3.分兩次除鐵,有利于減少萃取劑的使用量,也是給學生一種思路,分離提純不止一種方法,工業上往往是多種方法綜合使用。4.二次除鐵時用正三辛胺(R3N)作萃取劑,磺化煤油作稀釋劑,通過有機萃取可以將酸液中殘留的鐵和鎳、鉻分離。pH過大不利于萃取,打破有機溶劑中不需要調pH的想法。5.制得濾渣2時,需要學生綜合分析流程,考慮除去的物質,從表格中提取合適的信息進行填空。

四、設問形式為填空、計算、原因分析。

云南民族大學附屬高級中學 羅玉玲

【試題評語】本試題作者題干材料的設置選自碩士畢業論文中有關不銹鋼酸洗廢水中金屬離子的資源化分離回收工藝研究,很好地展示了現實生活中資源的回收利用問題,通過創造真實試題情境,有效檢測學生對于實際問題的解決能力。另外,試題的設問很好地融合了物質結構與性質,考查化學工藝流程中涉及的基態離子的單電子數之比,陰離子的空間構型,調pH的原因分析,陌生方程式的書寫,改變pH對產率的影響分析和晶體結構中晶胞的計算等核心知識。另外,本道題選材較為新穎,原創性好,作者對試題分析到位。

北京教育學院 王春

4.呋喃甲酸是抗菌素的一種,在食品工業中用作防腐劑,也用作涂料添加劑、醫藥、香料等的中間體,可用呋喃甲醛在堿性環境下發生交叉的Cannizzaro 反應制備(該反應大量放熱)。

Ⅱ.實驗裝置:

磁力攪拌器

Ⅲ.實驗步驟:

Ⅳ.相關信息:

a.幾種有機物的性質

名稱性狀相對分子質量溶解度冷水熱水乙醇乙醚呋喃甲醛無色液體96微溶易溶易溶互溶呋喃甲醇無色液體98互溶互溶易溶易溶呋喃甲酸無色晶體112微溶易溶可溶易溶

b.呋喃甲酸在水中的溶解度:

溫度T/℃0515100溶解度S/g2.73.63.825.0

回答下列問題:

(1)儀器a的名稱為________。實驗中需控制溫度為10℃左右,可采取的措施是_______

(任寫一種)。

(2)實驗中需要使用新制的呋喃甲醛,原因是___________________;操作①的名稱為________。

(3)產品Y是________;請寫出向水溶液中加HCl調pH為3時發生反應的化學方程式:_______

____________________。

(4)若要對呋喃甲酸的粗產品進行純化,正確的操作步驟為:________→活性炭脫色→蒸發濃縮→________→________→抽濾→洗滌→干燥。

(5)乙醚易揮發,遇明火易燃,其蒸氣可使人失去知覺;在進行操作②時用裝置B更好的理由是:

_________。

A

(6)取1.120 g純化后的樣品Y,配成100 mL溶液。準確量取20.00 mL于錐形瓶中,滴加指示劑,用0.080 0 mol/L氫氧化鉀(經鄰苯二甲酸氫鉀標定)溶液滴定。平行滴定三次,平均消耗氫氧化鉀溶液24.80 mL。則樣品Y的純度為________(保留三位有效數字)。

【參考答案】(1)球形冷凝管 冷水浴或緩慢加入氫氧化鈉溶液

(2)呋喃甲醛會被空氣中的氧氣氧化 萃取分液

(4)加熱溶解 趁熱過濾 冷卻結晶

(5)及時排出乙醚,以免對人體造成危害或使用電磁加熱無明火,防止引燃乙醚蒸氣

(6)99.2%

【命題意圖】本題以有機物的制備為素材,要求學生從題干和表格中提取有用信息,綜合考查學生的基本實驗操作、儀器的識別、對裝置的理解與改進、信息方程式的書寫、物質的分離與提純、滴定及相關計算。通過學科情境落實學生的信息獲取與加工能力、證據識別與推理能力、實驗操作與探究能力。

【實驗分析】

【解題思路】由題意可知,控制溫度約10℃,呋喃甲醛與氫氧化鈉溶液反應生成呋喃甲醇和呋喃甲酸鈉;向反應混合物中加水使呋喃甲醇和呋喃甲酸鈉恰好溶解,向溶液中加入乙醚萃取分液得到溶有呋喃甲醇的乙醚溶液和溶有呋喃甲酸鈉的水溶液,向呋喃甲醇的乙醚溶液中加入無機鹽干燥除水,然后蒸餾分離得到乙醚和呋喃甲醇;向溶有呋喃甲酸鈉的水溶液中慢慢滴加鹽酸,結晶、過濾、洗滌、干燥得到呋喃甲酸。

