高考化學(xué)工藝流程題型的特點(diǎn)、解題與備考策略

鄭婷婷

摘 要：化學(xué)工藝流程題型關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題，信息容量大，知識(shí)涉獵面廣，綜合性強(qiáng)。學(xué)生對(duì)工業(yè)背景相對(duì)陌生，做題普遍感覺有難度。本文以2023年高考化學(xué)試卷中的工藝流程題型為研究對(duì)象，深入剖析試題的考查內(nèi)容、方式及特點(diǎn)，總結(jié)和歸納解決此類問題的科學(xué)思維方式、解題技巧，并在明確試題對(duì)學(xué)生學(xué)科能力與核心素養(yǎng)要求的基礎(chǔ)上，提出若干復(fù)習(xí)備考建議。

關(guān)鍵詞：化學(xué)工藝流程題型；高三復(fù)習(xí)；備考策略

化學(xué)工藝流程題型以實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)為背景，以流程圖的形式呈現(xiàn)生產(chǎn)過程，以解決化學(xué)實(shí)際問題為思路設(shè)置問題，有時(shí)還結(jié)合表格和圖像提供多種信息，可以考查學(xué)生對(duì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的理解與掌握情況，以及在生產(chǎn)工藝流程中獲取與加工信息的能力、靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決新問題的能力，因此成為高考的熱點(diǎn)問題。

一、試題分析

（一）考查的內(nèi)容

從化學(xué)工藝流程題型的物質(zhì)載體看，均以無機(jī)化合物為載體，且多數(shù)是高中階段常見的物質(zhì)，主要涉及鋰、鎂、鋁等主族元素，以及鉻、錳、鎳、鈷等過渡元素。

從化學(xué)工藝生產(chǎn)的目的看，可以分為兩類：一是利用礦物或廢渣等制備物質(zhì)，如全國甲卷26題以BaSO4制備壓電材料BaTiO3，全國乙卷27題利用菱錳礦制備新型鋰電池正極材料LiMn2O4，浙江卷（6月）20題以鋁土礦制備絮凝劑聚合氧化鋁；二是從礦物或廢渣等混合物中分離、提純有價(jià)值的物質(zhì)，如全國新課標(biāo)卷27題從鉻釩渣中分離提純鉻和釩，北京卷18題以銀錳精礦和氧化錳礦為原料聯(lián)合提取銀和錳，廣東卷18題從處理后的礦石硝酸浸取液中提取Ni、Co并獲得高附加值化工產(chǎn)品。

綜合工藝流程的物質(zhì)載體和生產(chǎn)目的兩個(gè)角度看，試題傾向于將常見無機(jī)物的性質(zhì)及應(yīng)用與化學(xué)反應(yīng)原理相結(jié)合進(jìn)行考查，更有融合物質(zhì)結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)，以體現(xiàn)物質(zhì)“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—反應(yīng)原理”的認(rèn)知鏈。如湖北卷16題利用廢棄鋰電池正極材料LiCoO2回收Li、Co等金屬，考查了Co元素在周期表中的位置和微粒結(jié)構(gòu)及微粒間作用力對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響；又如福建卷11題從銅鈷礦冶煉中間產(chǎn)物白合金中分離回收金屬，考查了天然硫化銅晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容。

