岳慶先　呂存正

摘要： 分析高中化學課程標準對高中生化學素養(yǎng)的要求，探究工藝流程題與核心素養(yǎng)的關系及命題特點，建構工藝流程題的命題模型，并在模型指導下以部分高考試題為例，分析工藝流程題的命題角度和常考內(nèi)容，探究工藝流程題與發(fā)展學生認知模型、建構思維模型及其應用之間的關系。

關鍵詞： 高考命題; 工藝流程題; 溶浸; 轉化與分離; 化學教學

文章編號： 10056629（2019）10007705中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

高中化學學科核心素養(yǎng)是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學生綜合素質的具體體現(xiàn)，反映了社會主義核心價值觀下化學學科育人的基本要求，全面展現(xiàn)了化學課程學習對學生未來發(fā)展的重要價值[1]。試題命制的原則要以核心素養(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，以化學知識為問題解決工具[2]?！肮に嚵鞒填}”具有形式新穎、信息豐富、靈活多變的特點，既可以考查“元素及其化合物性質”，又可以考查“實驗”及“化學與技術”。考查內(nèi)容既有常見元素及其化合物的性質與應用，又有化學反應原理理論知識的運用，還有實驗操作與化工技術等[3]。由于利用這種題型可以創(chuàng)設陌生新穎的情境，能夠很好地考查學生在陌生情境中提取信息，利用所學知識分析問題、解決問題的能力，把化學素養(yǎng)較高的考生選拔出來，在高考試題中備受命題人的青睞。近三年新課標卷工藝流程題統(tǒng)計如表1所示。

在相關期刊上，可以看到一些有關工藝流程題的解析類文章，但這些文章偏重于工藝流程題的解題策略和解題技巧，從命題角度探討工藝流程題的文章還不多見。本文從工藝流程題的命題角度入手，探究工藝流程題的命題模型，以高考真題為例，分析工藝流程題的常見命題角度和?？純?nèi)容，探究工藝流程題與發(fā)展學生認知模型、建構思維模型及思維模型應用的關系。

1 工藝流程題的考查內(nèi)容與核心素養(yǎng)的發(fā)展

工藝流程題是以工藝流程的形式，以元素及其化合物為基本素材，以物質轉化中涉及的氧化還原反應、復分解反應、水解反應的應用為考查重點，以流程中涉及沉淀溶解平衡分析及計算、電解池原理的應用為難點，以常見物質的分離方法及實驗操作為探究手段，綜合考查學生解決化學問題的能力。工藝流程題是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的理想題型，圖1是工藝流程題與發(fā)展核心素養(yǎng)的關系圖。

2 工藝流程題的命題模型

工藝流程題的命題素材一般是從大學教材、《濕法冶金屬原理》、《萃取冶金》等書上選取的。從選取的工藝流程素材中找出與中學聯(lián)系緊密的物質轉化反應、條件控制方法、物質分離操作等進行命題。因為工業(yè)冶金一般分為三個階段，所以該試題一般也分為“三階段”，即預處理階段、物質轉化與分離階段、目標產(chǎn)品生成階段（見圖2），體現(xiàn)了試題的真實性。

工藝流程題表示方法來源于化工生產(chǎn)實際，規(guī)范的工藝流程一般呈現(xiàn)以下四方面的信息：

① 表示物料（物質）走向，即什么步驟加入哪些物質，每種物質發(fā)生什么反應或轉變，又以何種形式得到。

② 表示工藝的主要步驟。實際化工生產(chǎn)非常復雜，步驟很多，難以一一表示出來，流程圖只要將主要步驟表示出來即可。

③ 用“方框”框起來的地方表示有操作，傳統(tǒng)化工的實際生產(chǎn)中往往設置崗位，需要工人值崗;而不加方框的地方表示沒有操作。

④ 標注操作或反應的主要條件，如用量、pH控制、溫度等[4]。

3 工業(yè)流程題命題模型示例

示例1（2018全國Ⅱ卷T26） 我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家，一種以閃鋅礦（ZnS，含有SiO2和少量FeS、 CdS、 PbS雜質）為原料制備金屬鋅的流程如圖3所示。

3.1 預處理階段

預處理一般指原料粉碎、焙燒等。預處理的目的是使原料中待提取元素的狀態(tài)，由難浸出的化合物或單質轉變成易浸出的化合物[5]。粉碎可以增加固體的比表面積，增大后續(xù)溶浸（或浸出）階段的速率。在焙燒預處理中，有氧化焙燒、硫酸化焙燒和氯化焙燒[6]。原料在空氣中灼燒，焙燒的目的主要有兩點： 一為非金屬元素被氧化為高價氣態(tài)氧化物逸出或氧化成高價態(tài)化合物;二為金屬元素被氧化為高價態(tài)氧化物或高價態(tài)化合物。真題在預處理階段的設問角度往往從粉碎與化學反應速率的關系、焙燒中的化學反應等入手。近3年真題涉及的預處理統(tǒng)計如表2所示。

