基于“分析與推測(cè)”能力的工藝流程題解析
——以簡(jiǎn)易流程在選擇題中的命題設(shè)計(jì)為例

>>>王志庚 李子春

工藝流程題是近幾年化學(xué)高考的熱點(diǎn)，該題型通過創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)生活情境或?qū)W術(shù)探索情境，綜合考查考生的“分析與推測(cè)”能力。試題以選擇題形式呈現(xiàn)，凸顯綜合性與應(yīng)用性，深度考查考生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。多維度的“物質(zhì)分析”是突破工藝流程選擇題的關(guān)鍵。

一、考查的內(nèi)容分析

工藝流程題是對(duì)元素化合物知識(shí)的深入考查和綜合測(cè)評(píng)，命題設(shè)計(jì)側(cè)重知識(shí)的綜合性與應(yīng)用性。下表為2021 年6 月選擇性考試卷與2021 年1 月適應(yīng)性考試卷考查內(nèi)容的對(duì)比分析。

年份 試卷 題號(hào) 情境創(chuàng)設(shè)與考點(diǎn)分析河北卷 6情境創(chuàng)設(shè)：利用金屬Bi制備BiOCl的工藝流程考點(diǎn)設(shè)計(jì)：試劑作用與物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析2021年6月試題山東卷 8情境創(chuàng)設(shè)：以SO2和純堿為原料制備無水NaHSO3的流程考點(diǎn)設(shè)計(jì)：溶液成分分析與條件分析湖南卷 6情境創(chuàng)設(shè)：制備無水氯化鎂的工藝流程考點(diǎn)設(shè)計(jì)：試劑分析與物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析

河北卷 8情境創(chuàng)設(shè)：由叔丁醇與濃鹽酸反應(yīng)制備2-甲基-2-氯丙烷考點(diǎn)設(shè)計(jì)：反應(yīng)類型分析與操作分析湖南卷 13情境創(chuàng)設(shè)：冶金工藝產(chǎn)生的廢渣制備K2Cr2O7考點(diǎn)設(shè)計(jì)：濾渣成分分析與物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析2021年1月試題重慶卷 12情境創(chuàng)設(shè)：用NaHSO3還原法制備保險(xiǎn)粉考點(diǎn)設(shè)計(jì)：試劑作用、物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析及條件分析遼寧卷 12情境創(chuàng)設(shè)：用TiCl4水解法制備納米TiO2考點(diǎn)設(shè)計(jì)：操作分析與物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析江蘇卷 8情境創(chuàng)設(shè)：制鋁工藝廢渣制取聚合硫酸鐵鋁凈水劑考點(diǎn)設(shè)計(jì)：物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析與條件分析

二、考查視角與策略分析

1.物質(zhì)轉(zhuǎn)化的“反應(yīng)”分析

工藝流程題以制備物質(zhì)或分離物質(zhì)為主要考查方向，流程依據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化的目的可以是生成產(chǎn)品，也可以是生成雜質(zhì)并除去。命題視角是考查核心反應(yīng)的書寫，命題能力要求是確定物質(zhì)、洞悉變化、書寫反應(yīng)?？枷蛟O(shè)計(jì)是復(fù)分解反應(yīng)方程式書寫或氧化還原反應(yīng)方程式書寫。物質(zhì)變化分析的難度呈現(xiàn)一定梯度，如反應(yīng)類型由復(fù)分解到氧化還原反應(yīng)，物質(zhì)變化從形式上可以給出全部流入流出物質(zhì)，若要提升難度可以略去部分物質(zhì)，讓考生推測(cè)物質(zhì)變化過程。

例1.BiOCl是一種具有珍珠光澤的材料，利用金屬Bi制備BiOCl的工藝流程如圖：

下列說法錯(cuò)誤的是

A.酸浸工序中分次加入稀HNO3可降低反應(yīng)劇烈程度

B.轉(zhuǎn)化工序中加入稀HCl可抑制生成BiONO3

C.水解工序中加入少量CH3COONa(s)可提高Bi3+水解程度

D.水解工序中加入少量NH4NO3(s)有利于BiOCl的生成

例2.以某冶金工藝產(chǎn)生的廢渣(含Cr2O3、SiO2及少量的Al2O3)為原料，根據(jù)下列流程可制備K2Cr2O7。

下列說法正確的是

A.煅燒時(shí)沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng)

B.濾渣Ⅱ中主要成分是Al(OH)3

C.可循環(huán)使用的物質(zhì)是CO2和Na2CO3

D.由Na2CrO4轉(zhuǎn)化為K2Cr2O7的過程中需加入KOH

【解析】選項(xiàng)A 考查考生的分析與推測(cè)能力。第一步中的“加入物質(zhì)”給出了Na2CO3和O2，“流出物質(zhì)”給出了CO2氣體，缺少部分生成物，需要考生瞻前顧后進(jìn)行整體分析。從元素化合價(jià)變化判斷：由于物質(zhì)操作流程“冷卻、水浸、過濾和調(diào)pH”均無元素化合價(jià)改變，而過濾后得到Na2CrO4和Na2CO3溶液，即可確定Na2CrO4由Cr2O3經(jīng)氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化得來。選項(xiàng)A 錯(cuò)誤。這樣的問題創(chuàng)設(shè)要求考生具有整體思維與局部思維相結(jié)合的思想。

