江蘇省2021年高考化學卷評析暨高三教學建議

徐光靜 經志俊

摘要： 聚焦必備知識和關鍵能力等考查內容和基礎性、綜合性、應用性、創新性等考查要求，評析江蘇省2021年高考化學卷“考什么”“怎么考”。對照學業質量水平的質量描述，評析學業質量水平的考查層次;基于高考引導教學的功能，結合典型問題分析，提出強化知識理解、提升信息素養、學會證據推理、建構思維模型等高三化學教學策略。

關鍵詞： 江蘇高考化學卷; 知識理解; 信息素養; 證據推理; 思維模型

文章編號： 1005-6629（2022）05-0083-06

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

2021年江蘇省開啟“3+1+2”高考模式，自主命題的化學卷遵循中國高考評價體系和普通高中化學課程標準的命題原則和要求，在傳承“進一步體現高中化學課程基礎性、應用性、時代性的特征”和“進一步體現高考化學科寬基礎、厚實踐、重能力的特色”的基礎上，充分體現中國高考評價體系倡導的“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基”的命題理念。

1 江蘇省2021年高考化學卷評析

從“化學語言與概念、反應變化與規律、物質轉化與應用、物質結構與性質、實驗原理與方法”等必備知識，“理解與辨識、分析與推測、歸納與論證、探究與創新”等關鍵能力，“化學觀念、思維方法、實踐探索、態度責任”等學科素養[1]，從“基礎性、綜合性、應用性、創新性”等考查要求，評析江蘇省2021年高考化學卷“考什么”“怎么考”。對照學業質量水平的質量描述[2]，從完成測試任務相匹配的學業成就的關鍵特征，評析江蘇省2021年高考化學卷對學業質量水平的考查層次。

1.1 江蘇省2021高考化學卷單項選擇題評析

江蘇省2021高考化學卷單項選擇題（每小題3分，共42分）精選“日常生活、生產環境、學術探索、實驗探究”等方向的真實情境，重點考查必備知識和關鍵能力，側重基礎性、綜合性，兼顧應用性，覆蓋學業質量水平1～4。

非選擇題（4小題，共58分）精選“實驗探究、生產環境、學術探索”等領域的真實情境，重點考查關鍵能力與學科素養，側重綜合性和應用性，體現創新性。

第15題（部分） 以鋅灰（含ZnO及少量PbO、 CuO、 Fe2O3、 SiO2）和Fe2（SO4）3為原料制備的ZnFeO4脫硫劑，可用于脫除煤氣中的H2S。脫硫劑的制備、硫化、再生過程可表示為：

（1） “除雜”包括加足量鋅粉、過濾、加H2O2氧化等步驟。除Pb2+和Cu2+外，與鋅粉反應的離子還有 ▲ （填化學式）。

（2） “調配比”前，需測定ZnSO4溶液的濃度。準確量取2.50mL除去Fe3+的ZnSO4溶液于

100mL容量瓶中，加水稀釋至刻度;準確量取20.00mL稀釋后的溶液于錐形瓶中，滴加氨

水調節溶液pH=10，用0.0150mol·L-1 EDTA（Na2H2Y）溶液滴定至終點（滴定反應為Zn2++Y4-ZnY2-），平行滴定3次，平均消耗EDTA溶液25.00mL。計算ZnSO4溶液的物質的量濃度 ▲ （寫出計算過程）。

（3） 400℃時，將一定比例H2、 CO、 CO2和H2S的混合氣體以一定流速通過裝有

ZnFe2O4脫硫劑的硫化反應器。

① 硫化過程中，ZnFe2O4與H2、 H2S反應生成ZnS和FeS，其化學方程式為________。

② 硫化一段時間后，出口處檢測到COS。研究表明ZnS參與了H2S與CO2生成COS的反應，反應前后ZnS的質量不變，該反應過程可描述為________。

（4） 將硫化后的固體在N2∶O2=95∶5（體積比）的混合氣體中加熱再生，固體質量隨溫度變化的曲線如題15圖所示。在280～400℃范圍內，固體質量增加的主要原因是________。

