在新高考復習備考階段,高中化學的工藝流程題對學生的化學分析能力及理解和應用能力的培養(yǎng)和提升提出了更高的要求,師生應給予足夠的重視。教師應秉持建構模型的思維和先進的教學理念,圍繞學生核心素養(yǎng)提升的需求,從化學工藝流程的理解和應用入手,將復雜的化學工藝問題轉化為連貫和直觀的思維流程,確保與學生的思維發(fā)展規(guī)律相匹配,從而培養(yǎng)學生從化學視角解決實際問題的意識和能力。因此,教師應探索多種教學方法,將化學課堂的潛在活力激發(fā)出來,通過積極的探索、反思和實踐,讓原本枯燥無味的課堂綻放創(chuàng)新思維之花?;诖?,通過課堂直觀教學,教師幫助學生快速理解和掌握所學的化學知識,建立解題思維模型,探索突破方法并創(chuàng)新性地應用這些知識去解決實際生產(chǎn)中的問題。
一、問題解析,理解工藝流程
(一)問題理解,明確化學反應
化學反應是物質(zhì)的轉化過程,是化學學科的核心內(nèi)容之一。掌握化學反應的基本規(guī)律,理解化學反應的本質(zhì),有助于我們更好地理解和掌握化學知識,提高化學學習的效率。以回收氧化鈷(CoO)的工藝流程為例,學習理解工藝流程題的解題思路,認識核心化學反應的本質(zhì)。
題干:
有一種含鋁、鋰、鈷的新型電子材料,其廢料中的鋁以金屬鋁箔的形式存在;鈷以Co2O3·CoO的形式存在,吸附在鋁箔的單面或雙面,鋰混雜于其中,從廢料中回收氧化鈷的工藝具體流程如圖1所示:
(1)廢料中加入堿溶液生成含鋁溶液和鈷渣。
(2)鈷渣加熱到85℃~90℃并加浸出劑,生成含Co2+及微量Li+和Al3+溶液。
(3)在(2)的溶液中加入20%的Na2CO3調(diào)整溶液的pH=4.5~5,并加入NaF,生成鋰鋁渣和濾液。
(4)濾液中加入30%Na2CO3,調(diào)整濾液的pH=8~8.5,沉淀出CoCO3。
(5)對沉淀出來的CoCO3進行600℃煅燒得到粗CoO粉末。
題目:
(1)題干(1)中采用NaOH溶液溶出廢料中的 AI,反應的離子方程式為" " " ""。
(2)題干(1)中加入稀H2SO4酸化后,再加Na2S2O3溶液浸出鈷。則浸出鈷的化學反應方程式為(產(chǎn)物中只有一種酸根)" " " ""。
(3)題干(3)得到鋰鋁渣的主要成分是LiF和 Al(OH)3,碳酸鈉溶液在產(chǎn)生Al(OH)3時起重要作用,請寫出該反應的離子方程式" " " ""。
(4)碳酸鈉溶液在題干(2)和(5)中所起作用有所不同,請寫出在題干(4)中起的作用是" " " ""。
在實際教學中,可以采用如下方式展開模型化認知教學:
首先,教師提問:在該反應中,我們用NaOH溶液來溶解廢料中的Al,這個反應的離子方程式是什么?這個問題旨在檢驗學生對化學反應離子方程式的記憶和書寫情況。學生通過對題目的分析,用化學知識回答相關問題:Al與NaOH反應生成NaAlO2和H2,離子反應方程式:2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑。能做出這個答案反映學生已經(jīng)掌握了化學反應的基本規(guī)律,理解了化學反應的本質(zhì)。
其次,進一步詢問:當我們加入稀H2SO4酸化后,再加Na2S2O3溶液浸出鈷,這個反應的過程是什么?這個問題旨在檢驗學生對化學反應過程的理解和掌握。學生通過對流程圖前后物質(zhì)和產(chǎn)物中只有一種酸根的分析,得出結論:Co2O3·CoO在H2SO4提供的酸性條件下與Na2S2O3反應生成CoSO4和Na2SO4。因此,浸出鈷的化學反應方程式為:4Co2O3·CoO+Na2S2O3+11H2SO4 12CoSO4+Na2SO4+11H2O。嘗試寫出這個答案,并修正問題解答,反映了學生對化學反應方程式得出的正確推理和符號表征的掌握。
