化学工业流程题溯源、特点及价值思考

赵铭

摘要：工业流程题主要涉及无机物制备较多，因而也被称作“无机工业流程题”。化学工业流程试题在1996年首次出现在上海高考化学卷中，是关于“AgNO3的工业制备”。20多年来上海、江苏高考题中工业流程题被绝大多数命题专家所肯定，其表现出特有的结构、内容、立意和解题等特点。反思此类试题存在的价值，未来的命题应立足于教材情境、经典工业制备、中学生基本化学能力的基础之上。

关键词：无机工业流程题；特点；价值

文章编号：1005–6629（2017）6–0082–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

有专家将化学工业流程题表述为：根据化学课程与教学评价的要求，将化学工业实际流程、方法、技术和设备等要素，根据所要评价的学生的知识储备及其认识发展阶段水平进行简化处理，形成简洁明确且符合学生阅读理解基本能力的流程图，并根据该化学工业流程中所涉及的基本原理，设计出与化学课程及其评价目标相关的化学问题进行设问[1]。其实，化学工业流程题就是模拟、简化真实工业流程形成简洁的流程图形式，根据化学课程标准和考试说明要求，设计出符合学生认知的系列化学问题的一类试题。笔者对这类试题进行考察研究与思考，形成了以下基本认识。

1 化学工业流程题的溯源

工业流程题主要涉及无机物制备较多，因而也被称作“无机工业流程题”。现在的工业流程题是在无机框图推断题的基础上发展而来。1995年以前的高考，无机框图推断题作为必考试题，它着重考查学生元素化合物相互转化和性质，在一定程度上说，这种试题对提升学生的分析、推理、知识建构等有一定作用。但是由于这类试题“人为编造”痕迹较重，出现了一些不符合真实生产原理的转化，一度为大家所诟病。

寻根溯源，化学工业流程试题在1996年首次出现在上海高考化学卷中，是关于“AgNO3的工业制备”。从2007年开始，工业流程题出现在广东卷和山东卷中；到2010年，全国有9套高考卷中使用工业流程题：京、粤、鲁、闽、皖、川、沪、苏、琼等；到2016年，理综高考或者單科高考卷中几乎都使用了这种题型。

笔者以两个单科卷地区：上海和江苏为例（如表1、表2），分析这两个地区使用工业流程题的情况。

20多年来，上海高考中工业流程题得到了绝大多数命题专家的肯定，从表1中显示仅有3年没有出现工业流程题，其呈现出以下几个基本特点：一是以无机物合成制备、提纯等为载体的情境占据90.5%（18次考试的21个试题中，无机情境占19题）；二是经典工业制备占据主要地位，甚至重复出现，如纯碱制备、胆矾制备、合成氨原料气制备等；三是与人们生产生活相关的重要生产资料成为主要情境载体，如净水剂、钾肥、自来水生产等。当然，可能由于命题组成员的变化，2003年、2012年和2015年工业流程题被其他相关题型取代。

表2显示了近11年江苏高考共考查20题，其表现出如下特点：一是每年工业流程题的题量较稳定，一般在1～3题左右，以2题为主，没有明显规律；二是从2006年开始涉及工业流程题，还是有机背景，2008年开始明确成为必考题型，作为过渡年份，还是保留了1条框图题，直到2012年不再出现框图这种形式；三是流程形式有所创新，2014年开始将流程表达成“环形图”形式；四是工业“三废”处理成为考查的重要载体，废气——硝酸工业尾气、废液——含碘废液、废渣——钡泥池和粉煤灰等，体现了绿色化学的思想；五是与元素化合物的核心知识联系紧密，重要金属——铁、铜、镁、铝等均有涉及，重要非金属——氯、硫、氮等均有考查。由表中也不难看出，阅读容量、情境来源、呈现形式也制约着命题的进一步创新。

2 工业流程题的特点

2.1 工业流程题的结构特点

工业流程题一般由三个部分构成：题头、流程、问题。题头部分由两个部分组成：原料背景和流程目标。在原料背景部分常常隐含原料的组成介绍，可利用物质、待分离或者除去的杂质等，流程目标中主要介绍所制备的目标产物的组成等。流程部分一般由三个部分构成（如图1）：原料的预处理、通过核心反应进行产物制备、物质的分离及提纯获得目标产物。在预处理环节中一般涉及基本预处理反应（酸浸、盐溶液浸取等）、初步分离（去除滤渣等）；在核心反应制备环节一般涉及核心转化反应、二次去除滤渣等；在物质分离及提纯环节一般涉及具体操作等。问题部分一般按照流程的逻辑顺序进行设问，设问内容主要是信息反应方程式书写、反应原理分析、提纯及分离的操作选择等。

2.2 工业流程题的命题内容与立意特点

从知识点涉及的内容来看，主要有8个方面内容的运用：（1）化学反应速率与平衡理论的运用。涉及反应速率、原料的利用率、物质的稳定性等。（2）化学反应原理运用。氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写、复杂的复分解反应书写等。（3）实验条件控制的运用。如利用控制pH进行分离除杂，涉及溶度积常数的数据应用等。（4）化学反应中能量变化的运用。如反应中的热效应、化学能与电能相互转化等。（5）实验基本操作的运用。如除杂、分离、检验，蒸发、浓缩、结晶，过滤、洗涤、干燥等实验手段的选择。（6）物质转化和循环的运用。如资源的回收和利用、循环物质的确定等。（7）环境保护与绿色化学评价。如滤渣的处理等。（8）部分定量问题。如结合给定数据或图像，进行简单计算或判断，如反应物或生成物物质的量之间的关系等。

