化學(xué)工業(yè)流程題溯源、特點(diǎn)及價(jià)值思考

1、 化學(xué)工業(yè)流程題溯源、特點(diǎn)及價(jià)值思考 趙銘Summary：工業(yè)流程題主要涉及無機(jī)物制備較多，因而也被稱作“無機(jī)工業(yè)流程題”。化學(xué)工業(yè)流程試題在1996年首次出現(xiàn)在上海高考化學(xué)卷中，是關(guān)于“AgNO3的工業(yè)制備”。20多年來上海、江蘇高考題中工業(yè)流程題被絕大多數(shù)命題專家所肯定，其表現(xiàn)出特有的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、立意和解題等特點(diǎn)。反思此類試題存在的價(jià)值，未來的命題應(yīng)立足于教材情境、經(jīng)典工業(yè)制備、中學(xué)生基本化學(xué)能力的基礎(chǔ)之上。Key：無機(jī)工業(yè)流程題；特點(diǎn)；價(jià)值：10056629（2017）6008204 ：G633.8 ：B有專家將化學(xué)工業(yè)流程題表述為：根據(jù)化學(xué)課程與教學(xué)評(píng)價(jià)的要求，將化學(xué)工業(yè)實(shí)際流程、方法

2、、技術(shù)和設(shè)備等要素，根據(jù)所要評(píng)價(jià)的學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備及其認(rèn)識(shí)發(fā)展階段水平進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，形成簡(jiǎn)潔明確且符合學(xué)生閱讀理解基本能力的流程圖，并根據(jù)該化學(xué)工業(yè)流程中所涉及的基本原理，設(shè)計(jì)出與化學(xué)課程及其評(píng)價(jià)目標(biāo)相關(guān)的化學(xué)問題進(jìn)行設(shè)問1。其實(shí)，化學(xué)工業(yè)流程題就是模擬、簡(jiǎn)化真實(shí)工業(yè)流程形成簡(jiǎn)潔的流程圖形式，根據(jù)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和考試說明要求，設(shè)計(jì)出符合學(xué)生認(rèn)知的系列化學(xué)問題的一類試題。筆者對(duì)這類試題進(jìn)行考察研究與思考，形成了以下基本認(rèn)識(shí)。1 化學(xué)工業(yè)流程題的溯源工業(yè)流程題主要涉及無機(jī)物制備較多，因而也被稱作“無機(jī)工業(yè)流程題”。現(xiàn)在的工業(yè)流程題是在無機(jī)框圖推斷題的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。1995年以前的高考，無機(jī)框圖推斷題

3、作為必考試題，它著重考查學(xué)生元素化合物相互轉(zhuǎn)化和性質(zhì)，在一定程度上說，這種試題對(duì)提升學(xué)生的分析、推理、知識(shí)建構(gòu)等有一定作用。但是由于這類試題“人為編造”痕跡較重，出現(xiàn)了一些不符合真實(shí)生產(chǎn)原理的轉(zhuǎn)化，一度為大家所詬病。尋根溯源，化學(xué)工業(yè)流程試題在1996年首次出現(xiàn)在上海高考化學(xué)卷中，是關(guān)于“AgNO3的工業(yè)制備”。從2007年開始，工業(yè)流程題出現(xiàn)在廣東卷和山東卷中；到2010年，全國(guó)有9套高考卷中使用工業(yè)流程題：京、粵、魯、閩、皖、川、滬、蘇、瓊等；到2016年，理綜高考或者單科高考卷中幾乎都使用了這種題型。筆者以兩個(gè)單科卷地區(qū)：上海和江蘇為例（如表1、表2），分析這兩個(gè)地區(qū)使用工業(yè)流程題的情況

