2023 年高考新課標(biāo)卷化學(xué)第27 題評(píng)析及教學(xué)啟示

□靳艷艷 魯 明

工藝流程題來(lái)源于真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)，體現(xiàn)了以真實(shí)情境為測(cè)試載體，以實(shí)際問(wèn)題為測(cè)試任務(wù)，以化學(xué)知識(shí)為解決問(wèn)題的工具的命題原則。該類題型情境新、陌生度大、綜合性強(qiáng)，能突出對(duì)多種能力的考查，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)要求。工藝流程題近幾年題型比較穩(wěn)定，一般為一小（選擇題）一大（主觀題），試題以流程圖形式呈現(xiàn)，原料多為礦石或工業(yè)尾料，目的一般是物質(zhì)制備或物質(zhì)分離、提純。

以2023年新課標(biāo)卷第27題為例，該題以流程圖形式呈現(xiàn)從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的多步轉(zhuǎn)化過(guò)程，將化學(xué)反應(yīng)與中學(xué)化學(xué)知識(shí)相融合，考查了考生對(duì)元素及其化合物的基本性質(zhì)、化學(xué)（離子）反應(yīng)方程式的書寫、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等綜合知識(shí)的理解和掌握情況，著重對(duì)考生信息獲取與加工、分析與推測(cè)等能力的考查。

[2023年新課標(biāo)卷27題]鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價(jià)態(tài)含氧酸鹽形式存在，主要雜質(zhì)為鐵、鋁、硅、磷等的化合物。從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示。

已知：最高價(jià)鉻酸根在酸性介質(zhì)中以Cr2O72-存在，在堿性介質(zhì)中以CrO42-存在。

回答下列問(wèn)題：

（1）煅燒過(guò)程中，鉻和釩被氧化為相應(yīng)的最高價(jià)含氧酸鹽，其中含鉻化合物主要為_______（填化學(xué)式）。

（2）水浸渣中主要有SiO2和_______。

（3）“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性，主要除去的雜質(zhì)是_______________。

（4）除“硅磷”步驟中，使硅、磷分別以MgSiO3、MgNH4PO4的形式沉淀。該步需要控制溶液的pH≈9以達(dá)到最好的除雜效果。若pH＜9時(shí)，會(huì)導(dǎo)致__________；pH＞9時(shí)會(huì)導(dǎo)致______。

（5）“分離釩”步驟中，將溶液pH調(diào)到1.8左右得到V2O5沉淀。V2O5在pH＜1時(shí)，溶解為VO2+或VO3+;在堿性條件下，溶解為VO3-或VO43-。上述性質(zhì)說(shuō)明V2O5具有______（填標(biāo)號(hào)）。

A. 酸性 B. 堿性 C. 兩性

（6）“還原”步驟中加入焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）溶液，反應(yīng)的離子方程式為_________。

該題難度適中，屬于工業(yè)廢渣分離提取，有熟悉的Mg、Cr元素和陌生的V元素，熟悉的元素根據(jù)學(xué)過(guò)的知識(shí)作答，陌生元素根據(jù)試題提供的信息并結(jié)合化學(xué)原理作答。按照工藝流程的順序，設(shè)問(wèn)中包含反應(yīng)條件的控制、操作目的的判斷、化合物性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化、陌生方程式的書寫、產(chǎn)物的判斷等知識(shí)點(diǎn)，考查學(xué)生信息的提取、加工和處理能力，分析推理、遷移運(yùn)用的能力以及語(yǔ)言文字表述能力。

這類題的解題思路如下。

從流程上分為三部分：原料預(yù)處理、除雜、分離。

原料預(yù)處理一般采取的措施是碎（粉碎）、燒（焙燒、煅燒，可能添加輔料）、浸（水浸、酸浸、堿浸、鹽浸）。

粉碎的目的是增大接觸面積，使反應(yīng)快速充分進(jìn)行；煅燒，可以將原料中元素轉(zhuǎn)化為便于處理的形式，初步分離、提純，添加的輔料有NaOH、Na2CO3、NH4Cl、空氣等，我們要關(guān)注各元素價(jià)態(tài)和轉(zhuǎn)化形式，比如：此題煅燒時(shí)有NaOH、Na2CO3、空氣參與，鐵元素、鉻元素氧化為三價(jià)和六價(jià)；含Al、Cr、Si元素的物質(zhì)會(huì)與堿反應(yīng)，分別轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉、鉻酸鈉、硅酸鈉。水浸后鈉鹽和多余的NaOH進(jìn)入除雜環(huán)節(jié)，水浸渣含SiO2和Fe2O3。

