注重試題情境 突破陌生反應(yīng) 體現(xiàn)核心素養(yǎng)
——以氟碳鈰礦制備氧化鈰工藝流程題命制為例

江西 張萬程

化學(xué)工藝流程題是歷年高考中的一種常見題型，試題以真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)情境為載體，創(chuàng)設(shè)陌生的問題情境，考查考生識別流程圖提取信息、處理信息、應(yīng)用信息的能力，試題信息量多、難度大、綜合性強(qiáng)，對考生要求高，充分體現(xiàn)高考試題服務(wù)選才的核心功能。筆者對近三年全國卷的工藝流程題進(jìn)行深入的分析，總結(jié)該類題型的答題規(guī)律，并依據(jù)素材進(jìn)行了原創(chuàng)試題的命制，以期對2022屆高考師生有所幫助。

一、近三年全國卷工藝流程命題特點(diǎn)

表1 近三年全國卷工藝流程命題特點(diǎn)

在近三年全國卷區(qū)的工藝流程題中所考查的知識點(diǎn)主要為化學(xué)(離子)方程式的書寫(16個方程式)、“濾渣”或“濾液”成分的分析(6次)、根據(jù)Ksp計算調(diào)節(jié)溶液pH使金屬離子沉淀或計算離子濃度(4次)、循環(huán)使用物質(zhì)的分析或返回工序的選擇(4次)、操作及其他原因的分析等。其中化學(xué)(離子)方程式的書寫及流程的分析(成分的分析)是重點(diǎn)，同時也是此類題型的難點(diǎn)。

二、近三年全國卷工藝流程涉及化學(xué)(離子)方程式總結(jié)

表2 近三年全國卷工藝流程中的化學(xué)(離子)方程式

從分析中可看出，在工藝流程試題中，所考查的化學(xué)反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng)(或電極反應(yīng))、復(fù)分解反應(yīng)、鹽類水解反應(yīng)中的一個類型。在復(fù)習(xí)過程中，教師需引導(dǎo)學(xué)生回歸課本掌握基本元素及其化合物的性質(zhì)，熟悉化學(xué)(離子)方程式的書寫，對于氧化還原反應(yīng)方程式，學(xué)生需掌握氧化還原反應(yīng)的基本概念及規(guī)律，結(jié)合得失電子守恒法來書寫化學(xué)(離子)方程式。

三、基于陌生反應(yīng)的工藝流程原創(chuàng)試題

(一)原創(chuàng)試題呈現(xiàn)

氧化鈰(CeO2)是一種應(yīng)用非常廣泛的稀土氧化物。現(xiàn)以氟碳鈰礦(含CeFCO3、BaO、SiO2等)為原料制備氧化鈰，其工藝流程如圖1所示：

圖1

已知：

③Ce3+在空氣中易被氧化為Ce4+。

回答下列問題：

(1)焙燒時，為了提高焙燒效率，可采取的措施有________________________(任寫一條)。

(2)CeFCO3中Ce元素的化合價為________，濾渣A的主要成分是________。

(3)焙燒后加入稀硫酸浸出，Ce的浸出率和稀硫酸濃度、溫度有關(guān)，其關(guān)系如圖2所示，應(yīng)選擇的適宜的條件為________，硫酸濃度過大時，浸出率降低的原因是。

圖2

(5)步驟③加入鹽酸后，通常還需加入H2O2，其主要目的為。

(6)步驟④的離子方程式為。

【參考答案】

(1)粉碎氟碳鈰礦以增大接觸面積或延長焙燒時間

(2)+3 BaSO4、SiO2

(5)防止Ce3+被氧化

(7)88.15%

【圖文解析】

(1)剝離流程進(jìn)行分析：

圖3

(2)陌生方程式突破方法：

(二)原創(chuàng)試題分析

1.素材來源及命題思路

2.試題細(xì)目表

根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》，化學(xué)試題命制時應(yīng)以核心素養(yǎng)為測試宗旨、以真實(shí)情境為測試載體、以實(shí)際問題為測試任務(wù)、以化學(xué)知識為解決問題的工具。測試宗旨主要體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)，包括“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”5個方面，每個方面上均有4個水平劃分，不同的水平之間相互關(guān)聯(lián)，且層層遞進(jìn)。結(jié)合本文原創(chuàng)試題指定試題細(xì)目表如表3所示。