最后,對于題干(3),教師引導學生思考Na2CO3水解顯什么性,與哪一種物質(zhì)可以發(fā)生反應?為什么要控制pH在4.5~5之間。學生經(jīng)討論得出結論:Na2CO3水解顯堿性,原溶液處在酸性條件下,在加入Na2CO3溶液后,CO32-和Al3+之間可以發(fā)生相互促進水解的反應,致使沉淀Al(OH)3和CO2氣體產(chǎn)生,其離子反應方程式是3CO32-+2Al3++3H2O 2Al(OH)3+3CO2↑;再加入NaF溶液,還有一種雜質(zhì)離子Li+待除去,那就預測有LiF生成,作為鋰鋁渣的共同成分,它的溶解程度不大,經(jīng)查實屬于微溶。
(二)歸納整理理解工藝流程
高考全國卷必考一道工藝流程題,題型一般為物質(zhì)制備型工藝流程或物質(zhì)分離提純型工藝流程題。工藝流程題情境新、涉及面廣,集綜合性、真實性、開放性于一體,考查的內(nèi)容可以是物質(zhì)的轉化關系、化學原理應用、操作名稱、化學用語等,特別注重對物質(zhì)的制備方法、物質(zhì)間的轉化途徑、混合物的分離和提純、化學實驗的基本操作、陌生情境中化學反應方程式或離子方程式的書寫及三大平衡的應用及簡單計算能力的考查,檢驗考生能否運用化學反應原理及相關實驗等知識解決工業(yè)生產(chǎn)中的實際問題。工藝流程是化學反應進行的具體步驟和過程。理解和掌握工藝流程,對于學生理解化學反應的本質(zhì)、提高化學思維能力具有非常重要的意義。
二、專項突破,掌握工藝流程處理對策
(一)鞏固提高,實驗促進理解和應用
化學學習中的一個重要環(huán)節(jié)是實際應用和問題解決。通過實驗操作和問題解決,學生可以鞏固化學知識并提高理解和應用能力。例如,用碳酸鈉溶液和濾液反應,調(diào)整pH,沉淀出CoCO3。學生可以通過實驗檢驗和驗證,并運用離子反應和沉淀反應的知識來解決這個問題。反應中,Co2+和CO32-離子反應生成CoCO3,所以化學方程式為:Co2++CO32- CoCO3,實驗現(xiàn)象是產(chǎn)生淡粉色結晶性粉末。教師可以進一步引導學生掌握解題技巧,如選擇合適的反應物,控制反應條件,分析反應結果,以及根據(jù)結果進行后續(xù)處理。教師可以設計更多類似題目,讓學生通過解答來鞏固和檢驗自己對這些控制條件方法的化學理解和應用能力??偟膩碚f,實際應用和問題解決在化學學習中占據(jù)了重要的地位,需要鞏固提高。
(二)實踐操作,提高規(guī)范解題能力
題型歸納和知識點總結是化學學習的重要環(huán)節(jié),能夠幫助學生深入理解化學反應并提升實踐能力。例如,題干(5)描述的實驗操作,學生通過將CoCO3在600℃下煅燒,其分解成CoO和CO2的過程。這個熱分解反應需要學生理解化合物在高溫下分解的原理,創(chuàng)建課堂實驗使他們親身體驗化學反應,提升實踐操作能力。這種實踐操作不僅讓學生理解和記住化學反應過程,增強實驗技能和實驗安全意識,還可以通過教師的引導掌握實驗設備使用方法,了解實驗步驟和注意事項,提高實驗觀察力和分析能力,保證實驗的順利進行和結果的準確性。另外,注意解題時思路的流暢和答題的規(guī)范性,按照題目要求具體作答也很重要。
(三)鞏固提高,深化理解和應用
化學學習的重要環(huán)節(jié)是理解和應用知識,尤其是將理論應用于實際問題解決。例如,題干(4)描述了一個實驗過程,其中碳酸鈉溶液和濾液反應,調(diào)整pH,最后沉淀出CoCO3。為解答這個問題,學生需運用化學反應知識,理解并寫出化學反應方程式:Co2++CO32- CoCO3↓。這個過程實際上是學生運用離子反應知識解決具體問題,使他們能夠將理論知識和實際問題相結合,提升問題解決能力。在教學過程中,教師可以設計更多類似問題,讓學生通過解答來鞏固和提高化學知識,掌握各類化學反應,如離子反應、氧化還原反應、酸堿反應等。這樣可以讓學生在實際操作和問題解決的過程中深化對化學知識的理解,提高應用能力。
三、專題作業(yè)布置,有效評價分析
