例談高考化學(xué)工藝流程題的逆向?qū)忣}策略

王俊金

2021年1月的八省市新高考適應(yīng)性考試固定了八省市新高考各科試卷結(jié)構(gòu)和試題類型。由于化學(xué)工藝流程題能夠很好地考查考生在實(shí)際問題情境中對(duì)化學(xué)問題的分析解決能力，而成為各階段高考試卷保留的明星題型?？v觀去年山東試題、今年八省市適應(yīng)考試試題和歷年高考中的化學(xué)工藝流程題，其難度在總體穩(wěn)定的前提下會(huì)有波動(dòng)，當(dāng)題目難度增大時(shí)，許多考生感到無從下手，得分率降低。通過對(duì)近十年工藝流程題的研究發(fā)現(xiàn)，其實(shí)高難度的工藝流程題是命題者將解決問題需要的信息設(shè)置得比較隱蔽，才使考生感覺難度大，無從下手。筆者通過研究發(fā)現(xiàn)并總結(jié)了一套化學(xué)工藝流程題的審題方法逆向?qū)忣}法，對(duì)流程難題實(shí)現(xiàn)了突破。

例題鋰離子電池的應(yīng)用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO，）、導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時(shí)，該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C+.xLit+xe-LiC?，F(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件未給出）。

回答下列問題：

（1）LiCoO，中，Co元素的化合價(jià)為

（2）寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：

（3）“酸浸”一般在80C下進(jìn)行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式：

可用鹽酸代替H，SO，和H，O，的混合液，但缺點(diǎn)是

（4）寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：

（5）充放電過程中發(fā)生LiCoO，與Li-，CoO，之間的轉(zhuǎn)化，寫出放電時(shí)電池反應(yīng)方程式：

（6）上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是

在整個(gè)回收工藝中，可回收的金屬化合物有（填化學(xué)式）。

分析：首先，我們將審題策略變正向?qū)忣}為逆向?qū)忣}。所謂逆向?qū)忣}就是不先去破解全部流程，而是先看題目的問題，然后帶著問題去題干中找解答此問題需要的信息。

第（1）問為送分題，解答Co元素的化合價(jià)需要的關(guān)聯(lián)信息是“化學(xué)式化合價(jià)代數(shù)和為0”，容易解得答案為十3。

對(duì)于第（2）問，可以回頭去題干中找“正極堿浸”時(shí)發(fā)生的反應(yīng)信息，題干顯示“電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO，）、導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等”這是顯性信息（所謂顯性信息就是題目直接給出與問題相關(guān)的信息）。而堿浸應(yīng)該是鋁箔與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)，這是我們聯(lián)想金屬鋁的性質(zhì)判斷的，屬于聯(lián)想信息（聯(lián)想信息是指問題關(guān)聯(lián)的我們已經(jīng)存儲(chǔ)在大腦中的相關(guān)知識(shí)和規(guī)律等）。據(jù)此即可寫出正確答案：2Al+2OH+2H，0一2AlO2+3H↑。

解答第（3）問，需要我們?nèi)ヮ}干中找與“酸浸”流程問題相關(guān)的信息。鋁已溶解，濾渣成分應(yīng)為L(zhǎng)iCoO，和乙炔黑（即碳）。審題時(shí)要審出關(guān)鍵詞“氧化還原反應(yīng)”和暗示語“所有”及反應(yīng)溫度“80”C”。還要審出關(guān)聯(lián)信息酸浸所加硫酸和過氧化氫的性質(zhì)：H，O，中O為-1價(jià)，既有氧化性又有還原性，不穩(wěn)定易分解;硫酸、鹽酸的性質(zhì)差異為鹽酸有揮發(fā)性、還原性。再找關(guān)于發(fā)生氧化還原的化合價(jià)變化信息，發(fā)現(xiàn)最后Co元素變?yōu)镃oCOs，Co的化合價(jià)由LiCoO，的十3價(jià)變?yōu)槭?價(jià)。再根據(jù)書寫陌生反應(yīng)方程式的思維模型“四要素一原理”，判斷LiCoO，具有氧化性，是氧化劑，此時(shí)H，O，需要表現(xiàn)還原性，是還原劑，硫酸起酸性接收劑（接收一2價(jià)O生成水，接收金屬離子生成鹽）作用，只要審出這些信息就能夠?qū)懗龃鸢福?/p>

