基于原始文献的高考化学试题解读——2022湖南卷第9题

发布于:2022/8/23 14:27:50   所属分类:高考备战学习资料库

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摄于2018年10月

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2022年全国高考共有17套化学卷,课改进度不同,区域差异,导致试卷众多。课改滞后地区依托教育部,组成甲乙两支“国家队”,所有考试科目均由教育部考试中心统一命题。新高考地区的省份,语文、数学、外语三门考试由教育部考试中心统一命题,物理、历史、化学、政治、生物、地理由各省自行命题,因此试卷的构成是“国家队”+“省队”。而北京市、上海市、天津市、浙江省四省市可能势力较强大,自行组织“省队”参赛。参赛队伍的多样性,导致试题的丰富多样。“国家队”追求稳中有新,让师生有据可循。“省队”求生欲强烈,常在“新”上煞费苦心,一般会保留几个能引发持续讨论的节目,哦题目。


比如2022湖南高考化学第9题,本题一开始在网上流传了一个解析版本,随后有不少老师认为该解析有误,并发表了自己的见解,并逐渐形成了较为一致的意见。但,本体所涉及的反应原理,既生物酶促进亚硝酸盐转化为氮气的过程仍然是不清晰的。因此,笔者希望结合原始文献,对此过程进行更为详细的介绍,以消除师生疑问。

1.高考原题及解析

(2022.湖南高考化学第9题)科学家发现某些生物酶体系可以促进H+和e-的转移(如a、b和c),能将海洋中的NO2-转化为N2进入大气层,反应过程如图所示。下列说法正确的是


A.过程Ⅰ中NO2-发生氧化反应

B. a和b中转移的e-数目相等

C.过程Ⅱ中参与反应的n(NO):n(NH4+)=1:4

D.过程Ⅰ→Ⅲ的总反应为NO2-+NH4+=N2↑+2H2O

在此,我们仅分析争议较大的C、D选项。


误解:

C.NO与NH4+发生归中反应,方程式为2NO + 8NH4+= 5N2H4+ 2H2O + 8H+,正确。

D.过程Ⅰ反应为:NO2-+ 2H++ e-= H2O + NO;

过程Ⅱ反应为:2NO + 8NH4+= 5N2H4+ 2H2O + 8H+

过程Ⅲ反应为:N2H4- 4e-=N2+4H+

因此总反应为:2NO2-+8NH4+=5N2↑+4H2O +24H++18e-

错误。


正解:

试题情境信息“生物酶体系可以促进H+和e-的转移(如a、b和c)”

我们从反应Ⅲ逆向分析:N2H4- 4e-=N2+4H+,此反应产生4个e-和4个H+,通过生物酶转移到反应Ⅰ:NO2-+ 2H++ e-= H2O + NO,此反应消耗1个e-和2个H+。因此,反应Ⅱ消耗3个e-和2个H+,反应为:NO + NH4++3e-+2H+= N2H4+H2O。总反应为:NO2-+NH4+=N2↑+2H2O。综上,C错,D正确。


2.原始文献分析

2.1英文文献

2012年国际生物学期刊environmental microbiology(环境微生物学)有相关研究文章文章。

全英文,直接进入重点

Environmental Microbiology图

相关词汇翻译


Nar:亚硝盐氧化酶

Nirs:亚硝盐还原酶(试题中的酶1)

HZS:联氨合成酶(试题中酶2)

HZO:联氨氧化还原酶(试题中酶3)

FocA:亚硝酸盐转运蛋白

AmtB:氨转运蛋白

Nuo:NADH泛醌氧化还原酶



简介:如图所示,厌氧氨氧化菌首先在亚硝酸盐转运蛋白(FocA)的作用下将NO2-运输到厌氧氨氧化体内,其中一部分NO2-在亚硝酸盐氧化酶(Nar)的作用下被氧 化为NO3-排至厌氧氨氧化体外,而另一部分NO2-则由cd1型亚硝酸盐还原酶(NirS)还原为NO;其次氨转运蛋白(AmtB) 将NH4+运输到厌氧氨氧化体内并与上一阶段产生的NO相结合,共同在联氨水解酶(HZS)的作用下缩合成N2H4;最后在联氨氧化还原酶(HZO)的作用下将N2H4氧化为N2。在该代谢途径中,联氨氧化过程会释放4个电子,这4个电子经过细胞色素c、辅酶Q、细胞色素bc1复合体以及其它细胞色素c的传递,将其中1个电子传递给NirS,而另外3个电子则传递给HZS。伴随电子的传递过程,质子会排至厌氧氨氧化体外,使得厌氧氨氧化体膜两侧形成质子驱动力,从而加快ATP和NADH的合成。该模型认为NO和N2H4是其中间产物,有如下三个步骤:

NO2-+ 2H++ e-= H2O + NO
NO + NH4++3e-+2H+= N2H4+H2O
N2H4- 4e-=N2+4H+
总反应为:NO2-+NH4+=N2↑+2H2O


2.2中文文献
(以下文献仅节选关键图片,读者可根据文献信息自行下载全文)
王亚宜,黎力,马骁,等.厌氧氨氧化菌的生物特性及CANON厌氧氨氧化工艺[J].环境科学学报,2014,34( 6) : 1362-1374.


李祥,袁怡,黄勇,王勇.厌氧氨氧化微生物研究进展[J].环境科学,2009,22(2):58-61.



反应原理总结:
当水环境中不存在分子氧的情况下,如果同时存在NH4+和NO2-,就有可能发生厌氧氨氧化反应。在此生化反应中,细菌将NH4+作为电子供体,NO2-作为电子受体,产生氮气。这一过程目前称为厌氧氨氧化(Anammox)。该过程具有高效低耗的优点,因而厌氧氨氧化工艺成为目前具有应用前景的污水脱氮工艺。反应可能的原理如下:

(结合2022湖南高考化学第9题图片分析)


不管此题信息是否充分,作为高考是否恰当。但多学科融合,真实情境,信息获取和加工的考查方向值得。


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