從工藝流程題型的設(shè)問角度看，一般主要從以下6個(gè)方面來設(shè)置問題：（1）基本操作：除雜、分離、檢驗(yàn)、洗滌、干燥等實(shí)驗(yàn)操作的步驟描述；加入某些試劑或某個(gè)操作步驟的目的描述等。（2）物質(zhì)的分離與提純：通過調(diào)節(jié)pH使溶液中的金屬離子沉淀達(dá)到分離除雜的目的，據(jù)此選擇需要加入的化學(xué)試劑；加入某種物質(zhì)使難溶物轉(zhuǎn)化為更難溶的物質(zhì)后，通過過濾除去等。（3）化學(xué)方程式或離子方程式的書寫：根據(jù)流程圖及設(shè)問中的信息找出反應(yīng)物和生成物，書寫指定的化學(xué)方程式或離子方程式。（4）化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡理論的運(yùn)用：例如，研磨使反應(yīng)物顆粒變小，增大反應(yīng)物間的接觸面積，提高反應(yīng)速率，提高原料利用率；升高溫度能提高反應(yīng)速率，使吸熱反應(yīng)平衡正向移動(dòng)等。（5）化學(xué)計(jì)算：聯(lián)系原料純度、轉(zhuǎn)化率、損失率、產(chǎn)物產(chǎn)率等計(jì)算產(chǎn)品質(zhì)量，聯(lián)系溶液配制、滴定操作測(cè)定樣品中某元素含量或產(chǎn)品純度，聯(lián)系溶度積常數(shù)計(jì)算溶液中某離子濃度或完全沉淀時(shí)的pH等。（6）環(huán)境與綠色化學(xué)思想：流程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和循環(huán)、資源的回收和利用、“三廢”的來源、對(duì)環(huán)境的影響及處理措施等。

（二）考查的方式及特點(diǎn)

從試題的作答形式看，工藝流程題型以非選擇題題型為主，部分省市除了非選擇題外，還以選擇題形式出現(xiàn)，如山東卷第13題、湖南卷第9題、福建卷第7題等。

從試題的呈現(xiàn)方式看，工藝流程題型都以“文字?jǐn)⑹?生產(chǎn)工藝流程圖”的形式呈現(xiàn)。試題先用文字簡(jiǎn)單介紹該工藝生產(chǎn)的原材料和工藝生產(chǎn)的目的（包括副產(chǎn)品），并提供必要的相關(guān)物質(zhì)性質(zhì)等信息，再用框圖形式將原料到產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝流程表示出來。從原料到目標(biāo)產(chǎn)物一般經(jīng)過三大步驟：原料預(yù)處理（初步除雜、凈化）、核心化學(xué)反應(yīng)（可能有副反應(yīng)）和產(chǎn)品的分離提純（需調(diào)控條件），其中每一步都需要綜合考慮生產(chǎn)過程中的環(huán)境友好問題，以及副產(chǎn)品的循環(huán)利用問題。

（三）考查的能力和素養(yǎng)

化學(xué)工藝流程題型主要考查以下能力：（1）信

息獲取與加工能力。如全國乙卷要求根據(jù)電解后生成MnO2寫出電解槽中發(fā)生電解反應(yīng)的離子方程式，并結(jié)合產(chǎn)生的MnO2與H2的比值推知為保持電解液成分穩(wěn)定應(yīng)不斷加入的物質(zhì)是Mn（OH）2。（2）邏輯推理能力。如全國甲卷要求分析焙燒后的產(chǎn)物直接用酸浸取是否可行的原因。（3）靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決新問題的能力。如湖南卷要求根據(jù)所給已知信息“金屬Ga的化學(xué)性質(zhì)和Al相似，Ga的熔點(diǎn)為29.8℃”解釋電解池溫度控制在40～45℃的原因并寫出陰極電極反應(yīng)式。（4）對(duì)教材中不同模塊間知識(shí)融會(huì)貫通能力。如湖北卷16題與福建卷11題均將物質(zhì)結(jié)構(gòu)與反應(yīng)原理模塊知識(shí)融合。

化學(xué)工藝流程題型重點(diǎn)考查的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“變化觀念與平衡思想”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”，兼顧考查“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)[1]”。

二、解題策略

（一）解答工藝流程題型的基本步驟

先通讀全題，包括文字?jǐn)⑹龊蜕a(chǎn)工藝流程圖，對(duì)該工藝流程有個(gè)大體的了解。

接著用鉛筆將原料、雜質(zhì)和產(chǎn)品圈出，由此分析在生產(chǎn)流程中保留什么元素、除去什么雜質(zhì)以及引入什么成分。將原料和產(chǎn)品中相關(guān)的核心元素的化合價(jià)標(biāo)出，判斷從原料到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中所涉及的反應(yīng)是否屬于氧化還原反應(yīng)，并根據(jù)提供的信息，用鉛筆在流程圖中標(biāo)出物質(zhì)（即元素）流向。

