注重試題情境 突破陌生反應 體現(xiàn)核心素養(yǎng)
——以氟碳鈰礦制備氧化鈰工藝流程題命制為例

江西 張萬程

化學工藝流程題是歷年高考中的一種常見題型，試題以真實的工業(yè)生產(chǎn)情境為載體，創(chuàng)設陌生的問題情境，考查考生識別流程圖提取信息、處理信息、應用信息的能力，試題信息量多、難度大、綜合性強，對考生要求高，充分體現(xiàn)高考試題服務選才的核心功能。筆者對近三年全國卷的工藝流程題進行深入的分析，總結(jié)該類題型的答題規(guī)律，并依據(jù)素材進行了原創(chuàng)試題的命制，以期對2022屆高考師生有所幫助。

一、近三年全國卷工藝流程命題特點

表1 近三年全國卷工藝流程命題特點

在近三年全國卷區(qū)的工藝流程題中所考查的知識點主要為化學(離子)方程式的書寫(16個方程式)、“濾渣”或“濾液”成分的分析(6次)、根據(jù)Ksp計算調(diào)節(jié)溶液pH使金屬離子沉淀或計算離子濃度(4次)、循環(huán)使用物質(zhì)的分析或返回工序的選擇(4次)、操作及其他原因的分析等。其中化學(離子)方程式的書寫及流程的分析(成分的分析)是重點，同時也是此類題型的難點。

二、近三年全國卷工藝流程涉及化學(離子)方程式總結(jié)

表2 近三年全國卷工藝流程中的化學(離子)方程式

從分析中可看出，在工藝流程試題中，所考查的化學反應一定是氧化還原反應(或電極反應)、復分解反應、鹽類水解反應中的一個類型。在復習過程中，教師需引導學生回歸課本掌握基本元素及其化合物的性質(zhì)，熟悉化學(離子)方程式的書寫，對于氧化還原反應方程式，學生需掌握氧化還原反應的基本概念及規(guī)律，結(jié)合得失電子守恒法來書寫化學(離子)方程式。

三、基于陌生反應的工藝流程原創(chuàng)試題

(一)原創(chuàng)試題呈現(xiàn)

氧化鈰(CeO2)是一種應用非常廣泛的稀土氧化物?，F(xiàn)以氟碳鈰礦(含CeFCO3、BaO、SiO2等)為原料制備氧化鈰，其工藝流程如圖1所示：

圖1

已知：

③Ce3+在空氣中易被氧化為Ce4+。

回答下列問題：

(1)焙燒時，為了提高焙燒效率，可采取的措施有________________________(任寫一條)。

(2)CeFCO3中Ce元素的化合價為________，濾渣A的主要成分是________。

(3)焙燒后加入稀硫酸浸出，Ce的浸出率和稀硫酸濃度、溫度有關，其關系如圖2所示，應選擇的適宜的條件為________，硫酸濃度過大時，浸出率降低的原因是。

圖2

(5)步驟③加入鹽酸后，通常還需加入H2O2，其主要目的為。

(6)步驟④的離子方程式為。

【參考答案】

(1)粉碎氟碳鈰礦以增大接觸面積或延長焙燒時間

(2)+3 BaSO4、SiO2

(5)防止Ce3+被氧化

(7)88.15%

【圖文解析】

(1)剝離流程進行分析：

圖3

(2)陌生方程式突破方法：

(二)原創(chuàng)試題分析

1.素材來源及命題思路

2.試題細目表

根據(jù)《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》，化學試題命制時應以核心素養(yǎng)為測試宗旨、以真實情境為測試載體、以實際問題為測試任務、以化學知識為解決問題的工具。測試宗旨主要體現(xiàn)化學學科的核心素養(yǎng)，包括“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識、科學態(tài)度與社會責任”5個方面，每個方面上均有4個水平劃分，不同的水平之間相互關聯(lián)，且層層遞進。結(jié)合本文原創(chuàng)試題指定試題細目表如表3所示。

表3 本文試題細目表

3.試題點評

稀土在電子材料、磁體、熒光粉、玻璃、冶金、陶瓷、催化劑等方面的作用越來越重要，幾乎所有的稀土應用領域中都含有鈰。如拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。中國稀土資源分布廣，北方多為輕稀土資源，如氟碳鈰礦；南方多為中重稀土資源，如離子型稀土礦。試題以氟碳鈰礦為原料制備氧化鈰為情境載體，在考查學生化學知識的同時，增強學生的科技成就感和民族自豪感，厚植學生的愛國主義情懷，激發(fā)學生的責任感和使命感。

(1)測試宗旨(核心素養(yǎng))

本文試題測試宗旨主要是“證據(jù)推理與模型認知”“變化觀念與平衡思想”的化學學科核心素養(yǎng)，要求學生能分析工藝流程、提取有效的信息并進行處理、解決工藝流程中的實際問題、形成良好的思維體系、能結(jié)合宏觀與微觀兩個層面去解決問題、具備一定的數(shù)據(jù)處理能力。

(2)測試載體(真實情境)

本文試題以氟碳鈰礦為原料制備氧化鈰為情境載體，結(jié)合高中化學實際，圍繞工藝流程圖及真實生產(chǎn)情境，創(chuàng)設真實的設問，設計出試題的測試任務。

(3)測試任務(實際問題)

根據(jù)測試宗旨設計了7個問題，涉及化學反應速率的調(diào)控、物質(zhì)中化合價的判斷、流程中濾渣成分的分析、最佳工藝生產(chǎn)條件的選擇及原因的分析、陌生情境下離子方程式的書寫、所加入物質(zhì)的目的分析、滴定原理及其計算等，要求學生讀懂工藝流程圖，深刻了解陌生情境并結(jié)合陌生情境，運用所學化學知識解答問題。

(4)解決問題的工具(化學知識)

解決本文試題所需的化學知識與能力包括：對工藝流程、實驗原理、化學原理的理解，對陌生情境離子方程式的書寫所需要的推理能力，化學計算。

四、構(gòu)建模型，突破工藝流程

圖4 工藝流程題解題模型與?？贾R點及學科核心素養(yǎng)的關系

五、教學啟示

化學工藝流程的試題要求學生具有一定的推理能力，既要有演繹推理能力，又要有歸納推理能力，學生需具備扎實的基礎化學知識，且要有深刻的理解，而不僅僅是對知識的簡單的記憶。在化學工藝流程專題的復習過程中，學生應特別注意以下幾點：

1.理清工藝流程，找準兩條線路，產(chǎn)品線和雜質(zhì)線。在流程圖中，核心元素指向產(chǎn)品，在流程中不損失或可直接忽略其損失，在流程圖中途出來的一定是雜質(zhì)、副產(chǎn)品或循環(huán)利用的物質(zhì)；

2.認清核心元素的三個變化，狀態(tài)變化(固態(tài)變?yōu)槿芤?、液態(tài)變?yōu)槌恋?、沉淀變?yōu)闅鈶B(tài)等)、物質(zhì)變化(化合物變?yōu)閱钨|(zhì)、有機溶劑的萃取和反萃取、轉(zhuǎn)化為配合物等)、化合價變化(核心元素在被氧化或被還原后化合價的升降)；

3.明確工藝流程中的三種反應，氧化還原反應(此類反應最為常見，原料預處理及核心反應中經(jīng)常涉及)、復分解反應(如沉淀反應)、鹽類水解反應(如金屬陽離子的水解)。在書寫此類反應方程式時，結(jié)合流程中流入和流出的物質(zhì)、反應體系的環(huán)境、守恒關系等進行綜合突破。