厘清工艺流程题的命题特点,凝炼高考化学复习备考策略

周学兴

(湖南省常德市第一中学)

教育部教育考试院要求“创新试题的呈现形式、优化设问方式、提升思维品质,试题有一定的开放性,体现基础性、应用性、综合性、创新性和发展性”。工艺流程题是各省市命题的热点题型,2023年高考已落下帷幕,通过研究工艺流程题捕捉备考策略是对高考化学试题最直接有效的利用。该题型分值在14分左右,难度大,是高考考生比较畏惧的题型。工业流程的主体过程是通过加入化学试剂除去杂质、生成产品,或通过分离提纯分离出杂质,获得产品。化工流程题一般都是以真实工业生产为背景,主要考查了元素化合物、氧化还原反应、方程式书写、化学计算以及化学实验等方面的知识,并注重考查学生的逻辑推理能力、绿色化学思想以及信息整合能力。在当前高考只能采取纸笔测试的情况下,化工流程题是一种很好的题型设计。从考查价值方面,它可以体现化学学科的应用价值,通过渗透绿色化学观念让学生树立可持续发展的意识,在考试中体现化学学科的社会价值和育人价值,激发学生从事化学研究的兴趣。从考查内容来看,化工流程题可实现各模块的核心知识和各领域关键能力的融合考查,对学生核心素养发展水平进行综合评价。文章以全国甲卷、全国乙卷、新课标卷、湖南卷、湖北卷、广东卷、山东卷、辽宁卷8套高考化学试卷为研究对象,依据工业流程的逻辑关系,从真实情境、设问方式等角度归纳命题特点,总结出备考策略。(备注:后续在描述2023年高考化学试题时,均省略“2023年”)

一、命题特点

(一)深化真实情境,凸显试题创新性

“无情境,不命题”,真实情境是时代的选择。工艺流程题选择的主要是生产环保情境,取材于科研论文、化工生产工艺,聚焦电池、半导体材料、芯片材料等。从载体而言,高考化学试题主要以制备战略性物质、分离提纯为目的,诸如压电材料BaTiO3、锂离子电池材料LiMn2O4、第三代半导体材料Ga(CH3)3,战略性金属镍、钴、铬和钒,Li2CO3的回收及废旧电池的资源回收利用等。不难发现情境载体集中在电子信息技术、材料等方面,这是国家战略发展的重点,也是民生工程不可或缺的部分。

1.优选载体,创新试题呈现形式

①第四周期金属元素依旧是考查的主体,例如湖南卷第17题创新性地考查了Ga元素,其性质与Al是相似的,陌生却又熟悉,体现了高考化学试题试图从载体上寻求跳出“机械刷题”魔咒的方法。

②选择“酸浸液”为原料,删除了过去常见的“矿物预处理”的工序,如广东卷第18题直接给出“硝酸浸取液”中的离子。

2.精制流程,创新试题呈现形式

一般而言,流程题中“名词”代表化学试剂,“动词”代表操作。通常方框(“□”)内是“动词”时,方框外的即为“名词”。明确“动词” “名词”有助于加快学生对“工序”“试剂”作用的分析。而高考化学试题中,二者并没有明显的界限,如新课标卷第27题,流程图见图1。图中方框内均为“动词”,而“通空气” “调pH”均在方框外。部分省命题在流程图中“线”的复杂程度上加大了难度,如湖南卷第17题,其流程图见图2。流程图简短但“线”的交错程度高,且回收利用的“气体”源自两道工序,考生要在短时间内明确其内涵,凸显了试题的创新性。

图1 新课标卷第27题的流程图

图2 湖南卷第17题的流程图

(二)呈现创新设问,破除机械刷题

设问方式的创新,直击考查学生的创新思维,也是破除机械刷题的有效手段。

①考查“替换性思维”成常态,发展学生解决实际问题的能力。考查“替换性思维”主要有三种方向,一是工序能否替换顺序或删减,二是化学试剂能否替换或选择何种试剂,三是化学实验条件的不同有何影响,具体考查情况见表1。

表1 2023年高考化学试题中考查“替换性思维”的情况

②增大思维容量考查成为常态,如复杂化学反应的方程式的书写。工艺流程题中,书写方程式有离子方程式、化学方程式两大考查形式,又分为氧化还原反应和非氧化还原反应。高考化学试题集中考查了复杂非氧化还原反应方程式的书写及融合生成配合物等情境的氧化还原反应方程式书写。复杂非氧化还原反应方程式的书写,要求学生抓住“复杂物质”,即含有离子种类较多的物质,结合“离子或离子团”守恒来配平微粒系数,具体考查情况见表2。

表2 2023年高考化学试题中考查书写复杂反应方程式的情况

③化学试剂呈现非常态规律。如H2O2是常见的绿色氧化剂与还原剂,是工业流程的常用试剂。全国乙卷第27题一反常态,要求学生分析“不宜使用H2O2替代MnO2的原因”,“反押题”指数高。新课标卷第27题中涉及SiO2杂质除去情况,需要正确分析多道工序中硅元素的存在形式。