再帶著設(shè)問去工藝流程圖里尋找答案，一般一個(gè)小題的設(shè)問對(duì)應(yīng)工藝流程圖的一個(gè)步驟，需要特別關(guān)注題目里提供的“已知”信息，尤其在分析卡殼的時(shí)候更要仔細(xì)琢磨。

最后按照題設(shè)要求，用恰當(dāng)?shù)恼Z言文字和化學(xué)用語，規(guī)范作答[2]。

（二）工藝流程題型的解答技巧

1.關(guān)于原料分析與預(yù)處理

原料通常是礦物或工業(yè)廢渣，根據(jù)地殼中含量較多的元素是氧、硅、鋁、鐵等可以推知，雜質(zhì)通常有SiO2或硅酸鹽，以及含鐵化合物和含鋁化合物。

為了提取目標(biāo)元素，通常需要先“焙燒”后“酸浸”（也可能是“水浸”或“堿浸”），為了提高反應(yīng)速率以及提高原料利用率，通常會(huì)將原料粉碎或研磨后再進(jìn)行提取，浸取時(shí)還會(huì)適當(dāng)提高浸取溫度或浸取液的濃度[3]。在酸浸時(shí)SiO2或硅酸鹽將以沉淀的形式從體系中分離，含鐵化合物和含鋁化合物轉(zhuǎn)化為含F(xiàn)e3+、Fe2+、Al3+等離子存在于溶液中，可以通過先將Fe2+氧化成Fe3+、再調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3+、Al3+等離子分別以Fe（OH）3、Al（OH）3等氫氧化物的形式從溶液體系中分離。

2.關(guān)于核心反應(yīng)

根據(jù)圖表信息選擇合適的反應(yīng)條件，結(jié)合氧化還原反應(yīng)原理、四大平衡理論、電化學(xué)理論等相關(guān)理論分析題設(shè)問題，并從對(duì)應(yīng)要求的角度用準(zhǔn)確規(guī)范的專業(yè)術(shù)語回答問題，或根據(jù)原理進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。如題目要求從化學(xué)平衡的角度解釋原因，那就要從中找出“平衡”，可能是化學(xué)反應(yīng)平衡，也可能是物質(zhì)的溶解平衡，然后分析哪些外界條件對(duì)這個(gè)“平衡”造成的影響會(huì)呈現(xiàn)出流程中的結(jié)果。

3.產(chǎn)品的分離提純

工業(yè)流程中常用的物質(zhì)分離與提純的物理方法有：過濾、結(jié)晶（重結(jié)晶）、蒸餾（或分餾）、萃取、分液、升華等。在復(fù)習(xí)的時(shí)候需要熟練掌握這些方法的常規(guī)操作，如從溶液中獲得可溶性物質(zhì)的方法是結(jié)晶，結(jié)晶的常規(guī)操作是蒸發(fā)濃縮—冷卻結(jié)晶—過濾—（洗滌、干燥）。

4.流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)分析

綠色化學(xué)的核心思想是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染，終極目標(biāo)是原子利用率達(dá)到100%，即反應(yīng)物中的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)品。所以，在生產(chǎn)過程中需要充分考慮到物質(zhì)的循環(huán)利用、廢物處理、原子利用率、能量充分利用等問題?？梢杂^察在整個(gè)工藝流程中加入的物質(zhì)有哪些，分離出來的物質(zhì)又有哪些，若最初加入的物質(zhì)在后續(xù)的分離除雜過程中又被分離出來，那這種物質(zhì)就可以繼續(xù)循環(huán)利用了。此處要特別留心容易被忽略的可溶性物質(zhì)。