此時(shí)不要忘了暗示詞“所有”，顯然還有其他氧化還原反應(yīng)存在，聯(lián)想關(guān)聯(lián)信息“H，O，不穩(wěn)定易分解”和反應(yīng)條件

分析“用鹽酸代替H，SO，和H，O，的混合液”的缺點(diǎn)，思考的模板是“對(duì)比差異，趨利避害”。顯然，因鹽酸的還原性和揮發(fā)性，在與氧化劑LiCoO，作用時(shí)可能產(chǎn)生C1，和HCl，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，答案昭然。

第（4）問是陌生方程式的書寫，思路方法就是前面提到的“四要素一原理”，四要素是反應(yīng)物生成物、條件、符號(hào)、配平，一原理是不共存原理。反應(yīng)物、生成物是什么，要去題干中審題找信息或聯(lián)想掌握的反應(yīng)規(guī)律和元素守恒來判斷。我們?nèi)ヮ}干流程中找到如下信息：

可以看出反應(yīng)物顯然為CoSO，、NH，HCO，，生成物有CoCO沉淀。其他產(chǎn)物可以根據(jù)元素守恒判斷，初步可以寫成：CoSO，+NHHCOCoCO;、↓+NHHSO，，但如此寫不符合“不共存原理”，因?yàn)镹HHCO、CoCO在強(qiáng)酸性的NH，HSO，溶液中因相互反應(yīng)不能共存，所以，應(yīng)該加足量的NH，HCO將NH，HSO，轉(zhuǎn)化為能共存的生成物，即：CoSO，+2NHHCOsCoCO↓+（NH），S0+H2O+CO↑。陌生方程式書寫中，此類不共存原理問題特別需要考生注意，不然會(huì)掉人陷阱，這也是命題者為了體現(xiàn)高考試題的區(qū)分功能，設(shè)計(jì)試題難度常用的手法。

第（5）問在本題中是難度最大的一問了，那么，其難度在哪里呢？其實(shí)站在命題者的角度看，題目難度的設(shè)置方法往往是把解題需要的信息隱身，需要考生審題時(shí)找出這些隱含信息（隱含信息是指由顯性信息進(jìn)行遷移變換、深入挖掘才能得到的解決問題所必需的信息）才能找到答案。本問在設(shè)置的問題中也提供了解題需要的信息，但單憑這些問題信息（問題信息是指非題干提供的信息而是在設(shè)問時(shí)展示的信息）是無法找到答案的，需要將問題信息和隱含信息等其他信息相結(jié)合才能找到突破口。

我們先看問題告訴我們的信息：“充放電過程中發(fā)生LiCoO，與Li-.CoO，之間的轉(zhuǎn)化”，而LiCoO，是正極材料，所以這是正極上的變化，即充、放電時(shí)正極的變化為：LiCoO，充電Li_，CoO，，由此可知，放電時(shí)正放電

極變化為L(zhǎng)i-.CoO，》LiCoO，，進(jìn)一步可知其隱含著正極電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i-.CoO，+xe～+xLit-LiCoO，的信息。要寫出電池總反應(yīng)方程式，我們還需要負(fù)極材料和負(fù)極變化，題目并未直接告訴我們，而是也設(shè)置成了隱含信息。這時(shí)候我們需要去題干中找相關(guān)的顯性信息，然后挖掘我們需要的隱含信息即可。本題干中有顯性信息：“充電時(shí)，該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C+.Li++xe-Li，C?！庇纱宋覀兛梢阅嫱瞥鲭[含信息，放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為充電反應(yīng)的逆反應(yīng)，即Li，C-.xe=6C+xLt，負(fù)極材料為L(zhǎng)i，C。此時(shí)我們將兩極電極反應(yīng)式相加即得到答案：Li_.CoO，+Li，C-LiCoO，+6C。

