化工流程題中的學(xué)科核心素養(yǎng)之淺議

張鳳英

摘要：化工流程題完美詮釋了新課程對高中化學(xué)知識與工業(yè)生產(chǎn)的融合并使化學(xué)教育能為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的理念。學(xué)生在對化工流程題進(jìn)行解答的時(shí)候，其化學(xué)核心素養(yǎng)便能完全呈現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：化工流程題;化學(xué)核心素養(yǎng)

近幾年的高考題中，化工流程題以其獨(dú)特的價(jià)值導(dǎo)向成為高考題中的“后起之秀”。 化工流程題以現(xiàn)代化工生產(chǎn)或模擬化工生產(chǎn)流程，聯(lián)系化工生產(chǎn)中的成本、反應(yīng)條件、產(chǎn)品純度、環(huán)境保護(hù)問題，考查學(xué)生接受整合信息，運(yùn)用化學(xué)原理知識、化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能等分析解決化工生產(chǎn)中的實(shí)際問題的能力?；ち鞒填}可涵蓋所有重要的化學(xué)知識與技能，注重綜合考查學(xué)生的各種能力，充分體現(xiàn)了化學(xué)教育的目的，增強(qiáng)了高考命題中對學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的正確評價(jià)，同時(shí)促進(jìn)傳統(tǒng)的“應(yīng)試教育”向“能力教育” 轉(zhuǎn)化。

關(guān)注“核心素養(yǎng)”的培育是目前世界各國基礎(chǔ)教育理論研究和實(shí)踐變革的重大趨勢【1】。我國教育部將“核心素養(yǎng)”定義為：學(xué)生應(yīng)具備的能夠適應(yīng)終身發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力【2】。高中學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)可表示為：化學(xué)核心素養(yǎng)=化學(xué)知識+化學(xué)能力+化學(xué)方法+化學(xué)思維+化學(xué)情感。

高考中的化工流程題不僅考查學(xué)生對化學(xué)知識的掌握，更是考查學(xué)生對物質(zhì)的制備、檢驗(yàn)、分離及提純等基本實(shí)驗(yàn)原理在化工生產(chǎn)中的實(shí)際運(yùn)用能力。化工流程題完美詮釋了新課程對高中化學(xué)知識與工業(yè)生產(chǎn)的融合并使化學(xué)教育能為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的理念。學(xué)生在對化工流程題進(jìn)行解答的時(shí)候，其化學(xué)核心素養(yǎng)便能完全呈現(xiàn)。

化工流程題既能考查學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，又對學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)的形成有促進(jìn)作用，具體可從以下幾方面體現(xiàn)：

一、考查學(xué)生的信息獲取整合能力

化工流程題將化工生產(chǎn)流程簡化后用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識巧設(shè)疑問，與傳統(tǒng)無機(jī)框圖題相比更顯獨(dú)特新穎，但因其信息量大、情境陌生、選材新穎、綜合性強(qiáng)，常使學(xué)生感覺無從下手。

例1：（湖南2017屆高三·十三校聯(lián)考第二次理綜考試）氯化亞銅（CuCl）廣泛應(yīng)用于化工、印染、電鍍等行業(yè)。CuCl是難溶于醇和水的白色固體，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化，在堿性條件下CuCl易轉(zhuǎn)化為Cu2O。以海綿銅（主要成分是Cu和少量CuO）為原料，采用硝酸銨氧化分解技術(shù)生產(chǎn)CuCl的工藝過程如下圖1：

（5）準(zhǔn)確稱取所制備的氯化亞銅樣品mg，將其溶于某Cl-濃度較大的溶液中，待樣品完全溶解后，配制250ml的溶液，從其中取出25ml溶液，加入適量稀硫酸，用amol/L的K2Cr2O7溶液滴定到終點(diǎn)（假設(shè)該過程中失電子的只有Cu元素），消耗K2Cr2O7溶液bml，反應(yīng)中Cr2O72-被還原為Cr3+，樣品中CuCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 。

（6）電解法也是獲得CuCl的一種重要途徑，現(xiàn)以銅作陽極，石墨作陰極，NaCl溶液為電解質(zhì)電解，也可以獲得CuCl，寫出陽極反應(yīng)方程式 。電解一段時(shí)間后，溶液中可能產(chǎn)生的現(xiàn)象： 。

