新情境中考查化学概念和反应原理

2015-10-26 10:50:39   来源：   撰稿：董啸   摄影摄像：    ;  评论：0 点击：

新情境中考查化学概念和反应原理

——评析2014年全国新课程卷Ⅰ理综27题

710003  陕西省西安市第89中学   董  啸

2014年全国高考，陕西、山西、江西、河南、河北、湖南、湖北等省区采用全国新课程Ⅰ卷，Ⅰ卷理综27题是一道必答题，该题以次磷酸H₃PO₂为中心，考查了一元酸、化合价、氧化产物（化学式）、正盐、盐溶液的酸碱性、电极反应式、电解的概念，以及P₄和Ba(OH)₂反应的化学方程式等。本文对该题进行评析。

一、题目

次磷酸（H₃PO₂）是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。回答下列问题：

（1）H₃PO₂是一元中强酸，写出其电离方程式         。           

（2）H₃PO₂及NaH₂PO₂均可将溶液中的Ag⁺还原为银，从而可用于化学镀银。

①H₃PO₂中，P元素的化合价为          。  

②利用H₃PO₂进行化学镀银反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4︰1，则氧化产物为       （填化学式）。

③NaH₂PO₂为        （填“正盐”或“酸式盐”），其溶液显      （填“弱酸性” “中性”或者“弱碱性”）。

（3）H₃PO₂的工业制法是将白磷（P₄）与Ba(OH)₂溶液反应生成PH₃气体和Ba(H₂PO₂)₂，后者再与H₂SO₄反应。写出白磷与Ba(OH)₂溶液反应的化学方程式                    。 

（4）H₃PO₂也可以通过电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：

①写出阳极的电极反应式        。       

②分析产品室可得到H₃PO₂的原因         。

③早期采用“三室电渗析法”制备H₃PO₂：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H₃PO₂稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有        杂质，该杂质产生的原因是：       。 

二、题目分析

磷及磷的化合物在现行中学教材中几乎不涉及。学生对题中告诉的次磷酸（H₃PO₂）有一定的陌生感，这就要求学生要在新情境中学习，提炼出新信息，再逐步解答，完全符合高考要求，是考查学生能力的一道好题。

1.题中信息的梳理

（1）中心物质是H₃PO₂，具有较强还原性，可做还原剂；H₃PO₂为一元中强酸，一分子H₃PO₂中只能电离出一个H^＋;进而推出H₃PO₂对应的盐NaH₂PO₂为正盐，其水溶液呈弱碱性。

（2）由化合价的意义及H、O的化合价，可确定出H₃PO₂中P元素的化合价（+1）。

（3）化学镀银的反应：

H₃PO₂+4Ag⁺→H₃PO₂的氧化产物+4Ag

H₃PO₂中P的化合价升高了4，即H₃PO₂的氧化产物中P的化合价为+5（+1+4）价，氧化产物为H₃PO₄。

（4）H₃PO₂的工业制法：①反应物P₄和Ba(OH)₂反应,生成PH₃和Ba(H₂PO₂)₂，该反应为氧化还原反应。② Ba(H₂PO₂)₂与H₂SO₄反应生成H₃PO₂，其反应为: Ba(H₂PO₂)₂ ＋H₂SO₄=BaSO₄↓+2 H₃PO₂；完成P₄+ Ba(OH)₂→Ba(H₂PO₂)₂ ＋PH₃↑反应方程式时，由 Ba(H₂PO₂)₂中P的化合价+1及PH₃中P的化合价-3可知产物的系数比，H₂PO₂^－与PH₃的系数之比应为31，即有：

P₄+ Ba(OH)₂→3Ba(H₂PO₂)₂ ＋2PH₃↑

或

2P₄+ 3Ba(OH)₂→3Ba(H₂PO₂)₂ ＋2PH₃↑

由质量守恒定律有：

2P₄+ 3Ba(OH)₂+6H₂O→3Ba(H₂PO₂)₂ ＋2PH₃↑

（5）电渗析法制备H₃PO₂。

题中给出了“四室电渗析法”工作原理示意图，在阳极室实际发生了水的电解而放出氧气的反应，即阳极室有H^＋生成；阴极室是水的电解生成氢气的反应，即阴极室有OH^－生成。

