基于原始文献的高考化学试题解读——2022湖南卷第9题

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内容

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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。

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  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： 关注试题情境信息“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

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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

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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.

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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.

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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关注。

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