此題即為一個典型的化工流程題，而題目所給的信息非常多，學(xué)生讀題時(shí)應(yīng)細(xì)品，答題時(shí)要善于分析其中有用的信息并進(jìn)行整合。如題目中的原料主要是Cu單質(zhì)，而最終產(chǎn)物為CuCl，則反應(yīng)中肯定涉及氧化還原反應(yīng)，步驟①中酸性條件下硝酸根離子具有氧化性，可氧化海綿銅中的Cu生成Cu2+，過濾后在步驟③中，加入亞硫酸銨及氯化銨，發(fā)生氧化還原反應(yīng)才可生成CuCl;第（3）問的問題則要注意題目提供的CuCl可溶于氯離子濃度較大的體系，同時(shí)Cu+易被氧化，鹽酸含有較多的Cl-，硝酸有強(qiáng)氧化性，故采用的酸應(yīng)為硫酸;問題（4）中用乙醇洗滌產(chǎn)品則要注意題目中提到的CuCl是難溶于醇和水的白色固體且在潮濕空氣中易水解氧化的信息，故利用乙醇揮發(fā)的特點(diǎn)可除去產(chǎn)品表面的水分，同時(shí)可防止其水解;問題（6）第二問的答案實(shí)際也隱藏在題給的信息中，CuCl是難溶于水的白色固體，在堿性條件下CuCl易轉(zhuǎn)化為Cu2O，電解NaCl溶液時(shí)陽極銅失電子成為Cu+，同時(shí)陰極放出H2會使溶液呈堿性，故首先生成白色的CuCl沉淀，之后在堿性條件下CuCl轉(zhuǎn)化為Cu2O。

這道題的知識難度不大，但充分考查了學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)之從繁雜的文字中獲取信息并整合運(yùn)用的能力。學(xué)以致用，才是教育的目的。

二、啟迪學(xué)生的化學(xué)知識遷移應(yīng)用的思維

學(xué)生對單純的化學(xué)知識的記憶較易，但高考化工流程題中更注重考查學(xué)生對

化學(xué)知識的遷移應(yīng)用。

例2：（2017屆湖北省黃岡市高三3月質(zhì)量檢測）新型鋰電池正極材料錳酸

鋰（LiMn2O4）有望取代廣泛使用的LiCoO2 ，工業(yè)上用某軟錳礦（主要成分為MnO2，同時(shí)含有少量鐵、鋁及硅等的氧化物）為原料制備錳酸鋰的流程如下圖2：

有關(guān)物質(zhì)的溶度積常數(shù)：

此題中第（1）問中，實(shí)為考查氧化還原反應(yīng)中元素化合價(jià)的變化，在平時(shí)的學(xué)習(xí)中學(xué)生都知道Fe3O4中鐵元素的化合價(jià)為+2、+3價(jià)的組合，此時(shí)有學(xué)生推導(dǎo)反應(yīng)LiMn2O4+e-+Li+= Li2Mn2O4中，LiMn2O4中Mn元素的化合價(jià)為+3.5價(jià)，但又心存疑慮，此時(shí)將Fe3O4中鐵元素的化合價(jià)知識進(jìn)行遷移類推，便很容易推出Mn的化合價(jià)為+3、+4價(jià)了;第（3）問為上述流程中電解MnSO4溶液沉積得到MnO2，由流程可知，錳離子生成二氧化錳，反應(yīng)式為Mn2+-2e-+2H2O == MnO2 +4H+，錳元素的化合價(jià)升高，Mn2+失電子，便能推出硫酸錳溶液應(yīng)在陽極室，硫酸鈉溶液應(yīng)在陰極室。

此道化工流程題考查了學(xué)生對氧化還原反應(yīng)及電解原理知識的遷移運(yùn)用能力，啟迪了學(xué)生的化學(xué)思維，也是化學(xué)核心素養(yǎng)的呈現(xiàn)。