再结合阳膜和阴膜的功能分析电解液中离子的移动情况，原料室中的Na^＋ 向阴极室移动，H₂PO₂^－向产品室移动；阳极室的H^＋向产品室移动；在产品室H^＋与H₂PO₂^－结合生成H₃PO₂。“四室渗析法”将产物H₃PO₂与阳极室隔离，使得具有还原性的H₃PO₂免于被阳极室产生的O₂氧化。(H₃PO₂+ O₂= H₃PO₄)

显然，“三室电渗析法”的缺点是H₃PO₂可能被氧化为H₃PO₄，使得产品中混有杂质H₃PO₄。

2.确定题中答案

（1）H₃PO₂ H₂PO₂^－+ H⁺

（2）①+1  ②H₃PO₄  ③正盐  弱碱性

（3）2P₄+ 3Ba(OH)₂+6H₂O→3Ba(H₂PO₂)₂ ＋2PH₃↑

（4）①2H₂O－4e^－= O₂↑+4H⁺ 

 ②阳极室的H^＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H₂PO₂^－穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H₃PO₂。

③H₃PO₄    H₃PO₂被氧化

三、试题点评

本题是一道新情境试题，考查学生的自学能力和理解能力。

第（1）问中H₃PO₂是一元中强酸，说明H₃PO₂是一元酸，且为中等强度的酸。一分子H₃PO₂只能电离出一个H^＋，也说明酸分子中含有几个H原子，不一定就是几元酸；中等强度的酸电离不是完全电离，写电离方程式时用“”。第（1）问学生若紧扣概念，容易回答。

第（2）问中有三小问，第①③两问简单，第③问实则对H₃PO₂为“一元中强酸”在理解层面上的强化考查。第②问由H₃PO₂及NaH₂PO₂具有还原性、Ag^＋具有氧化性，以及氧化剂与还原剂在反应中的物质的量之比，就可写出氧化还原反应方程式，进而确定出氧化产物的化学式。

第（3）问是给出反应物、产物，完成反应方程式。该反应是氧化还原反应，首先按元素化合价的变化确定反应物、产物间的系数比，再考虑反应的介质H₂O，遵守质量守恒定律予以配平。

第（4）问主要考查电解及电极反应。学生先要分析题中给出的示意图，从大的框架来看，该图是一个电解示意图，为了使电解液中的离子选择性移动而加了“阳膜”和“阴膜”。阳极室中的电解液是稀硫酸、阴极室中的电解液是稀NaOH溶液，电解时是H₂O在电解，电极反应为：

阳极：2H₂O－4e^－= O₂↑+4H⁺ 

阴极：2H₂O+2e^－= H₂↑+2OH^－ 

再分析阳膜、阴膜的功能，就可回答出阳极室的H^＋与原料室的H₂PO₂^－穿过“膜”，在产品室结合成H₃PO₂，进而回答第②问。

正确分析和回答了第②问后，结合H₃PO₂的较强还原性，容易被氧化成H₃PO₄，便顺利回答第③问。

本题的第（4）问是较难的一问，一是文字叙述多；二是工作原理示意图对学生来说较为陌生；三是填写的文字多。学生必须识透原理图，才能准确回答。

本题在新情境中考查学生对化学概念、反应原理的正确把握，把化学概念和化学反应原理置于理解和应用的层次上考查，是一道中等难度的题目，也是有一定区分度的题目。

四、一点商榷

第（4）问的③，命题者(参考答案)给出第一空填写“PO₄^3－”,第二空填写“H₂PO₂^－或H₃PO₂被氧化”。笔者认为第一空产品中混有的杂质应写化学式“H₃PO₄”，且H₃PO₄仅（又）是中强酸，不能完全电离，不宜写成PO₄^3－。在此基础上，第二空应写成“H₃PO₂被氧化”较为合适，况且H₃PO₂也为中强酸，不完全电离。