該題以“脫硫劑ZnFe2O4的制備、硫化、再生的過程”“固體質量隨溫度變化的曲線”等真實情境為測試載體，形成“反應微粒判斷、溶液濃度測定、陌生化學方程式書寫、化學事實究因分析”等測試任務;考查學生? “化學語言與概念、反應變化與規律、實驗原理與方法”等方面必備知識的掌握程度，“分析與推測、歸納與論證”等方面關鍵能力的發展狀況，“化學觀念、思維方法”等層面學科素養的表現水平。側重綜合性、應用性，兼顧創新性。匹配學業質量水平（1）3-1， （2）2-3， （3）4-3， （4）4-3。

第16題（部分） F是一種天然產物，具有抗腫瘤等活性，其人工合成路線如下：

（1） A分子中采取sp2雜化的碳原子數目是 ▲ 。

（2） B的一種同分異構體同時滿足下列條件，寫出該同分異構體的結構簡式：? ▲ 。

① 分子中不同化學環境的氫原子個數比是2∶2∶2∶1。

② 苯環上有4個取代基，且有兩種含氧官能團。

（3） A+BC的反應需經歷A+BXC的過程，中間體X的分子式為C17H17NO6，XC的反應類型為 ▲ 。

（4） EF中有一種分子式為C15H14O4的副產物生成，該副產物的結構簡式為 ▲ 。

（5） 寫出以CH3

和FCH2OH

為原料制備CH3OCHO

的合成路線流程圖（無機試劑和有機溶劑任用、合成路線流程圖示例見本題題干）。

該題以“天然存在的具有抗腫瘤等活性的有機物的人工合成路線”等真實情境為測試載體，形成“碳原子軌道雜化方式識別、限定條件的同分異構體及反應副產物的結構推斷、陌生反應類型判斷、有機合成路線設計”等測試任務，考查學生“化學語言與概念、物質轉化與應用、物質結構與性質”等方面必備知識的掌握程度，“理解與辨識、分析與推測、探究與創新”等方面關鍵能力的發展狀況，“思維方法、實踐探索”等層面學科素養的表現水平。體現基礎性，側重綜合性，應用性，匹配學業質量水平（1）3-1， （2）2-3， （3）4-3， （4）4-3， （5）4-2。

第17題（部分） 以軟錳礦粉（含MnO2少量Fe、 Al、 Si、 Ca、 Mg等的氧化物）為原料制備電池級MnO2。

題17圖-1

（1） 浸取。將一定量軟錳礦粉與Na2SO3、 H2SO4溶液中的一種配成懸濁液，加入到三頸瓶中（裝置見題17圖-1），70℃下通過滴液漏斗緩慢滴加另一種溶液，充分反應，過濾。滴液漏斗中的溶液是 ▲ ，轉化為Mn2+的離子方程式為 ▲ 。

（2） 除雜。向已經除去Fe、 Al、 Si的MnSO4溶液（pH約為5）中加入NH4F溶液，溶液中的Ca2+、 Mg2+形成氟化物沉淀。若沉淀后上層清液中c（F-）=0.05mol·L-1，則c（Ca2+）/c（Mg2+） ▲ 。[Ksp（MgF2）=5×10-11，Ksp（CaF2）=5×10-9]

（3） 制備MnCO3。在攪拌下向100mL 1mol·L-1 MnSO4溶液中緩慢滴加1mol·L-1 NH4HCO3溶液，過濾、洗滌、干燥，得到MnCO3固體。需加入NH4HCO3溶液的體積約為??? 。

題17圖-2

（4） 制備MnO2。MnCO3經熱解、酸浸等步驟可制備MnO2。MnCO3在空氣氣流中熱解得到三種價態錳的氧化物，錳元素所占比例某價態錳的氧化物中錳元素質量錳元素總質量×100%隨熱解溫度變化的曲線如題17圖-2所示。

已知： MnO與酸反應生成Mn2+;Mn2O3氧化性強于Cl2，加熱條件下Mn2O3在酸性溶液中轉化為MnO2和Mn2+。為獲得較高產率的MnO2，請補充實驗方案： 取一定量MnCO3置于熱解裝置中，通空氣氣流，??? ，固體干燥，得到MnO2（可選用的試劑： 1mol·L-1 H2SO4溶液、