【創新點分析】1.將文獻中文字較多的實驗步驟改為流程圖的形式,言簡意賅,減少學生的閱讀量。2.信息給予的形式較多,有裝置圖、流程圖和表格,要求學生能從中提取出關鍵信息,例如幾種有機物的狀態、在不同溶劑中的溶解性、呋喃甲酸在水中的溶解度隨溫度變化較大等信息,從而在物質的分離提純時能選取適當的方法;對于學生信息提取和信息處理的關鍵能力要求較高。3.第(5)問需要學生結合題干信息分析裝置的改進,以及對改進后的優點進行分析,鍛煉學生的實驗探究能力。

云南省昆明市第三中學 嚴涵鈺

【試題評語】本題作者以有機物的制備為命題素材,綜合考查了學生的化學實驗基本操作、典型化學儀器的識別、裝置的作用與改進、陌生反應方程式的書寫、物質的分離與提純、滴定及相關計算。試題注重通過學科情境考查學生的信息獲取與加工能力、證據識別與推理能力、化學實驗操作與探究能力。另外,本道題選材較為新穎,原創性好,試題設問層次較好,試題分析到位。

北京教育學院 王春

5.某實驗小組利用廢鋰渣制備碳酸鋰,實驗過程如下:

已知:

①廢鋰渣含有大量的LiCl、少量LiOH、Li2O、Li3N、白油等;

②陳化是指沉淀完全后,使溶液在一定條件下靜置存放一段時間;

③溴甲酚綠-甲基紅的變色范圍為pH<5.0時呈暗紅色,5.05.2時為綠色。

回答下列問題:

(1)實驗過程中用到的實驗裝置有________。

A

(2)廢鋰渣溶解時,Li3N發生反應的化學反應方程式為_________。

(3)沉淀時加入過量碳酸鈉的原因是_______

_________。

(4)陳化可使微小晶體轉化為較大顆粒晶體,減小晶體的比表面積,減少對________(填離子符號)的吸附,晶體生長過程體現了晶體的________性。

(5)原子吸收光譜法能檢驗Li2CO3產品中是否殘留其他金屬陽離子,原因是_________。

(6)滴定法測定產品中碳酸鋰的含量時,常用溴甲酚綠-甲基紅作指示劑,標準鹽酸溶液進行滴定,到達滴定終點時溶液變為暗紅色。在滴定終點前需________除去溶解的CO2,原因是_______

_________。

【參考答案】(1)AC

(3)使反應向生成Li2CO3的方向進行,提高碳酸鋰的產率

(5)金屬離子中的電子由低能級向高能級躍遷,吸收一定頻率的光,形成特征譜線

(6)加熱煮沸 滴定終點pH=5.0,若不煮沸,則CO2溶于水形成H2CO3,增大了H+濃度,使滴定終點提前,造成測定結果偏小

【命題意圖】本題利用廢鋰渣制備碳酸鋰作為試題素材,屬于實驗探究情境?？疾榱藢嶒瀮x器的使用、物質的鑒別、物質的分離和提純、實驗誤差的分析、碳酸鋰的溶解度和反應原理的應用。試題選擇廢物回收的實驗,融入了綠色化學的理念,面對復雜、陌生的研究對象及問題情境,在“證據推理”“科學探究與創新意識”核心素養的統領下,綜合實驗儀器的分析、無機物性質、實驗操作的選擇、離子的檢驗、反應規律的應用等知識內容,實現了對學生的信息獲取與加工能力、綜合分析能力、解釋能力、推理判斷能力和簡單設計能力的考查。

【實驗分析】

【創新點分析】試題的設計需要學生利用結構、反應原理知識對實驗中的方法和原理進行理解,從多角度認識實驗設計的原理,體現結構決定性質、性質體現應用的觀念,考查了學生對知識的結構化理解和遷移聯想能力。

湖北省安陸市第一高級中學 楊世全 張小惠 陳玉蓮 李巍

【試題評語】本題作者利用文獻中廢鋰渣制備碳酸鋰作為試題命題素材,綜合考查了學生化學實驗儀器的使用、物質的分離和提純、實驗誤差的分析、碳酸鋰的溶解度和反應原理的應用等必備知識。試題選擇廢物回收的實驗,融入了綠色化學的理念,面對復雜、陌生的研究對象及問題情境,很好地考查了學生“證據推理”“科學探究與創新意識”等核心素養,實現了對學生信息獲取與加工能力、綜合分析推理能力、簡單實驗方案設計能力的考查。另外,本題綜合考查能力較好,有一定新穎性。

北京教育學院 王春