4、。20多年來，上海高考中工業(yè)流程題得到了絕大多數(shù)命題專家的肯定，從表1中顯示僅有3年沒有出現(xiàn)工業(yè)流程題，其呈現(xiàn)出以下幾個(gè)基本特點(diǎn)：一是以無機(jī)物合成制備、提純等為載體的情境占據(jù)90.5%（18次考試的21個(gè)試題中，無機(jī)情境占19題）；二是經(jīng)典工業(yè)制備占據(jù)主要地位，甚至重復(fù)出現(xiàn)，如純堿制備、膽礬制備、合成氨原料氣制備等；三是與人們生產(chǎn)生活相關(guān)的重要生產(chǎn)資料成為主要情境載體，如凈水劑、鉀肥、自來水生產(chǎn)等。當(dāng)然，可能由于命題組成員的變化，2003年、2012年和2015年工業(yè)流程題被其他相關(guān)題型取代。表2顯示了近11年江蘇高考共考查20題，其表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：一是每年工業(yè)流程題的題量較穩(wěn)定，一般在13題

5、左右，以2題為主，沒有明顯規(guī)律；二是從2006年開始涉及工業(yè)流程題，還是有機(jī)背景，2008年開始明確成為必考題型，作為過渡年份，還是保留了1條框圖題，直到2012年不再出現(xiàn)框圖這種形式；三是流程形式有所創(chuàng)新，2014年開始將流程表達(dá)成“環(huán)形圖”形式；四是工業(yè)“三廢”處理成為考查的重要載體，廢氣硝酸工業(yè)尾氣、廢液含碘廢液、廢渣鋇泥池和粉煤灰等，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的思想；五是與元素化合物的核心知識(shí)聯(lián)系緊密，重要金屬鐵、銅、鎂、鋁等均有涉及，重要非金屬氯、硫、氮等均有考查。由表中也不難看出，閱讀容量、情境來源、呈現(xiàn)形式也制約著命題的進(jìn)一步創(chuàng)新。2 工業(yè)流程題的特點(diǎn)2.1 工業(yè)流程題的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)工業(yè)流程題一

6、般由三個(gè)部分構(gòu)成：題頭、流程、問題。題頭部分由兩個(gè)部分組成：原料背景和流程目標(biāo)。在原料背景部分常常隱含原料的組成介紹，可利用物質(zhì)、待分離或者除去的雜質(zhì)等，流程目標(biāo)中主要介紹所制備的目標(biāo)產(chǎn)物的組成等。流程部分一般由三個(gè)部分構(gòu)成（如圖1）：原料的預(yù)處理、通過核心反應(yīng)進(jìn)行產(chǎn)物制備、物質(zhì)的分離及提純獲得目標(biāo)產(chǎn)物。在預(yù)處理環(huán)節(jié)中一般涉及基本預(yù)處理反應(yīng)（酸浸、鹽溶液浸取等）、初步分離（去除濾渣等）；在核心反應(yīng)制備環(huán)節(jié)一般涉及核心轉(zhuǎn)化反應(yīng)、二次去除濾渣等；在物質(zhì)分離及提純環(huán)節(jié)一般涉及具體操作等。問題部分一般按照流程的邏輯順序進(jìn)行設(shè)問，設(shè)問內(nèi)容主要是信息反應(yīng)方程式書寫、反應(yīng)原理分析、提純及分離的操作選擇等。2

7、.2 工業(yè)流程題的命題內(nèi)容與立意特點(diǎn)從知識(shí)點(diǎn)涉及的內(nèi)容來看，主要有8個(gè)方面內(nèi)容的運(yùn)用：（1）化學(xué)反應(yīng)速率與平衡理論的運(yùn)用。涉及反應(yīng)速率、原料的利用率、物質(zhì)的穩(wěn)定性等。（2）化學(xué)反應(yīng)原理運(yùn)用。氧化還原反應(yīng)的判斷、化學(xué)方程式或離子方程式的書寫、復(fù)雜的復(fù)分解反應(yīng)書寫等。（3）實(shí)驗(yàn)條件控制的運(yùn)用。如利用控制pH進(jìn)行分離除雜，涉及溶度積常數(shù)的數(shù)據(jù)應(yīng)用等。（4）化學(xué)反應(yīng)中能量變化的運(yùn)用。如反應(yīng)中的熱效應(yīng)、化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化等。（5）實(shí)驗(yàn)基本操作的運(yùn)用。如除雜、分離、檢驗(yàn)，蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶，過濾、洗滌、干燥等實(shí)驗(yàn)手段的選擇。（6）物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)的運(yùn)用。如資源的回收和利用、循環(huán)物質(zhì)的確定等。（7）環(huán)境保護(hù)與