除雜中一般根據(jù)金屬元素的特點(diǎn)將其轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀、硫化物沉淀等，對(duì)于難溶物Ksp接近的離子還可以用萃取的方式將其分離，結(jié)合目標(biāo)產(chǎn)物綜合分析每步除雜的目的、措施和條件的控制。本題第（3）問(wèn)和第（4）問(wèn)考查除雜，結(jié)合上下文，在“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性，主要除去的是鋁元素，以Al(OH)3形式沉淀；除“硅磷”步驟中使硅、磷分別以MgSiO3、MgNH4PO4的形式沉淀，題目交代該步需要控制溶液的pH≈9，以達(dá)到最好的除雜效果。若pH＜9，氫離子濃度增大，會(huì)導(dǎo)致硅酸根或磷酸根減少，不利于MgSiO3、MgNH4PO4沉淀的生成；若pH＞9，氫氧根離子濃度增大會(huì)導(dǎo)致鎂離子、氨根離子減少，也不利于MgSiO3、MgNH4PO4沉淀的生成。此環(huán)節(jié)多考查pH范圍判斷或Ksp計(jì)算、陌生方程式書寫等。

最后是物質(zhì)的分離和提純?！胺蛛x釩”步驟中，將pH調(diào)到1.8左右V2O5沉淀，V2O5在pH＜1和在堿性條件下均溶解說(shuō)明V2O5具有兩性，所以在pH調(diào)到1.8左右時(shí)釩元素和鉻元素分開，其中鉻元素又由CrO42-轉(zhuǎn)化為Cr2O72-，再被焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）溶液還原為三價(jià)鉻，調(diào)整pH生成Cr(OH)3，反應(yīng)的離子方程式為2Cr2O72-+3S2O52-+10H+=4Cr3++6SO42-+5H2O，這是常見的結(jié)晶法或沉淀法。此環(huán)節(jié)會(huì)考查操作步驟的方法、名稱、循環(huán)物質(zhì)、回收副產(chǎn)品等。

匯總、歸納2021年、2022年、2023年部分高考工藝流程題情境素材和考查的知識(shí)內(nèi)容如下。

試題 情境素材 考查的知識(shí)內(nèi)容碘及其化合物的性質(zhì)，物質(zhì)的循環(huán)利用，陌生方2021年全國(guó)甲卷 除氯后含碘海水制備碘單質(zhì)程式的書寫，氧化還原反應(yīng)的分析和計(jì)算，化學(xué)平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用

從表中可以看出，工藝流程題涉及的高頻元素有：Fe、Cr、Mn、Ni、Al、V、Ti、Ca、Mg（常見元素、第四周期金屬元素居多），偶有陌生元素如Mo、Ce等出現(xiàn)。設(shè)問(wèn)角度呈現(xiàn)方式比較穩(wěn)定，多為化工工藝流程中常見操作、反應(yīng)條件的控制、產(chǎn)品分離和提純的方法或操作，例如：化合物性質(zhì)及相互之間的轉(zhuǎn)化、陌生方程式書寫、物質(zhì)循環(huán)利用、工藝操作及目的、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡原理應(yīng)用分析、pH范圍判斷、溶度積常數(shù)計(jì)算等。不回避常見考點(diǎn)，但?？汲Ｐ?。既可以考查考生對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和運(yùn)用，也考查考生文字與圖像信息的提取、加工和處理能力，分析推理和知識(shí)遷移的能力，計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力、語(yǔ)言文字表述能力等。

綜上所述，在解決工藝流程題時(shí)，我們首先要明確原料中有哪些元素，要回收哪些元素，其他元素一定會(huì)在各個(gè)除雜環(huán)節(jié)的沉淀或?yàn)V液中，實(shí)在不能與目標(biāo)元素分離的，可以根據(jù)溶解度的不同用結(jié)晶的方式分離。要重視題給信息。然后還要建立認(rèn)知模型，這需要我們積累、儲(chǔ)備化工知識(shí)，熟悉教材中工藝流程涉及的操作方法和思路，越簡(jiǎn)單的問(wèn)題越要明確原理，夯實(shí)基礎(chǔ)，熟悉答題術(shù)語(yǔ)，規(guī)范作答，只有這樣才能形成一定的解題方法，才能靈活運(yùn)用。