由表2內(nèi)容可知，粉碎（或研磨）的目的常設計為條件對反應速率的影響問題。焙燒（熔融）的目的常設計為氧化還原反應的化學方程式或離子方程式的書寫問題。

3.2 物質轉化與分離階段

物質轉化與分離階段是達到工藝流程目的的關鍵階段，在該階段物料通過氧化還原反應、復分解反應、鹽類水解、沉淀轉化等反應達到除雜、元素化合價變化等目的。該階段一般包括溶浸（酸浸、堿浸、鹽浸）、元素化合物的氧化還原或沉淀轉化、除雜及分離（過濾、萃取分液）等內(nèi)容。近3年真題涉及的溶浸統(tǒng)計見表3。

由表3內(nèi)容可知，溶浸目的常設計為化學方程式或離子方程式的書寫或者設計為溶浸所得的濾渣中產(chǎn)物的分析。

3.2.1 溶浸

溶浸的目的是把固體轉化為溶液，以便于后繼的轉化或分離。

酸浸是指把預處理得到的物料與酸（鹽酸或硫酸）溶液進行反應，使物料中的堿性或兩性氧化物轉化為相應的鹽、并用酸抑制該鹽的水解同時除去不溶于該酸的雜質（如SiO2或CaSO4等）。

堿浸主要是用堿溶液將物料中的酸性氧化物、兩性氧化物或鋁鹽等浸入溶液（如NaOH溶液與氧化鋁或鋁鹽反應），以便于后繼的轉化或除去。

鹽浸主要是用鹽溶液氧化物料中的還原性金屬（如FeCl3溶液氧化銅、鐵，用NaClO溶液氧化

銀等）、或者用鹽把物料中的難溶鹽轉化為易溶鹽[如Na2CO3將白鎢礦中（CaWO4）的W元素轉化成Na2WO4]。

3.2.2 元素化合物的氧化還原或沉淀轉化

元素化合物的氧化還原一般是指利用氧化劑O2、 H2O2、 HNO3、 NaClO、 KClO3等氧化低價金屬離子（如Fe2+→Fe3+、 VO2+→VO+2），或者用還原劑SO2、 HCHO、 N2H4及活潑金屬等還原氧化性的微粒（如SO2-3、 Ag+），以達到除去雜質或達到轉化目的。

由表4可知，常利用加入氧化劑氧化具有還原性的離子而達到轉化目的，也有少數(shù)題是利用加入還原劑還原某些具有氧化性的離子達到除雜或轉化目的。另外，電解法也可以代替試劑達到轉化目的。

3.2.3 物質的分離

該階段有關物質的分離常見的為過濾、萃取與反萃取。過濾是固相與液相的分離方法。萃取則是利用物質性質由一個液相轉移到另一個液相的分離方法。萃取的作用是： 從礦石的浸出液中，提取和富集有價金屬;分離化學性質相近的金屬離子[7]。

萃取的操作步驟一般是首先將水溶液（料液）與有機溶劑（或溶液）充分混合，然后利用兩相的密度不同靜置分相。分出的稱為萃余液，有機相稱為負載有機相，被萃入到有機相中去的物質稱為被萃取物（起富集或分離作用）。被萃取物萃入有機相后，一般需要使其重新返回水相，此時把負載有機相與反萃劑（一般為無機酸或堿的水溶液，也可以是純水）接觸，使被萃取物轉入水相，這一過程相當于萃取的逆過程，故稱為反萃取[8]。如： 2013課標Ⅰ卷27題出現(xiàn)有機相萃取Co2+及反萃取Co2+的步驟。

3.3 目標產(chǎn)品生成階段

目標產(chǎn)品生成階段是工業(yè)流程制備目標產(chǎn)物的最后階段。該階段是把前階段所得的鹽溶液通過蒸發(fā)結晶（或蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶）、過濾、洗滌、干燥得到目標產(chǎn)物的晶體，或者將所得溶液經(jīng)過電解制取目標產(chǎn)物。若前階段得到的物質為固體，一般通過氧化劑氧化或者采用還原劑還原得目標產(chǎn)物。近3年真題涉及目標產(chǎn)品生成階段統(tǒng)計見表5。

由表5可知，若目標產(chǎn)品為鹽（或含結晶水的鹽），一般設計“得到該鹽的操作是什么”，如蒸發(fā)結晶或蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌。若目標產(chǎn)品為高價態(tài)鹽（或金屬單質），一般設計為“電解得到該產(chǎn)物的陽極（或陰極）電極反應式的書寫”問題。通過煅燒得到產(chǎn)品的，一般設計為“書寫該煅燒過程反應的化學方程式”。

工藝流程題的命題思路，往往是通過流程分析，考查學生能否利用物質守恒思想弄明白各元素的來龍去脈、物料走向，在明白各步操作目的與原理的基礎上，獲取主要信息和有用信息，并運用相關知識進行分析問題和解決問題的能力。

參考文獻：

[1][2]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 3， 78～79.

[3][4]教育部考試中心. 高考理科試題分析理科綜合分冊（2018年版）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2018： 210， 211.

[5][6]馬榮駿. 濕法冶金原理[M]. 北京： 冶金工業(yè)出版社， 2007： 299.

[7][8]馬榮駿. 萃取冶金[M]. 北京： 冶金工業(yè)出版社， 2009： 5.