高考化学工艺流程题命题探讨

岳庆先　吕存正

摘要： 分析高中化学课程标准对高中生化学素养的要求，探究工艺流程题与核心素养的关系及命题特点，建构工艺流程题的命题模型，并在模型指导下以部分高考试题为例，分析工艺流程题的命题角度和常考内容，探究工艺流程题与发展学生认知模型、建构思维模型及其应用之间的关系。

关键词： 高考命题; 工艺流程题; 溶浸; 转化与分离; 化学教学

文章编号： 10056629（2019）10007705中图分类号： G633.8文献标识码： B

高中化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，是学生综合素质的具体体现，反映了社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求，全面展现了化学课程学习对学生未来发展的重要价值[1]。试题命制的原则要以核心素养为测试宗旨，以真实情境为测试载体，以实际问题为测试任务，以化学知识为问题解决工具[2]。“工艺流程题”具有形式新颖、信息丰富、灵活多变的特点，既可以考查“元素及其化合物性质”，又可以考查“实验”及“化学与技术”。考查内容既有常见元素及其化合物的性质与应用，又有化学反应原理理论知识的运用，还有实验操作与化工技术等[3]。由于利用这种题型可以创设陌生新颖的情境，能够很好地考查学生在陌生情境中提取信息，利用所学知识分析问题、解决问题的能力，把化学素养较高的考生选拔出来，在高考试题中备受命题人的青睐。近三年新课标卷工艺流程题统计如表1所示。

在相关期刊上，可以看到一些有关工艺流程题的解析类文章，但这些文章偏重于工藝流程题的解题策略和解题技巧，从命题角度探讨工艺流程题的文章还不多见。本文从工艺流程题的命题角度入手，探究工艺流程题的命题模型，以高考真题为例，分析工艺流程题的常见命题角度和常考内容，探究工艺流程题与发展学生认知模型、建构思维模型及思维模型应用的关系。

1 工艺流程题的考查内容与核心素养的发展

工艺流程题是以工艺流程的形式，以元素及其化合物为基本素材，以物质转化中涉及的氧化还原反应、复分解反应、水解反应的应用为考查重点，以流程中涉及沉淀溶解平衡分析及计算、电解池原理的应用为难点，以常见物质的分离方法及实验操作为探究手段，综合考查学生解决化学问题的能力。工艺流程题是发展学生核心素养的理想题型，图1是工艺流程题与发展核心素养的关系图。

2 工艺流程题的命题模型

工艺流程题的命题素材一般是从大学教材、《湿法冶金属原理》、《萃取冶金》等书上选取的。从选取的工艺流程素材中找出与中学联系紧密的物质转化反应、条件控制方法、物质分离操作等进行命题。因为工业冶金一般分为三个阶段，所以该试题一般也分为“三阶段”，即预处理阶段、物质转化与分离阶段、目标产品生成阶段（见图2），体现了试题的真实性。

工艺流程题表示方法来源于化工生产实际，规范的工艺流程一般呈现以下四方面的信息：

① 表示物料（物质）走向，即什么步骤加入哪些物质，每种物质发生什么反应或转变，又以何种形式得到。

② 表示工艺的主要步骤。实际化工生产非常复杂，步骤很多，难以一一表示出来，流程图只要将主要步骤表示出来即可。

③ 用“方框”框起来的地方表示有操作，传统化工的实际生产中往往设置岗位，需要工人值岗;而不加方框的地方表示没有操作。

④ 标注操作或反应的主要条件，如用量、pH控制、温度等[4]。

3 工业流程题命题模型示例

示例1（2018全国Ⅱ卷T26） 我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、 CdS、 PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图3所示。

3.1 预处理阶段

预处理一般指原料粉碎、焙烧等。预处理的目的是使原料中待提取元素的状态，由难浸出的化合物或单质转变成易浸出的化合物[5]。粉碎可以增加固体的比表面积，增大后续溶浸（或浸出）阶段的速率。在焙烧预处理中，有氧化焙烧、硫酸化焙烧和氯化焙烧[6]。原料在空气中灼烧，焙烧的目的主要有两点： 一为非金属元素被氧化为高价气态氧化物逸出或氧化成高价态化合物;二为金属元素被氧化为高价态氧化物或高价态化合物。真题在预处理阶段的设问角度往往从粉碎与化学反应速率的关系、焙烧中的化学反应等入手。近3年真题涉及的预处理统计如表2所示。