三、激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新意識

化工流程題中原料的加工、反應(yīng)條件的控制、產(chǎn)品的加工處理都與學(xué)生所學(xué)的實(shí)驗(yàn)原理相聯(lián)系，學(xué)生運(yùn)用化學(xué)原理、實(shí)驗(yàn)技能等分析解決化工生產(chǎn)中的實(shí)際問題也是化學(xué)核心素養(yǎng)的要求。

例3、鹵塊的主要成分是MgCl2，此外還含有Fe3+、Fe2+和Mn2+等離子。以鹵塊為原料可制得輕質(zhì)氧化鎂，工藝流程如下圖4：

若要求產(chǎn)品盡量不含雜質(zhì)，而且生產(chǎn)成本較低，據(jù)以下資料表1、表2：

已知：Fe2+氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，所以常將它氧化為Fe3+，生成Fe（OH）3沉淀除去，填寫空白：

（1）、為了加速鹵塊的溶解，我們可以選擇哪些方法 。

（2）、在步驟②中加入的試劑X，最佳的選擇是 ，其作用是 ;

（3）、在步驟③中加入的試劑Y應(yīng)是 ， 之所以要控制pH=9.8的目的是 。

（4）、在步驟④中加入的試劑Z應(yīng)是 ;

此題第（1）問中加速原料鹵塊的溶解，很多學(xué)生想到了升溫、粉碎，但其實(shí)攪拌也是一種可行的方法;問題（3）中試劑Y是為了讓除Mg2+之外的其他離子沉淀，故應(yīng)選擇NaOH 并將pH控制在9.8;問題（4）Z的選擇是為了讓Mg2+沉淀并為之后產(chǎn)生CO2作鋪墊，故要選擇Na2CO3，步驟⑤中加水煮沸產(chǎn)生的CO2氣體對步驟⑥中獲得密度小的輕質(zhì)氧化鎂的作用是什么，問題環(huán)環(huán)相扣，這與平時(shí)實(shí)驗(yàn)室所做的一些驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是不一樣的，是能解決化工生產(chǎn)需要的實(shí)際操作，能達(dá)到激發(fā)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新意識的目的，這也是化學(xué)核心素養(yǎng)的目的之一。

四、增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)境意識與社會責(zé)任

化學(xué)為人類文明作出了巨大的貢獻(xiàn)，但化工卻一度成為破壞環(huán)境、造成污染的代名詞，化工流程題中很多設(shè)計(jì)從廢渣、廢液中提取有用物質(zhì)，如從含Co3O 4、Al、Si、Li2O、Fe2O3的廢料中提純電子級鈷用于半導(dǎo)體工業(yè)、用廢鐵屑生產(chǎn)硫酸亞鐵銨、廢玻璃粉末中回收鈰、電鍍廢液中提取鉻等，題目中所設(shè)計(jì)的問題也基本圍繞原料的利用、核心反應(yīng)、產(chǎn)品的回收和綜合利用展開，考慮環(huán)境污染問題、原子的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約能源、原料的再生性、工藝的安全性等等?；ち鞒填}大多有意識地考查學(xué)生如何在進(jìn)行化工生產(chǎn)時(shí)最大程度地減少對環(huán)境造成的影響，使學(xué)生堅(jiān)持綠色化學(xué)的理念，建立環(huán)境保護(hù)意識，承擔(dān)起社會責(zé)任，這也是化學(xué)核心素養(yǎng)的導(dǎo)向。

化學(xué)核心素養(yǎng)中的“素養(yǎng)”二字意有養(yǎng)成教育，積微成著?；ち鞒填}雖然只是高考題中的一個題型，但卻能指導(dǎo)化學(xué)核心素養(yǎng)的導(dǎo)向，目前的學(xué)校教育仍會以高考為目標(biāo)，化工流程題向考查學(xué)生能力，提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)方向引導(dǎo)，必然會讓教育轉(zhuǎn)變觀念，改革教學(xué)的方法和過程，以達(dá)到提升學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)，真正體現(xiàn)化學(xué)課程的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

【1】劉江田：化學(xué)核心素養(yǎng)及其在高考試題占的體現(xiàn).中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（1～2）：54～55

【2】陳廷?。喊l(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐與思考.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（1～2）：5～7