(一)設計作業(yè),鞏固知識
在新高考備考復習階段,化學工藝流程題的專項突破中,設計作業(yè)是關鍵。作業(yè)主要分為必做題和選做題,建議做專項訓練。必做題主要檢驗學生對化學工藝流程基礎知識的掌握程度,而選做題則是對學生解決復雜問題能力的考驗。例如,教師可以設計一道題目:給出某種化學反應的流程圖,讓學生根據(jù)圖解析反應的各個步驟。同時,教師可以錄制短視頻對解題方法進行講解,并繪制思維導圖,引導學生進行知識拓展。
(二)及時點評,適時鼓勵
教師需要對學生的專題訓練作業(yè)進行及時點評,對學生的表現(xiàn)給予鼓勵,如“你的理解很到位”“這個解答很詳細”“這個思路很獨特”。對于學生普遍出現(xiàn)的問題,教師需要詳細講解,并給出有效的指導。而個別學生的問題就需要私下交流,針對具體問題具體分析解決。同時,對于表現(xiàn)不盡如人意的學生,教師需要適時鼓勵,如“再看一下這個流程圖”“你離正確答案只差一步”“你的思路是對的”。
(三)總結解題的規(guī)律,建立認知思維模型
首先,對無機礦物混合物原料進行處理,然后對核心化學反應進行推理書寫,注意反應條件的控制;然后進行分離提純和獲取產(chǎn)品,有時產(chǎn)品還可以回收利用。解題過程中重點關注五點:(1)看原料。(2)看目的:把握題干中的“制備”或“提純”等關鍵詞,確定化工生產(chǎn)或化學實驗的目的。(3)看箭頭:進入的是投料(即反應物);出去的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物)。(4)看三線:主線主產(chǎn)品;分支副產(chǎn)品;回頭為循環(huán)線。(5)找信息:明確反應條件控制和分離提純方法,同時記住一些必備知識,如調(diào)pH除雜、加熱、降溫、水(酸或堿)溶法、除去還原性或氧化性雜質(zhì);分離方法,如過濾、蒸發(fā)(冷卻)結晶、萃取和分液、蒸餾(或分餾)等。
四、教學反思
(一)鼓勵學生質(zhì)疑,巧用合作探究
在化學課堂中,教師在導入環(huán)節(jié)使用化學工藝流程圖,引導學生通過模板化分析抽絲剝繭、逐步完成,將工藝流程題各個過程可視化,利用形象思維為學生逐漸發(fā)展的邏輯思維帶來支撐。在平時的實驗動手與觀察過程中,學生積累混合物分離提純的操作經(jīng)驗,憑借扎實的基本功完成化學反應的判斷,助推學生化學思維能力的形成與發(fā)展。教師還需要鼓勵學生大膽質(zhì)疑,使部分學生不僅通過觀察看到化學反應的過程,還會思考這一過程的合理性。教師應對學生質(zhì)疑做到鼓勵與尊重,積極回答其提出的個性化問題。除此之外,教師應善用合作探究,引導學生在小組合作中理解化學反應的真正內(nèi)涵。
(二)做好歸納概括,應用化學反應知識
教師能夠積極通過講練結合的方式引導學生強化化學思維意識,帶著發(fā)散思維去探討。學生在遇到不能輕易解決的問題時,需要轉換思考角度,特別是獨立思考不能找到解決問題的切入點時,可以主動尋求同學和老師的幫助,借助共同探討與共享的方式獲得知識,提高知識獲取質(zhì)效。教師還能夠圍繞學生化學思維能力培養(yǎng)引導學生進行逆向思考,使學生獲得思維能力發(fā)展。但在這個過程中,教師不應忽視學生進行化學反應知識的歸納概括,讓他們明白每個化學反應的特性、規(guī)律和應用,使他們能夠在實際生活中運用這些知識。例如,教師可以組織一些案例分析或參與工藝流程生產(chǎn)實驗活動,讓學生親身參與并體驗,然后引導他們進行觀察、分析、總結,最終形成自己的理解和見解。
總的來說,高中化學復習備考教學中,工藝流程題的教學反思非常重要。教師需要靈活運用各種教學方法和策略,依據(jù)學生的實際情況和需求進行教學,既要注重提高學生的化學基礎知識和應試技能,又要培養(yǎng)學生的化學思維和實踐能力,全面提高他們的化學核心素養(yǎng)。
(作者單位:蘭州市第三中學)
編輯:溫雪蓮