2mol·L-1 HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液）。

該題以“以軟錳礦粉為原料制備電池級MnO2”“實驗裝置圖”“化學曲線圖”等真實情境為測試載體，形成“陌生反應離子方程式書寫、復雜體系離子深度分析、陌生反應關系的定量分析、實驗方案的補充設計”等測試任務，考查學生“化學語言與概念、反應變化與規律、實驗原理與方法”等方面必備知識的掌握情況，“分析與推測、歸納與論證，探究與創新”等方面關鍵能力的發展狀況，“思維方法、實踐探索”等層面學科素養的表現水平，側重綜合性、應用性。匹配學業質量水平（1）3-2， （2）1-2， （3）3-3， （4）4-3。

第18題（部分） 甲烷是重要的資源，通過下列過程可實現由甲烷到氫氣的轉化。

（1） 500℃時，CH4與H2O重整主要發生下列反應： CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g） CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）

已知CaO（s）+CO2（g）CaCO3（s）△H=-178.8kJ·mol-1。向重整反應體系中加入適量多孔CaO，其優點是 ▲ 。

（2） CH4與CO2重整的主要反應的熱化學方程式為

反應Ⅰ： CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g） △H=246.5kJ·mol-1

反應Ⅱ： H2（g）+CO2（g）CO（g）+H2O（g） △H=41.2kJ·mol-1

反應Ⅲ： 2CO（g）CO2（g）+C（s） △H=-172.5kJ·mol-1

① 在CH4與CO2重整體系中通入適量H2O（g），可減少C（s）的生成，反應3CH4+CO2（g）+2H2O（g）4CO（g）+8H2（g）的△H= ▲ 。

② 1.01×105Pa下，將n起始（CO2）∶n起始（CH4）=1∶1的混合氣體置于密閉容器中，不同溫度下重整體系中CH4和CO2的平衡轉化率如題18圖-1所示。800℃下CO2平衡轉化率遠大于600℃下CO2平衡轉化率，其原因是 ▲ 。

（3） 利用銅-鈰氧化物（xCuO·yCeO2，Ce是活潑金屬）催化氧化可除去H2中少量CO，催化氧化過程中Cu、 Ce的化合價均發生變化，可能機理如題18圖-2所示。將n（CO）∶n（O2）∶n（H2）∶n（N2）=1∶1∶49∶49的混合氣體以一定流速通過裝有xCuO·yCeO2催化劑的反應器，CO的轉化率隨溫度變化的曲線如題18圖-3所示。

題18圖-2

題18圖-3

① Ce基態原子核外電子排布式為[Xe]4f15d16s2，題18圖-2所示機理的步驟（i）中，元素Cu、 Ce化合價發生的變化為??? 。

② 當催化氧化溫度超過150℃時，催化劑的催化活性下降，其可能原因是??? 。

該題以“甲烷重整制備氫氣的系列轉化”“反應機理示意圖”“化學曲線圖”等真實情境為測試載體，形成“反應焓變計算、反應機理分析、工藝方案評價、化學事實溯因”等測試任務，考查學生“反應變化與規律、物質結構與性質”等方面必備知識的掌握程度，“理解與辨識、歸納與論證、分析與推測、探究與創新”等方面關鍵能力的發展水平，“化學觀念、思維方法、實踐探索”等層面學科素養的表現水平。側重綜合性、應用性，兼顧創新性。匹配學業質量水平（1）4-2， （2）①3-3、 ②4-3， （3）①4-3、 ②4-3。

2 江蘇省2022屆高三化學教學建議

引導教學是高考的核心功能之一。作為江蘇省新高考模式的開局之年，2021年高考化學卷對2022屆高三教學的導向作用顯得尤為重要?；?021年高考化學卷的命題風格，筆者認為“強化學科理解、提升信息素養、引導證據推理、建構思維模型”應成為2022屆高三化學教學研究的重點和實施的關鍵。

2.1 強化知識理解

學科知識是學科素養的發展載體，強化知識理解是實現學科知識向學科素養轉化的重要前提，也是靈活運用學科知識解決真實問題的關鍵。

理解反應本質是17（3）問題解決的關鍵。理解“在攪拌下向100mL 1mol·L-1MnSO4溶液中緩慢滴加1mol·L-1 NH4HCO3溶液，過濾、洗滌、干燥，得到MnCO3固體”的反應本質是Mn2+與HCO-3電離出的CO2-3結合為MnCO3、 HCO-3電離出的H+與另一HCO-3反應生成CO2和H2O，總反應為MnSO4+2NH4HCO3MnCO3↓+CO2↑+（NH4）2SO4+H2O，才能得到參加反應的n（MnSO4）∶n（NH4HCO3）=1∶2，從而得出需加入的NH4HCO3溶液的體積為200mL。