(三)融合不同模块,凸显物质结构内容的考查

“3+1+2”高考模式的省份,将选择性必修2《物质结构与性质》的部分内容有机地融入工艺流程题中。如湖南卷第17题对配合物、键角等内容展开设问考查,还考查了现代化学分析仪器——核磁共振仪在鉴别物质中的作用,另外还融入考查了格氏试剂CH3MgI的性质。广东卷第18题融入晶体结构的考查。知识模块的融合,是高考化学试题常用的创新方式。如单独考查阿伏加德罗常数相关陷阱的试题会越来越少,可将此内容融入电化学、工业流程等模块进行考查。

二、备考策略

(一)科学备课,巧引化学知识解决问题

复习备考过程中可以以化学反应为大概念,帮助学生厘清高中化学5本教材的学科价值,从宏观视角使得知识结构化,是非常有必要的。5本教材从不同的视角要求学生构建利用化学知识解决实际问题的大能力。这个“大能力”是宏大的,也是注重微观的。教师应帮助学生学会“引经据典”地分析解决问题,这里的“经” “典”即为教材、高考化学真题。比如汽车尾气的处理,从化学反应的视角需要让CO、NO通过发生氧化还原反应转化为无毒无害的物质,从反应原理的视角得明确反应的条件是催化剂。此外,教师在日常教学工作中引导学生多关注社会热点,多积累化学常识,并渗透绿色化学的思想,把化工流程题与课本知识和生产实际相结合,提高学生的学习兴趣。

(二)精选试题,发挥“好题”的功能

如何选择好的试题呢,可以以元素载体为基础脉络,每一种元素,选出1～2道经典好题。好题的基本标准为要充分调动教材基础知识或陌生信息才能够分析解决问题,其中绝大多数高考化学试题便是好题。

如何利用好高考试题这一类好题是高三复习永恒的主题。首先要能够分析出设问的解决之道,此处并非总结出“套路”或“模板”,而是跳出“机械刷题”的怪圈,运用化学知识解决问题,实现“得分”。其次,充分挖掘高考试题。绝大部分高考试题都不可能设置许许多多的设问,这便意味着可挖掘出新的设问出来,姑且称为“意犹未尽之处”。比如辽宁卷第16题可增设分析“若通入空气速率过大,Mn2+氧化速率降低的原因”,新课标卷第27题可增设“提供MgNH4PO4的Ksp并考查相关计算”,此处该物质具有2种阳离子,新颖,但又不难。

(三)原创试题,精设考查创新思维问题

要培育出具有创新能力的学生,首先要求教师要有创新能力,原创一道好的试题,是对教师创新能力的最高检验。命制一道工艺流程题,需要经历选材、设问、流程分析、亮点分析等步骤。其中选材,主要选择科研论文文献为真实情境素材。设问,应该注重“传承”与“创新”,既要对过去考过的设问方式、内容有所传承模仿,也要有一些新颖的设问,值得注意的是新颖的设问,并非偏怪难的设问。通过逆向思维角度设置的问题,是创设新颖设问的一贯手段,比如Ksp信息的给予,可以是直接给出,也可以是通过只提供沉淀完全的pH,由学生计算得出,再分析问题。再如广东卷第18题考查通过提供微粒间间距的大小关系来确定微粒的种类。还可通过“跳跃性”设置问题,增强新颖度,比如循环利用物质的分析,可以先让学生书写反应,以迅速确定回收利用的物质,也可不设置书写反应,直接设问分析回收利用的物质。原创试题时,还应注意素材的选择要符合测试任务的要求,常出现简化工业流程等操作。真实文献中的素材切忌完全照搬原文献而不加改造地呈现出来,而是要根据学生的认知和生活经验进行合理地加工。命制工艺流程题还应遵循真实、简洁、完备、适配等要求。

笔者以林江顺等的《钴锰渣除杂提钴工艺研究》科研论文为主要文献支撑命制了一道试题,设计了以湿法炼锌厂所产的钴锰渣为原料回收制备CoC2O4为真实情境,考查离子方程式的书写、溶度积常数、工艺条件的选择、试剂的作用分析等必备知识,其中复杂离子方程式书写、复杂图像的分析凸显了创新性,还融入了图像、文字信息、流程图信息,考查学生的推理与归纳能力、解决实际问题的能力,发展了学生的证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想等核心素养。试题具有基础性、应用性、综合性、创新性。试题见本期杂志76页。

通过工艺流程题的分析,旨在引导广大教师正确评析高考化学试题,并能够引导高三复习教学的方向,真正实现“以考促教”。文章提出了一些备考建议,希冀教师可以跳出“机械刷题”“死记硬背”的怪圈,提高高三复习效率,培育出对国家有用的创新型人才。