【解題策略】小流程物質(zhì)轉(zhuǎn)化的反應(yīng)分析可以分三步思考：首先分析流入、加入和流出的物質(zhì)，瞻前顧后，確定反應(yīng)物與生成物；再進(jìn)行物質(zhì)變化過程中的元素化合價(jià)分析，判斷反應(yīng)類型；最后結(jié)合溶液環(huán)境是酸性、堿性，還是中性，來確定書寫化學(xué)反應(yīng)用語時(shí)補(bǔ)加的物質(zhì)。

快速書寫（或判斷）工藝流程題中信息型離子方程式可按如下思維模式：

復(fù)分解型離子方程式書寫

氧化還原型離子方程式書寫

2 .物質(zhì)轉(zhuǎn)化的“成分”分析

物質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化進(jìn)行分離一般會(huì)出現(xiàn)“液”與“渣”的成分辨析。工藝流程題的命題，不論是制備流程還是提純流程都會(huì)不斷除去雜質(zhì)成分，考查考生由礦料到產(chǎn)品基于元素守恒觀念確認(rèn)舍棄“渣”還是“液”。在命題設(shè)計(jì)時(shí)可以從多角度考查物質(zhì)變化后“液”與“渣”的成分。

例3.由制鋁工藝廢渣(主要含F(xiàn)e、Ca、Si、Al等的氧化物)制取聚合硫酸鐵鋁凈水劑的流程如下：

下列有關(guān)說法不正確的是

C. 濾液中主要存在的陽離子有：H+、Fe2+、Ca2+、Al3+

【解析】該問題視角是辨析“液”，情境創(chuàng)設(shè)的本質(zhì)是預(yù)處理“浸取”操作發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的分析，鋁工藝廢渣的主要成分是Fe、Ca、Si、Al 等的氧化物，加入稀H2SO4后，除SiO2外其他氧化物溶解，但溶解后的鐵元素通過加入H2O2溶液一定以Fe3+存在。這樣的問題設(shè)計(jì)既有反應(yīng)原理考查又有操作考查，核心反應(yīng)是Fe2+與Fe3+的轉(zhuǎn)化，命題維度是借助于試題情境辨析“渣”與“液”的成分。

例4.試題見例2。

【解析】選項(xiàng)B 的問題視角是辨析“渣”，確定濾渣Ⅱ中的成分，從命題設(shè)計(jì)角度看有非常高的綜合性，思維視角要從分析第一步廢渣處理發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)開始，加入Na2CO3和O2，生成CO2氣體，缺少的部分生成物需要考生進(jìn)行整體分析，依據(jù)流程“冷卻、水浸、過濾和調(diào)pH”得到濾渣Ⅱ和Na2CrO4與Na2CO3溶液進(jìn)行判斷，Cr2O3發(fā)生了氧化還原反應(yīng)生成Na2CrO4，而SiO2與Al2O3也分別與Na2CO3反應(yīng)生成Na2SiO3和NaAlO2，所以通入CO2調(diào)pH 時(shí)Na2SiO3和NaAlO2與CO2反應(yīng)，濾渣Ⅱ成分為Al(OH)3和H2SiO3沉淀。

【解題策略】“液”與“渣”的成分辨析是必備知識(shí)和關(guān)鍵能力的綜合考查。策略是利用整體思維找到反應(yīng)原理，即物質(zhì)生成的化學(xué)反應(yīng)，再依據(jù)分離操作的目的確定“液”與“渣”的成分。

“濾渣”判斷的具體思維方法

“濾液”判斷的具體思維方法

3.物質(zhì)轉(zhuǎn)化的“理論”分析

簡(jiǎn)易流程題在命題設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)在反應(yīng)原理上設(shè)置障礙，考查考生化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)的應(yīng)用?？梢詫?duì)溶解平衡、電離平衡、水解平衡和絡(luò)合平衡等理論的應(yīng)用進(jìn)行關(guān)鍵能力考查。

例5.實(shí)驗(yàn)室用TiCl4水解法制備納米TiO2的簡(jiǎn)易流程如下，下列說法錯(cuò)誤的是

B. 氨水的作用可用勒夏特列原理解釋

【解題策略】物質(zhì)轉(zhuǎn)化的理論分析首要任務(wù)是先發(fā)現(xiàn)平衡體系，然后才能用“理”分析，“理”就是基于平衡存在的事實(shí)，利用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解決問題，思維的切入點(diǎn)是影響平衡移動(dòng)的因素：濃度、酸堿度、溫度或溶解度等。