需要注意的是，不是每一個(gè)步驟的“來龍去脈”都要清晰明了，如果分析不明白的地方不影響解題，是可以大膽放過的。

三、備考策略與教學(xué)建議

高考化學(xué)工藝流程題型立足真實(shí)性，強(qiáng)調(diào)綜合性，突出應(yīng)用性，體現(xiàn)社會(huì)責(zé)任，全面考查必備知識(shí)、關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、規(guī)范表達(dá)。筆者按照“學(xué)科知識(shí)—學(xué)科思維—學(xué)科能力—學(xué)科素養(yǎng)”的發(fā)展進(jìn)階，提出以下復(fù)習(xí)備考建議。

（一）夯實(shí)基礎(chǔ)

素養(yǎng)導(dǎo)向下的試題離不開必備知識(shí)的支撐，這是發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)工藝流程專題復(fù)習(xí)，通常是在完成無機(jī)化合物性質(zhì)及其應(yīng)用、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)原理等模塊復(fù)習(xí)之后的綜合復(fù)習(xí)。在構(gòu)建學(xué)科大概念和化學(xué)觀念復(fù)習(xí)課教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)以核心概念或原理為中心，將相關(guān)知識(shí)串成鏈、織成網(wǎng)，構(gòu)建完整的知識(shí)體系，為分析問題和解決問題提供理論依據(jù)和思維模型。

在“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”主題復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師需要繼續(xù)指導(dǎo)學(xué)生在復(fù)習(xí)教材中的個(gè)別代表性元素涉及的相關(guān)單質(zhì)和化合物的性質(zhì)過程中，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)的方法，明確可以從哪些視角認(rèn)識(shí)、預(yù)測(cè)、解釋、表征元素化合物性質(zhì)，并能將這些思路遷移到陌生元素及化合物的學(xué)習(xí)中。教師要充分挖掘教材中出現(xiàn)的工藝流程[4]，結(jié)合真實(shí)的問題情境，培養(yǎng)學(xué)生觀察分析工藝流程圖、獲取整合信息的能力，以及從物質(zhì)類別和元素價(jià)態(tài)變化的視角對(duì)流程圖中物質(zhì)轉(zhuǎn)化進(jìn)行證據(jù)推理、得出合理的結(jié)論的能力。

在“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”主題復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師要注重促進(jìn)學(xué)生理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)概念的內(nèi)涵，通過聯(lián)系與學(xué)生生活密切相關(guān)的問題，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的學(xué)習(xí)興趣，體會(huì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的基本思路和方法，形成觀念性認(rèn)識(shí)。如理解原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理并正確書寫常見元素（1～36號(hào)）基態(tài)原子或離子的核外電子或價(jià)電子排布式和軌道表示式，認(rèn)識(shí)構(gòu)成物質(zhì)的原子、離子、分子等微粒之間存在的不同類型的相互作用，并能根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖說出微粒間作用的主要類型，計(jì)算晶胞所含微粒數(shù)、晶體密度等。

在“化學(xué)反應(yīng)原理”主題復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師要幫助學(xué)生深刻理解概念原理的內(nèi)涵，如反應(yīng)速率概念、化學(xué)平衡常數(shù)含義與表征方法和定量關(guān)系、化學(xué)平衡移動(dòng)影響因素及影響規(guī)律和影響結(jié)果，并熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，如在理解難溶氫氧化物Ksp含義的基礎(chǔ)上，能利用常見難溶氫氧化物的Ksp計(jì)算Fe3+、Al3+等離子開始沉淀以及沉淀完全時(shí)的pH，也能夠根據(jù)所給相關(guān)信息給出合理的調(diào)節(jié)pH的范圍。