2.2 提升信息素養

信息素養是學科素養的重要組成，提升信息素養是實現知識中心向能力中心轉化的重要保障，也是有效利用情境信息完成測試任務的關鍵。

合理加工信息是15（3）題問題解決的關鍵。依據該題“400℃時，將一定比例H2、 CO、

CO2和H2S的混合氣體以一定流速通過裝有ZnFe2O4脫硫劑的硫化反應器。ZnFe2O4與H2、

H2S反應生成ZnS和FeS”，可知硫化時的反應物為ZnFe2O4、 H2、 H2S，主要產物為ZnS、

FeS，結合鐵元素化合價由+3價變為+2價，判斷ZnFe2O4為氧化劑，硫元素化合價不變，

判斷H2為還原劑且被氧化生成H2O，反應條件為400℃，ZnFe2O4+H2+H2S——ZnS+FeS+H2O，再基于電子守恒、質量守恒配平方程式，并標明必要的反應條件即可得出

反應的化學方程式為ZnFe2O4+H2+3H2S400℃ZnS+2FeS+4H2O;研究表明ZnS參與了H2S與

CO2生成COS的反應，反應前后ZnS的質量不變”，依據“研究表明ZnS參與了H2S與CO2

生成COS的反應，反應前后ZnS的質量不變”，可知H2S與CO2生成COS的反應中ZnS

發揮了催化劑的作用，且參與了化學反應，依據質量守恒定律得出ZnS與CO2反應生成COS和ZnO，ZnO再與H2S反應轉化為ZnS和H2O的結論。

2.3 規范證據推理

證據推理是學科方法的重要形式，規范證據推理是引領低階思維向高階思維發展的重要抓手，也是基于化學事實探究事實成因的有效手段。

分析與論證是15（4）題問題解決的關鍵?；凇皩⒘蚧蟮墓腆w在N2∶O2=95∶5（體積比）的混合氣體中加熱再生，在280～400℃范圍內固體質量增加”的事實，首先從再生的角度分析固體質量增加的可能性，依據M（ZnFe2O4）/[M（ZnS+2M（FeS））]=0.88，判斷固體再生時發生的主反應ZnS+2FeS+5O2ZnFe2O4+3SO2，不可能導致固體質量增加;進而分析在280～400℃范圍內有副反應發生，兼顧N2的穩定性和質量守恒定律提出可能有硫的含氧酸鹽生成的猜想，再結合氧化性氛圍和亞硫酸鹽、亞鐵鹽的強還原性，聚焦有金屬硫酸鹽生成，最后依據該溫度范圍內固體增加的幅度在2%之內，得出部分ZnS、 FeS氧化為硫酸鹽的結論。

尋找證據鏈是18（3）題問題解決的關鍵?；阢~-鈰催化劑的化學式（xCuO·yCeO2）（證據1）得出催化劑中Cu呈+2價、Ce呈+4價（結論1）;依據“步驟（i）中CO與催化劑作用轉化為CO2，C元素化合價升高2價”（證據2）得出該步驟Cu、 Ce元素化合價相應降低2價（結論2）;結合“催化氧化過程中Cu、 Ce的化合價均發生變化”及步驟（i）前后Cu、 Ce、 O鍵合方式的改變（證據3）得出Cu、 Ce化合價分別降低1價（結論3）。整合3條證據形成的證據鏈推理得出步驟（i）“Cu由+2價變為+1價，Ce由+4價變為+3價”的結論。