4.物質(zhì)轉(zhuǎn)化的“經(jīng)濟(jì)”分析

工藝流程試題以工藝生產(chǎn)的真實(shí)情境為載體，工藝生產(chǎn)講究效益最大化，因此，命題設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)?？疾樵侠玫慕?jīng)濟(jì)效益，考查節(jié)約成本，提能增效，提高產(chǎn)率。

例7.（節(jié)選）（2020年山東省學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試卷，9題）以菱鎂礦（主要成分為MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3）為原料制備高純鎂砂的工藝流程如下：

已知浸出時(shí)產(chǎn)生的廢渣中有SO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列說法錯(cuò)誤的是

C.流程中可循環(huán)使用的物質(zhì)有NH3、NH4Cl

例8.試題見例2。

【解析】選項(xiàng)C 命題設(shè)計(jì)比較直觀，流程中“廢渣”加入Na2CO3和O2處理有CO2生成，后面“濾液I”通入CO2調(diào)pH，推測(cè)CO2可再次利用，反應(yīng)后過濾的濾液有Na2CO3，流程“廢渣”加入Na2CO3，說明也可利用，情境創(chuàng)設(shè)直觀容易上手。

【解題策略】簡(jiǎn)易流程轉(zhuǎn)化后，物質(zhì)是否可以從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度再次循環(huán)利用，只需分析物質(zhì)變化，關(guān)注加入和流入物質(zhì)與生成物質(zhì)有無重合。抓住主干變化、主線主產(chǎn)品、支線副產(chǎn)品，循環(huán)利用。

5.物質(zhì)轉(zhuǎn)化的“操作”分析

簡(jiǎn)易流程題的命題設(shè)計(jì)中還有一個(gè)核心考點(diǎn)是物質(zhì)分離操作，分析操作的注意事項(xiàng)與目的，近幾年經(jīng)?？疾椤Ｍ黄频年P(guān)鍵是掌握“過濾、萃取分液、蒸餾與蒸發(fā)結(jié)晶”等基本操作的規(guī)范性與應(yīng)用性。

例9.（2020年山東省學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試卷，8題）實(shí)驗(yàn)室分離Fe3+和Al3+的流程如下：

已知Fe3+在濃鹽酸中生成黃色配離子[FeCl4]-，該配離子在乙醚（Et2O，沸點(diǎn)34.6℃）中生成締合物Et2O·H+·[FeCl4]-。下列說法錯(cuò)誤的是

A.萃取振蕩時(shí)，分液漏斗下口應(yīng)傾斜向下

B.分液時(shí)，應(yīng)先將下層液體由分液漏斗下口放出

C.分液后水相為無色，說明已達(dá)到分離目的

D.蒸餾時(shí)選用直形冷凝管

【解析】該題考查考生儀器使用與操作，難點(diǎn)是理解萃取與反萃取操作、明確分離的目的。萃取時(shí)分液漏斗要傾斜向上，方便振蕩時(shí)放氣，振蕩完成后靜置一段時(shí)間，將下層液體放出，上層液體從上口倒出，所以A 的表述是錯(cuò)誤的；用乙醚做萃取劑，分液時(shí)Fe3+以締合物的形式存在于在乙醚中，水層無色達(dá)到分離目的；蒸餾操作分離出乙醚，選用直形冷凝管傾斜安裝是對(duì)的。

【解題策略】這類問題主要考查基本實(shí)驗(yàn)操作，所以構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)有利于解題，重點(diǎn)關(guān)注“過濾、萃取分液、蒸餾與蒸發(fā)結(jié)晶”操作的實(shí)驗(yàn)裝置及注意事項(xiàng)：

操作 適用范圍 裝置過濾 固相與液相的分離方法images/BZ_23_874_495_1075_821.png萃取分液利用物質(zhì)性質(zhì)由一個(gè)液相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)液相的分離方法。萃取的作用: 從礦石的浸出液中，提取和富集有價(jià)金屬; 分離化學(xué)性質(zhì)相近的金屬離子。被萃取物萃入有機(jī)相后，一般需要使其重新返回水相，此時(shí)把負(fù)載有機(jī)相與反萃劑( 一般為無機(jī)酸或堿的水溶液，也可以是純水) 接觸，使被萃取物轉(zhuǎn)入水相，這一過程相當(dāng)于萃取的逆過程，稱為反萃取。images/BZ_23_876_990_1072_1396.png蒸餾 利用沸點(diǎn)差異液液分離images/BZ_23_835_1633_1119_1885.png蒸發(fā)濃縮降溫結(jié)晶提取溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)、易水解的物質(zhì)或結(jié)晶水化合物images/BZ_23_850_2037_1093_2329.png

選擇題中簡(jiǎn)易流程的命題雖沒有二卷流程命題的綜合性，但命題角度都有一定的創(chuàng)新性。教學(xué)中應(yīng)注重對(duì)學(xué)生“分析與推測(cè)”能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行恰當(dāng)?shù)摹拔镔|(zhì)”分析，此類試題就可迎刃而解。