（二）構(gòu)建思維模型

模型認(rèn)知是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。高考試題科學(xué)設(shè)問，注重考查通用性方法，以避免將學(xué)生導(dǎo)向細(xì)枝末節(jié)知識(shí)的辨析、典型題套路和技巧的運(yùn)用，引導(dǎo)減少死記硬背和“機(jī)械刷題”現(xiàn)象。因此，在化學(xué)工藝流程專題復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師應(yīng)堅(jiān)持基于真實(shí)情境的教學(xué)，在真實(shí)復(fù)雜的情境中將知識(shí)、方法問題化，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)過獨(dú)立思考和交流研討以及教師點(diǎn)評(píng)，歸納總結(jié)出解決問題的通識(shí)、通法，跳出情境去構(gòu)建分析解決相關(guān)問題的基本思路，并能熟練、自主遷移到其他陌生情境中去解決相關(guān)問題。例如，綜合流程信息及物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的合理推測(cè)的思維模型可以概括為“分析核心元素化合價(jià)——判斷是否是氧化還原反應(yīng)——根據(jù)氧化還原規(guī)律或物質(zhì)類別轉(zhuǎn)化規(guī)律分析各步驟產(chǎn)物”。

（三）提升綜合能力

素養(yǎng)導(dǎo)向下的試題也離不開關(guān)鍵能力的支撐，這同樣是發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)。化學(xué)工藝流程試題以生產(chǎn)工藝流程圖為載體，集物質(zhì)性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)原理和物質(zhì)結(jié)構(gòu)于一體，考查學(xué)生在物質(zhì)轉(zhuǎn)化的新情境中，依據(jù)數(shù)據(jù)、圖表信息進(jìn)行定量分析和推理的能力，是高考試題綜合性的體現(xiàn)。在化學(xué)工藝流程專題復(fù)習(xí)的教學(xué)中，教師需將必修、選擇性必修各模塊的必備知識(shí)融會(huì)貫通，選取真實(shí)的情境素材，設(shè)置真實(shí)的化學(xué)問題，引導(dǎo)學(xué)生從多角度分析和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

在“無情境不成題”的背景下，信息獲取能力是問題解決的基礎(chǔ)，也是高考考查的重要能力。在復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師應(yīng)注重加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生觀察分析圖表數(shù)據(jù)、加工信息、證據(jù)推理的綜合能力，以便更好地適應(yīng)新時(shí)代高考的要求。同時(shí)，教師還要幫助學(xué)生克服思維定勢(shì)，并在分析生產(chǎn)工藝流程的過程中逐步建立綠色化學(xué)觀念。

（四）規(guī)范科學(xué)表達(dá)

化學(xué)用語是化學(xué)學(xué)科的語言，包括化學(xué)專有名詞、元素或微粒的符號(hào)、各種反應(yīng)式等。能用化學(xué)用語規(guī)范表達(dá)體現(xiàn)了學(xué)生思維過程的正確性、敏捷性和嚴(yán)謹(jǐn)性，高考試題以此評(píng)價(jià)考生的思維品質(zhì)。而規(guī)范表達(dá)的關(guān)鍵是要理解問題本質(zhì)，明確符號(hào)表征要求，關(guān)注各因素前后邏輯關(guān)系，提煉和理解問題的本質(zhì)。因此，教師在復(fù)習(xí)教學(xué)中要指導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)復(fù)雜的情境中如何提煉問題的本質(zhì)，找準(zhǔn)解題的方向，學(xué)會(huì)精準(zhǔn)表達(dá)思考過程和結(jié)果，提升規(guī)范表達(dá)的能力。

不難發(fā)現(xiàn)，在工藝流程專題復(fù)習(xí)過程中，需要大量的真實(shí)情境素材，歷年高考試題便是優(yōu)質(zhì)的素材資源庫。教師可以根據(jù)教學(xué)需求將近年的高考試題按物質(zhì)載體、生產(chǎn)目的、轉(zhuǎn)化原理等項(xiàng)目分類，再進(jìn)行專項(xiàng)復(fù)習(xí)。

結(jié)束語

工藝流程題型的高三復(fù)習(xí)備考是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要將其滲透在無機(jī)化合物、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)原理等主題內(nèi)容的復(fù)習(xí)教學(xué)中，貫穿在整個(gè)高三復(fù)習(xí)備考的全過程，促進(jìn)學(xué)生對(duì)必備知識(shí)和關(guān)鍵能力的掌握，不斷提高學(xué)生的學(xué)科思維能力與證據(jù)推理分析能力。

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