表3 本文試題細(xì)目表

3.試題點(diǎn)評

稀土在電子材料、磁體、熒光粉、玻璃、冶金、陶瓷、催化劑等方面的作用越來越重要，幾乎所有的稀土應(yīng)用領(lǐng)域中都含有鈰。如拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。中國稀土資源分布廣，北方多為輕稀土資源，如氟碳鈰礦；南方多為中重稀土資源，如離子型稀土礦。試題以氟碳鈰礦為原料制備氧化鈰為情境載體，在考查學(xué)生化學(xué)知識的同時，增強(qiáng)學(xué)生的科技成就感和民族自豪感，厚植學(xué)生的愛國主義情懷，激發(fā)學(xué)生的責(zé)任感和使命感。

(1)測試宗旨(核心素養(yǎng))

本文試題測試宗旨主要是“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“變化觀念與平衡思想”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，要求學(xué)生能分析工藝流程、提取有效的信息并進(jìn)行處理、解決工藝流程中的實(shí)際問題、形成良好的思維體系、能結(jié)合宏觀與微觀兩個層面去解決問題、具備一定的數(shù)據(jù)處理能力。

(2)測試載體(真實(shí)情境)

本文試題以氟碳鈰礦為原料制備氧化鈰為情境載體，結(jié)合高中化學(xué)實(shí)際，圍繞工藝流程圖及真實(shí)生產(chǎn)情境，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的設(shè)問，設(shè)計出試題的測試任務(wù)。

(3)測試任務(wù)(實(shí)際問題)

根據(jù)測試宗旨設(shè)計了7個問題，涉及化學(xué)反應(yīng)速率的調(diào)控、物質(zhì)中化合價的判斷、流程中濾渣成分的分析、最佳工藝生產(chǎn)條件的選擇及原因的分析、陌生情境下離子方程式的書寫、所加入物質(zhì)的目的分析、滴定原理及其計算等，要求學(xué)生讀懂工藝流程圖，深刻了解陌生情境并結(jié)合陌生情境，運(yùn)用所學(xué)化學(xué)知識解答問題。

(4)解決問題的工具(化學(xué)知識)

解決本文試題所需的化學(xué)知識與能力包括：對工藝流程、實(shí)驗(yàn)原理、化學(xué)原理的理解，對陌生情境離子方程式的書寫所需要的推理能力，化學(xué)計算。

四、構(gòu)建模型，突破工藝流程

圖4 工藝流程題解題模型與常考知識點(diǎn)及學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)系

五、教學(xué)啟示

化學(xué)工藝流程的試題要求學(xué)生具有一定的推理能力，既要有演繹推理能力，又要有歸納推理能力，學(xué)生需具備扎實(shí)的基礎(chǔ)化學(xué)知識，且要有深刻的理解，而不僅僅是對知識的簡單的記憶。在化學(xué)工藝流程專題的復(fù)習(xí)過程中，學(xué)生應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

1.理清工藝流程，找準(zhǔn)兩條線路，產(chǎn)品線和雜質(zhì)線。在流程圖中，核心元素指向產(chǎn)品，在流程中不損失或可直接忽略其損失，在流程圖中途出來的一定是雜質(zhì)、副產(chǎn)品或循環(huán)利用的物質(zhì)；

2.認(rèn)清核心元素的三個變化，狀態(tài)變化(固態(tài)變?yōu)槿芤骸⒁簯B(tài)變?yōu)槌恋怼⒊恋碜優(yōu)闅鈶B(tài)等)、物質(zhì)變化(化合物變?yōu)閱钨|(zhì)、有機(jī)溶劑的萃取和反萃取、轉(zhuǎn)化為配合物等)、化合價變化(核心元素在被氧化或被還原后化合價的升降)；

3.明確工藝流程中的三種反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)(此類反應(yīng)最為常見，原料預(yù)處理及核心反應(yīng)中經(jīng)常涉及)、復(fù)分解反應(yīng)(如沉淀反應(yīng))、鹽類水解反應(yīng)(如金屬陽離子的水解)。在書寫此類反應(yīng)方程式時，結(jié)合流程中流入和流出的物質(zhì)、反應(yīng)體系的環(huán)境、守恒關(guān)系等進(jìn)行綜合突破。