2023 年高考新课标卷化学第27 题评析及教学启示

□靳艳艳 鲁 明

工艺流程题来源于真实的工业生产，体现了以真实情境为测试载体，以实际问题为测试任务，以化学知识为解决问题的工具的命题原则。该类题型情境新、陌生度大、综合性强，能突出对多种能力的考查，体现了化学学科的核心素养要求。工艺流程题近几年题型比较稳定，一般为一小（选择题）一大（主观题），试题以流程图形式呈现，原料多为矿石或工业尾料，目的一般是物质制备或物质分离、提纯。

以2023年新课标卷第27题为例，该题以流程图形式呈现从铬钒渣中分离提取铬和钒的多步转化过程，将化学反应与中学化学知识相融合，考查了考生对元素及其化合物的基本性质、化学（离子）反应方程式的书写、物质的转化等综合知识的理解和掌握情况，着重对考生信息获取与加工、分析与推测等能力的考查。

[2023年新课标卷27题]铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物。从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示。

已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O72-存在，在碱性介质中以CrO42-存在。

回答下列问题：

（1）煅烧过程中，铬和钒被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为_______（填化学式）。

（2）水浸渣中主要有SiO2和_______。

（3）“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是_______________。

（4）除“硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3、MgNH4PO4的形式沉淀。该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果。若pH＜9时，会导致__________；pH＞9时会导致______。

（5）“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀。V2O5在pH＜1时，溶解为VO2+或VO3+;在碱性条件下，溶解为VO3-或VO43-。上述性质说明V2O5具有______（填标号）。

A. 酸性 B. 碱性 C. 两性

（6）“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠（Na2S2O5）溶液，反应的离子方程式为_________。

该题难度适中，属于工业废渣分离提取，有熟悉的Mg、Cr元素和陌生的V元素，熟悉的元素根据学过的知识作答，陌生元素根据试题提供的信息并结合化学原理作答。按照工艺流程的顺序，设问中包含反应条件的控制、操作目的的判断、化合物性质及相互转化、陌生方程式的书写、产物的判断等知识点，考查学生信息的提取、加工和处理能力，分析推理、迁移运用的能力以及语言文字表述能力。

这类题的解题思路如下。

从流程上分为三部分：原料预处理、除杂、分离。

原料预处理一般采取的措施是碎（粉碎）、烧（焙烧、煅烧，可能添加辅料）、浸（水浸、酸浸、碱浸、盐浸）。

粉碎的目的是增大接触面积，使反应快速充分进行；煅烧，可以将原料中元素转化为便于处理的形式，初步分离、提纯，添加的辅料有NaOH、Na2CO3、NH4Cl、空气等，我们要关注各元素价态和转化形式，比如：此题煅烧时有NaOH、Na2CO3、空气参与，铁元素、铬元素氧化为三价和六价；含Al、Cr、Si元素的物质会与碱反应，分别转化为偏铝酸钠、铬酸钠、硅酸钠。水浸后钠盐和多余的NaOH进入除杂环节，水浸渣含SiO2和Fe2O3。

除杂中一般根据金属元素的特点将其转化为氢氧化物沉淀、硫化物沉淀等，对于难溶物Ksp接近的离子还可以用萃取的方式将其分离，结合目标产物综合分析每步除杂的目的、措施和条件的控制。本题第（3）问和第（4）问考查除杂，结合上下文，在“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的是铝元素，以Al(OH)3形式沉淀；除“硅磷”步骤中使硅、磷分别以MgSiO3、MgNH4PO4的形式沉淀，题目交代该步需要控制溶液的pH≈9，以达到最好的除杂效果。若pH＜9，氢离子浓度增大，会导致硅酸根或磷酸根减少，不利于MgSiO3、MgNH4PO4沉淀的生成；若pH＞9，氢氧根离子浓度增大会导致镁离子、氨根离子减少，也不利于MgSiO3、MgNH4PO4沉淀的生成。此环节多考查pH范围判断或Ksp计算、陌生方程式书写等。

最后是物质的分离和提纯。“分离钒”步骤中，将pH调到1.8左右V2O5沉淀，V2O5在pH＜1和在碱性条件下均溶解说明V2O5具有两性，所以在pH调到1.8左右时钒元素和铬元素分开，其中铬元素又由CrO42-转化为Cr2O72-，再被焦亚硫酸钠（Na2S2O5）溶液还原为三价铬，调整pH生成Cr(OH)3，反应的离子方程式为2Cr2O72-+3S2O52-+10H+=4Cr3++6SO42-+5H2O，这是常见的结晶法或沉淀法。此环节会考查操作步骤的方法、名称、循环物质、回收副产品等。

汇总、归纳2021年、2022年、2023年部分高考工艺流程题情境素材和考查的知识内容如下。

试题 情境素材 考查的知识内容碘及其化合物的性质，物质的循环利用，陌生方2021年全国甲卷 除氯后含碘海水制备碘单质程式的书写，氧化还原反应的分析和计算，化学平衡移动原理的应用

从表中可以看出，工艺流程题涉及的高频元素有：Fe、Cr、Mn、Ni、Al、V、Ti、Ca、Mg（常见元素、第四周期金属元素居多），偶有陌生元素如Mo、Ce等出现。设问角度呈现方式比较稳定，多为化工工艺流程中常见操作、反应条件的控制、产品分离和提纯的方法或操作，例如：化合物性质及相互之间的转化、陌生方程式书写、物质循环利用、工艺操作及目的、化学反应速率和平衡原理应用分析、pH范围判断、溶度积常数计算等。不回避常见考点，但常考常新。既可以考查考生对化学基础知识的掌握和运用，也考查考生文字与图像信息的提取、加工和处理能力，分析推理和知识迁移的能力，计算和数据处理能力、语言文字表述能力等。

综上所述，在解决工艺流程题时，我们首先要明确原料中有哪些元素，要回收哪些元素，其他元素一定会在各个除杂环节的沉淀或滤液中，实在不能与目标元素分离的，可以根据溶解度的不同用结晶的方式分离。要重视题给信息。然后还要建立认知模型，这需要我们积累、储备化工知识，熟悉教材中工艺流程涉及的操作方法和思路，越简单的问题越要明确原理，夯实基础，熟悉答题术语，规范作答，只有这样才能形成一定的解题方法，才能灵活运用。