第（6）問的第一空我們依然用“對(duì)比差異、趨利避害、信息引領(lǐng)”的思維方法去找答案。我們?nèi)フ曳烹姾筒环烹姷牟町?，顯然不放電時(shí)負(fù)極材料中存在鋰，而根據(jù)電池反應(yīng)方程式可知放電后鋰元素都進(jìn)入正極材料，題目中給我們的引領(lǐng)信息是“現(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源”，當(dāng)然是放電后鋰元素都進(jìn)人正極材料了，這樣鋰的回收率會(huì)更大?？芍鸢笧椋阂?yàn)槭菑恼龢O材料回收金屬鋰，而據(jù)電池反應(yīng)可知放電時(shí)所有鋰元素都進(jìn)人正極材料中。

最后的問題屬于送分的簡(jiǎn)單問題，只需去流程中去找含有金屬元素的終端產(chǎn)物這個(gè)顯性信息即可。答案為Al（OH）：、LijSO、CoCO3。

點(diǎn)評(píng)：例題分析展示了化學(xué)工藝流程題的“逆向?qū)忣}”過程，其特點(diǎn)主要是避免了正向?qū)忣}可能會(huì)消耗無謂的時(shí)間和精力，因?yàn)榱鞒讨械挠行﹥?nèi)容，命題者并未設(shè)置相關(guān)問題，而逆向?qū)忣}是先看題目問啥，然后帶著問題去題干中找命題者為解決此問題設(shè)置的相關(guān)信息，這樣審題效率高，精準(zhǔn)性強(qiáng)。逆向?qū)忣}策略中，要善于挖掘“顯性信息”“隱含信息”“關(guān)聯(lián)信息”“問題信息”“關(guān)鍵詞”“暗示語”。通過解答化學(xué)工藝流程題，將這些不同類型信息與題中設(shè)置問題的關(guān)聯(lián)對(duì)接進(jìn)行強(qiáng)化體驗(yàn)，能使我們形成信息分類的思維習(xí)慣，對(duì)我們審題能力的提升大有好處。對(duì)于陌生方程式書寫的問題，我們提出了“四要素一原理”的思維模板。對(duì)于簡(jiǎn)答題我們提出了“對(duì)比差異、趨利避害、信息引領(lǐng)”的思維方法，并都進(jìn)行了相應(yīng)的案例分析應(yīng)用。

下面我們可以將“逆向?qū)忣}策略”和“四要素一原理”書寫陌生方程式法、“對(duì)比差異、趨利避害、信息引領(lǐng)”簡(jiǎn)答類問題的思維分析方法，應(yīng)用于以下試題的分析解答中，可以用和常規(guī)審題方法進(jìn)行對(duì)比的形式，體驗(yàn)一下逆向?qū)忣}與常規(guī)審題不同的奧妙。

【2021年河北省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇考適應(yīng)性測(cè)試（八省市聯(lián)考）】合理利用工廠煙灰，變廢為寶，對(duì)保護(hù)環(huán)境具有重要意義。

以某鋼鐵廠煙灰（主要成分為ZnO，并含少量的CuO、MnO，、Fe，O等）為原料制備氧化鋅的工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）“浸取”工序中加入過量氨水的目的：①使ZnO、CuO溶解，轉(zhuǎn)化為【Zn（NH）4】2+和【Cu（NH）】+配離子;②

（2）ZnO轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為

（3）“除雜”工序中，反應(yīng)的離子方程式為

（4）濾渣②的主要成分有

（填化學(xué)式），回收后可用作冶金原料。

（5）“蒸氨沉鋅”工序中，“蒸氨”是將氨及其鹽從固液混合物中蒸出，相應(yīng)的化學(xué)方程式為，蒸出物冷凝吸收后得到的碳化氨水可返回工序循環(huán)使用。

（6）從堿式碳酸鋅得到氧化鋅的工序名稱為

（7）將濾渣①用H，SO溶液處理后得到溶液和固體（均填化學(xué)式）。

（責(zé)任編輯謝啟剛）