原创试题的研制及学科教学的启示

江苏 陈仕功

原创试题的研制及学科教学的启示

1 试题及答案

1.1 试题

以煤矸石(主要成分为SiO2、Al2O3，含杂质Fe3O4、CaO等)为原料制备NH4Al(SO4)2·12H2O的流程如下：

(1)步骤Ⅰ焙烧时，提高焙烧的速率的可行措施有__________。

(2)步骤Ⅲ浸取时，Al2O3的溶出率与步骤Ⅰ焙烧的温度及步骤Ⅱ粉磨后的粒度(其单位“目”是指每平方英寸筛网上的空眼数目)如下图a和b所示。焙烧温度高于750℃时，Al2O3的浸取率反而下降，其原因是__________。粉磨时，粒度超过80目之后，Al2O3的浸取率反而下降，其可能原因是__________。

(3)净化除铁时，包括用NaClO3溶液氧化、用Na2CO3溶液调pH沉铁及过滤。净化时，NaClO3氧化其中FeSO4的离子方程式为__________；过滤所得滤渣的成分为__________(填化学式)。

(4)根据图中溶解度信息，从步骤Ⅶ所得的硫酸铝铵溶液中尽可能多地获得NH4Al(SO4)2·12H2O晶体，可采用的步骤是__________及洗涤、干燥。

1.2 答案

(1)焙烧前将煤矸石粉碎

(2)煤矸石发生烧结，被熔融物包裹，导致溶出困难。其中的铝盐发生水解(或硅的氧化物形成胶状，包裹在Al2O3表面，不利于Al2O3溶出)

Fe(OH)3和CaCO3

(4)蒸发浓缩、冰水冷却、过滤

2 试题的命制过程

2.1 命题的起因

江苏省高考化学试题的命制始终坚持“宽基础、厚实践、重能力”的特色，其中对于技能要求层次中“综合应用”表述的调整，表明今后对化工工艺流程题的考查，可能会更加注重在真实的问题情境中考查学生对化学知识的应用，切实提高学生化学学科的核心素养。现将近三年化工工艺流程题考查内容小结如下：

年度题号题空数量考查内容考查知识点2015166以磷石膏为原料制备碳酸钙离子方程式、化学反应速率、溶液有关微粒判断、基本操作(洗涤沉淀)、盐类水解

续表

2.2 命题的立意

依据近三年化工流程题主要考查的知识点的分布情况，现以“煤矸石为原料制备硫酸铝铵”为背景，取之于实际工业应用，并对流程加以整合、图象给予适度处理，基本符合学生的认知心理和逻辑分析能力。

双基考查层面包括影响化学反应速率的因素、离子方程式的书写、沉淀成分推断、物质分离的基本操作(冷却结晶)等。

能力考查层面包括要求学生能从工业流程的整体层面到每个步骤的操作层面，根据前后步骤及文字叙述，解答相关问题。注重考查学生对图象的识别能力，能根据图象的拐点、变化趋势等对问题做出适当的解释。

2.3 命题的反思

化工工艺流程题以主题式考查形式呈现，先确立考查主题,该主题取自化工生产实际的典型物质，然后在不同模块中穿越聚焦，串联多个知识点，整合高考中的高频考点及易错点，具有一定的综合性。试题命制的视角多维、层次分明、逐级演进。通过问题链的设计，能激活学生的知识内存,考查学生调用知识及逻辑思维的能力。

本题既考查了提高焙烧速率的因素、氧化还原反应的离子方程式书写、溶液中获取晶体并分离等基本知识；又考查了对影响铝溶出率的因素的合理解释及沉淀成分的推断等能力的应用。有较好的区分度，难度适中。

2.4 命题素材的选择

2.4.1物质的选择

试题选择了煤矸石作为研究载体，原因有：(1)随着铝土矿的长期开采，资源逐年减少，开采成本和运输等费用不断提高，因此铝土矿产量及性能将无法满足日益发展的铝业需求。⑵煤矸石属于高岭岩，可作为一种潜在的铝、硅资源。以煤矸石为原料，用硫酸进行酸解反应，附加温度、粒度等因素对煤矸石中铝溶出率的影响，对提高煤矸石中相应元素回收利用有重要意义。

素材来源：《十二水硫酸铝铵的制备与表征》《高纯硫酸铝铵生产工艺的改进》《煤矸石酸解制备氢氧化铝的实验研究》。

2.4.2研究方法的选择

高中化学教材中对于物质的制备是一个循环往复渐进的过程(以苏教版教材为例)。具体如下：

★选修《化学反应原理》的第39页有“除了改变反应物的浓度、温度、压强和使用催化剂能改变化学反应速率外，还有一些方法也能改变反应速率。如增大反应物间的接触面积，反应速率会随之增大”。

★《化学1》的第18页有“混合物的分离是依据混合物中各组分性质的差异进行的。常见的混合物分离方法有过滤、结晶、萃取、分液、蒸馏等”。第20页有“随着分离技术的发展，新的分离方法不断涌现。在实验室和化工生产中，常常结合使用各种分离方法，有时还要运用化学方法把物质的转化和分离结合起来”。

★选修《化学反应原理》的第84页有“在生产生活和科学研究中，人们常常根据需要促进或抑制盐的水解。”“人们经常将纯碱溶于热水中清洗油污，目的就是通过加热促进纯碱水解以增强溶液的碱性，从而增强去污效果。”

★选修《化学反应原理》的第92页有“在无机化合物的制备和提纯、废水处理等领域中，常利用生成沉淀来分离或除去某些离子的目的。例如，除去硫酸铜溶液中混有的少量铁离子，可向溶液中加入氢氧化铜或碱式碳酸铜，调节溶液的pH至3～4，铁离子就会全部转化为氢氧化铁沉淀除去”。

3 对教学的启示

“源于教材，高于教材”是高考命题原则之一，这就决定了高考试题与教材有天然的、割不断的“血缘”关系。但又不能局限于教材，而应跳出教材，回眸教材，定会有“蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”的意境。

3.1 源于教材，强化双基训练的规范化

化学教材是学习化学的基础知识、形成基本技能的“蓝本”。例如实验基本操作部分具有示范性和典型性，使用教材时要引领学生学会推敲成规范，学会归纳、整合建模块，最终内化并纳入自己的知识体系。如苏教版教材《化学1》中的过滤、结晶、萃取、分液、蒸馏、洗气等物质分离和提纯的方法，过滤或移液时应用玻璃棒引流，蒸发时要搅拌；焰色反应不可用玻璃棒蘸取待测物灼烧，应用铂丝或光亮无锈铁丝。用pH试纸测定pH时不可用水润湿，若用湿润的pH试纸测酸则pH偏大，测碱则pH偏小。

3.2 高于教材，拓展原创试题的探究性

平时的教学过程中，教师应该拓宽视野，多关注前沿科技，多翻阅化学文献，培养对有可能成为考题的素材的敏感度，尝试着按照考试说明和近三年高考试题模式，结合新素材进行原创试题的命制。题干呈现方式应多样化，可以是文字叙述、表格图象、工业流程图的不同组合，能培养学生接受、吸收、整合新信息的能力。设问以填空为主，重点考查方程式的书写、难溶物的分步沉淀、物质分离提纯的实验方案设计及评价等。

作为原创试题，试题的命制视角侧重易混淆知识的宏观辨识与微观透析、物质结构与性质概括关联的证据推理与模型认知、贯穿于教学的变化观念与平衡思想、设计并优化方案，培养创新意识与科学精神。

江苏省响水县教育局)