从试题整体立意看，主要有4个方面：（1）真情境。命题者以真实的化学工业生产为背景，通过对该工业流程背景的简化，再进行简约表述，编制成适合学生阅读的化学问题。充分体现了化学知识的应用性，让学生体会学有所用，充分认识“化学与人类的生产和生活密切相关，化学也正以其特有的价值影响或改变着人类的生产、生活和生存环境”。（2）新信息。为体现化学工业流程题的应用性，题干中一般介绍该工业产品在生活生产中的实际用途，或者最新的生产工艺，或者是新老工艺的优缺点比较等。在流程中，会经常出现一些化工术语，例如煅烧、粉碎、酸浸等。有时还会根据学生理解该工业流程或者答题需要，给出部分理化数据，例如相关物质的溶解度数据，金属阳离子沉淀的pH范围，不同温度或酸碱性下的物质性质表现等。（3）大融合。流程题就像是一个“大拼盘”，将高中化学主干知识有机融合，内容遍布高中化学教材的各模块，尤其突出的优点是能够考查学生“对某一个化学背景或流程进行多角度认识的能力”，能有效考查考生对物质性质、结构、转化原理及应用四要素之间的有机关联（如图2），问题设计有效融合了化学基本概念与理论、元素及其化合物、化学实验、化学计算等内容。（4）高效度。试题中涉及的化学工业情境部分来自于教材的加工，或者是最新工业合成或制备工艺，对任何考生均有陌生感，它比传统的无机推断题阅读量更大，对考生在短时间内综合运用四种能力解决问题的考查，有很高的效度。这四种能力是：阅读理解信息能力，筛选有价值信息能力，迅速进行知识关联能力，运用化学语言解答设问的能力。这种题型对指导一线教学，提升学生更高的化学素养有很强的导向性。

2.3 工业流程题的解题特点

研究题型解题策略者从解题流程角度提出了“泛读、精读、标注、解答”的四流程法（如图3）。也有学者采用“物质线-实验线-生产线”的解题思路[2]。

在泛读试题时，题头部分介绍该生产线的原料以及生产目的，设问中常常隐含一些有价值的解题信息。因此，在解答题目前，要明确生产目的，要圈点有用信息（如原料的成分、杂质的组成、某些物质的特殊性质等），要整体浏览工业流程，要在重要环节进行适当转化和标注。

在精读流程时，要逐问解决，一般不要跳跃解题，因为试题设问有内在的逻辑顺序。

一是精读原料的预处理环节。题中所涉及的原料，主要是矿石、工业“三废”等。常见的预处理的方法有两种，方法一是高温煅烧、灼烧、焙烧，即在一定的温度下，在空气或者惰性气氛中，对样品进行热处理。其作用主要有：物质分解或被氧气氧化，原料物之间发生高温下的反应等。方法二是将原料中的某些组分转化成溶液中的离子。常设计的工艺有：水浸-让可溶物溶解，酸浸-让可溶于酸的物质溶解，碱浸-除去原料表面的油污，或者让可溶于碱的物质溶解，某些盐浸，如使用FeCl3溶液提供强氧化性的离子等。

二是精读核心化学反应以及产物的制备环节。认真解读主化学反应所涉及的反应物及生成物，由于所考查的化学方程式陌生度很高，但又在考纲规定和学生能力的范围内，考生根据所学的元素化合物知识，利用化学反应中物质转化的基本原理（氧化还原反应原理、复分解反应原理、基本酸碱理论等），由反应物推导出生成物，并结合电子守恒、电荷守恒和元素守恒规则，运用基本的配平原则与技巧，在正確表达化学式的前提下，即可正确写出陌生的化学方程式。陌生情境的化学方程式书写的一般步骤为（如图4）：物质分类联想→确认反应类型→依据规律判断生成物→依据守恒进行配平→补充完整相关介质→写清反应条件和添加必要符号→依据原理检查合理性。

五是绿色化学问题。化工生产需要考虑的实际问题很多，如原料的选取便捷性、设备的腐蚀和损耗、成本的核算等。从经济的角度考虑，如原料来源的广泛性、可再生性、生产条件对设备的要求等；从生产过程中副产物的产生考虑，包括废弃物的排放处理，通常涉及到“绿色化学”的思想，如副产物的循环利用、有毒物质的处理与排放等。

3 工业流程题的价值思考

工业流程题有很好的价值导向，真实性化学工艺流程试题能将化学知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标有效整合，使选拔考试渗透人文教育，在发现问题和问题解决中感受愉悦，感悟真实化学问题及其解决之美，使解题的过程价值得以提升[3]，在今后一段时间内还将继续存在。但是，有3个问题必须关注：一是流程简约处理中的科学合理性问题；二是与中学既有知识与能力的匹配问题；三是流程题的表现形式问题。

因此，作为一种有存在价值的试题，除了要解决好上述三个问题外，也应反思此类试题的消极因素，如增加了考生的阅读负担（减少了化学思维的空间和时间），增加了教师平时训练中的试题命制负担（教师也模仿命题者的思路进行原创），增加了课外随意拓展的风险（有些教师引导更多学生进行文献阅读），增加了命题者遴选有效情境的难度等。基于此，笔者以为，立足教材情境，立足经典工业制备，立足中学生基本化学能力是未来此类试题必须坚持的命题方向。

参考文献：

[1]李剑淳.高中生解答化学工业流程题的错因分析及教学策略研究[D].武汉：华中师范大学硕士学位论文，2012：14～15.

[2]杨雪梅.“工业流程题解题方法”教学设计[J].化学教学，2011，（2）：36.

[3]周改英.对一道制备工艺流程高考题的商榷与思考[J].化学教学，2010，（7）：77.