基于催化機理“步驟（i）Cu由+2價變為+1價、Ce由+4價變為+3價，步驟（ii）O2、CO吸附在催化劑表面，步驟（iii）Cu由+1價恢復為+2價、Ce由+3價恢復為+4價”（證據1）得出Cu2+與Cu+、 Ce4+與Ce3+循環轉化是保持催化活性的關鍵（結論1）;依據“當催化氧化溫度超過150℃時，催化劑的催化活性下降”的事實（證據2）得出部分Cu或Ce元素化合價超出了上述變化范圍（結論2）;結合“Ce基態原子核外電子排布式為[Xe]4f15d16s2”和+2價是銅的最高價的知識儲備（證據3）得出Cu2+、 Ce4+不能再被氧化（結論3）;現結“n（CO）∶n（O2）∶n（H2）∶n（N2）=1∶1∶49∶49的混合氣體以一定流速通過裝有xCuO·yCeO2催化劑的反應器”反應體系處于還原性氛圍之中兼顧到“鈰是活潑金屬”（證據4）得出Cu元素被深度還原為0價（結論4）。整合4條證據形成的證據鏈推理得出“溫度升高，Cu2+（或Cu+）被H2（或CO）還原為Cu”導致催化活性降低的結論。

2.4 建構思維模型

模型認知是科學方法的重要構成。建構思維模型是引導無序思維向有序思維進化的有力推手，也是突破測試難點、優化問題解決的有效策略。

中學生缺乏完備的知識儲備給有機合成路線設計帶來巨大的挑戰。建構并運用有機合成思維模型（見圖1）是解決16（5）題問題的有效策略。

對比原料CH3、 FCH2OH

與產品CH3OCHO

的結構差異，發現需在CH3

的—CH3鄰位引入OCHO

，F合成路線中A+BC的轉化提供了—O—的引入途徑，CDE的轉化提供了將—NO2轉化為—OH的途徑，而知識儲備可提供在CH3

的鄰位引入—NO2的方法和—CH2OH氧化獲得—CHO的方法，再結合A→B的轉化中A分子結構中—F鄰位的—CHO不干擾—O—形成，而—CH2OH是否會干擾—O—生成在中學階段無從考證，從確保方案嚴謹的角度選擇先將—CH2OH氧化為—CHO再由FCHO

與CH3OH

反應的轉化順序。

中學生缺乏充分的專業訓練給補充實驗方案設計帶來較大的困難。建構并運用實驗方案設計的思維模型（見圖2）是解決17（4）題問題的有效策略。

該題要求由MnCO3制備MnO2，明確“熱解、酸浸”等制備原理，題17圖-2呈現熱解步驟的干擾因素并為溫度選擇提供依據，“MnO與酸反應生成Mn2+;Mn2O3氧化性強于Cl2，加熱條件下Mn2O3在酸性溶液中轉化為MnO2和Mn2+”明示除去MnO2中MnO和Mn2O3的方法，并提供了酸浸時選擇酸的依據。為獲得較高產率的MnO2，熱解溫度選擇450℃左右（此時熱解產物中MnO2所占比例最大），酸浸選擇1mol·L-1 H2SO4（防止鹽酸被Mn2O3氧化為Cl2）并加熱攪拌，選擇BaCl2檢驗固體洗滌是否完全（該環節檢驗SO2-4沒有其他干擾，檢驗時無須使用鹽酸）

在補充實驗方案時，按實驗流程順序清楚表述每個操作步驟的條件控制、操作細節（試

劑添加方式、促進轉化措施、該步驟完成的表征）、檢驗的現象與結論等。

在參考答案中，因為該題“熱解”環節加熱至恒重難以達成、“酸浸”環節至固體不再溶解難以觀察，所以分別采用“分解一段時間”“加熱攪拌一段時間”的表述。

此外，江蘇省2021年高考化學卷通過精心遴選中國古代科技文明（第1題）、現代科技成就（第12題）、體現化學對人類發展和社會進步的貢獻（第2、 4、 10、 16、 17題）、立足實踐探索（第3、 9、 11、 13題）、秉承可持續發展意識和綠色化學理念（第6、 7、 8、 14、 15、 18題）等源于生產生活和學習探索的真實情境，引導學生在問題解決的過程中弘揚愛國情懷、培植科學精神、強化責任擔當、啟迪創新意識等，充分體現出高考“立德樹人”的核心功能;通過問題解決中學生表現出來的“理解與辨析、分析與推理、歸納與論證、探究與創新”等關鍵能力發展以及對應的“化學觀念、思維方法、實踐探索、態度責任”等學科素養水平的評價，為高校選才提供了信度、區分度較高的依據，很好體現了高考“服務選才”的核心功能。

參考文獻：

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