由表2内容可知，粉碎（或研磨）的目的常设计为条件对反应速率的影响问题。焙烧（熔融）的目的常设计为氧化还原反应的化学方程式或离子方程式的书写问题。

3.2 物质转化与分离阶段

物质转化与分离阶段是达到工艺流程目的的关键阶段，在该阶段物料通过氧化还原反应、复分解反应、盐类水解、沉淀转化等反应达到除杂、元素化合价变化等目的。该阶段一般包括溶浸（酸浸、碱浸、盐浸）、元素化合物的氧化还原或沉淀转化、除杂及分离（过滤、萃取分液）等内容。近3年真题涉及的溶浸统计见表3。

由表3内容可知，溶浸目的常设计为化学方程式或离子方程式的书写或者设计为溶浸所得的滤渣中产物的分析。

3.2.1 溶浸

溶浸的目的是把固体转化为溶液，以便于后继的转化或分离。

酸浸是指把预处理得到的物料与酸（盐酸或硫酸）溶液进行反应，使物料中的碱性或两性氧化物转化为相应的盐、并用酸抑制该盐的水解同时除去不溶于该酸的杂质（如SiO2或CaSO4等）。

碱浸主要是用碱溶液将物料中的酸性氧化物、两性氧化物或铝盐等浸入溶液（如NaOH溶液与氧化铝或铝盐反应），以便于后继的转化或除去。

盐浸主要是用盐溶液氧化物料中的还原性金属（如FeCl3溶液氧化铜、铁，用NaClO溶液氧化

银等）、或者用盐把物料中的难溶盐转化为易溶盐[如Na2CO3将白钨矿中（CaWO4）的W元素转化成Na2WO4]。

3.2.2 元素化合物的氧化还原或沉淀转化

元素化合物的氧化还原一般是指利用氧化剂O2、 H2O2、 HNO3、 NaClO、 KClO3等氧化低价金属离子（如Fe2+→Fe3+、 VO2+→VO+2），或者用还原剂SO2、 HCHO、 N2H4及活泼金属等还原氧化性的微粒（如SO2-3、 Ag+），以达到除去杂质或达到转化目的。

由表4可知，常利用加入氧化剂氧化具有还原性的离子而达到转化目的，也有少数题是利用加入还原剂还原某些具有氧化性的离子达到除杂或转化目的。另外，电解法也可以代替试剂达到转化目的。

3.2.3 物质的分离

该阶段有关物质的分离常见的为过滤、萃取与反萃取。过滤是固相与液相的分离方法。萃取则是利用物质性质由一个液相转移到另一个液相的分离方法。萃取的作用是： 从矿石的浸出液中，提取和富集有价金属;分离化学性质相近的金属离子[7]。

萃取的操作步骤一般是首先将水溶液（料液）与有机溶剂（或溶液）充分混合，然后利用两相的密度不同静置分相。分出的称为萃余液，有机相称为负载有机相，被萃入到有机相中去的物质称为被萃取物（起富集或分离作用）。被萃取物萃入有机相后，一般需要使其重新返回水相，此时把负载有机相与反萃剂（一般为无机酸或碱的水溶液，也可以是纯水）接触，使被萃取物转入水相，这一过程相当于萃取的逆过程，故称为反萃取[8]。如： 2013课标Ⅰ卷27题出现有机相萃取Co2+及反萃取Co2+的步骤。

3.3 目标产品生成阶段

目标产品生成阶段是工业流程制备目标产物的最后阶段。该阶段是把前阶段所得的盐溶液通过蒸发结晶（或蒸发浓缩、冷却结晶）、过滤、洗涤、干燥得到目标产物的晶体，或者将所得溶液经过电解制取目标产物。若前阶段得到的物质为固体，一般通过氧化剂氧化或者采用还原剂还原得目标产物。近3年真题涉及目标产品生成阶段统计见表5。

由表5可知，若目标产品为盐（或含结晶水的盐），一般设计“得到该盐的操作是什么”，如蒸发结晶或蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤。若目标产品为高价态盐（或金属单质），一般设计为“电解得到该产物的阳极（或阴极）电极反应式的书写”问题。通过煅烧得到产品的，一般設计为“书写该煅烧过程反应的化学方程式”。

工艺流程题的命题思路，往往是通过流程分析，考查学生能否利用物质守恒思想弄明白各元素的来龙去脉、物料走向，在明白各步操作目的与原理的基础上，获取主要信息和有用信息，并运用相关知识进行分析问题和解决问题的能力。

参考文献：

[1][2]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 3， 78～79.

[3][4]教育部考试中心. 高考理科试题分析理科综合分册（2018年版）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2018： 210， 211.

[5][6]马荣骏. 湿法冶金原理[M]. 北京： 冶金工业出版社， 2007： 299.

[7][8]马荣骏. 萃取冶金[M]. 北京： 冶金工业出版社， 2009： 5.