8、綠色化學(xué)評(píng)價(jià)。如濾渣的處理等。（8）部分定量問題。如結(jié)合給定數(shù)據(jù)或圖像，進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算或判斷，如反應(yīng)物或生成物物質(zhì)的量之間的關(guān)系等。從試題整體立意看，主要有4個(gè)方面：（1）真情境。命題者以真實(shí)的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)為背景，通過對(duì)該工業(yè)流程背景的簡(jiǎn)化，再進(jìn)行簡(jiǎn)約表述，編制成適合學(xué)生閱讀的化學(xué)問題。充分體現(xiàn)了化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用性，讓學(xué)生體會(huì)學(xué)有所用，充分認(rèn)識(shí)“化學(xué)與人類的生產(chǎn)和生活密切相關(guān)，化學(xué)也正以其特有的價(jià)值影響或改變著人類的生產(chǎn)、生活和生存環(huán)境”。（2）新信息。為體現(xiàn)化學(xué)工業(yè)流程題的應(yīng)用性，題干中一般介紹該工業(yè)產(chǎn)品在生活生產(chǎn)中的實(shí)際用途，或者最新的生產(chǎn)工藝，或者是新老工藝的優(yōu)缺點(diǎn)比較等。在流程中，會(huì)經(jīng)常出

9、現(xiàn)一些化工術(shù)語，例如煅燒、粉碎、酸浸等。有時(shí)還會(huì)根據(jù)學(xué)生理解該工業(yè)流程或者答題需要，給出部分理化數(shù)據(jù)，例如相關(guān)物質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù)，金屬陽(yáng)離子沉淀的pH范圍，不同溫度或酸堿性下的物質(zhì)性質(zhì)表現(xiàn)等。（3）大融合。流程題就像是一個(gè)“大拼盤”，將高中化學(xué)主干知識(shí)有機(jī)融合，內(nèi)容遍布高中化學(xué)教材的各模塊，尤其突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠考查學(xué)生“對(duì)某一個(gè)化學(xué)背景或流程進(jìn)行多角度認(rèn)識(shí)的能力”，能有效考查考生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)化原理及應(yīng)用四要素之間的有機(jī)關(guān)聯(lián)（如圖2），問題設(shè)計(jì)有效融合了化學(xué)基本概念與理論、元素及其化合物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算等內(nèi)容。（4）高效度。試題中涉及的化學(xué)工業(yè)情境部分來自于教材的加工，或者是最新工業(yè)合

10、成或制備工藝，對(duì)任何考生均有陌生感，它比傳統(tǒng)的無機(jī)推斷題閱讀量更大，對(duì)考生在短時(shí)間內(nèi)綜合運(yùn)用四種能力解決問題的考查，有很高的效度。這四種能力是：閱讀理解信息能力，篩選有價(jià)值信息能力，迅速進(jìn)行知識(shí)關(guān)聯(lián)能力，運(yùn)用化學(xué)語言解答設(shè)問的能力。這種題型對(duì)指導(dǎo)一線教學(xué)，提升學(xué)生更高的化學(xué)素養(yǎng)有很強(qiáng)的導(dǎo)向性。 2.3 工業(yè)流程題的解題特點(diǎn)研究題型解題策略者從解題流程角度提出了“泛讀、精讀、標(biāo)注、解答”的四流程法（如圖3）。也有學(xué)者采用“物質(zhì)線-實(shí)驗(yàn)線-生產(chǎn)線”的解題思路2。在泛讀試題時(shí)，題頭部分介紹該生產(chǎn)線的原料以及生產(chǎn)目的，設(shè)問中常常隱含一些有價(jià)值的解題信息。因此，在解答題目前，要明確生產(chǎn)目的，要圈點(diǎn)有用信

11、息（如原料的成分、雜質(zhì)的組成、某些物質(zhì)的特殊性質(zhì)等），要整體瀏覽工業(yè)流程，要在重要環(huán)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)化和標(biāo)注。在精讀流程時(shí)，要逐問解決，一般不要跳躍解題，因?yàn)樵囶}設(shè)問有內(nèi)在的邏輯順序。一是精讀原料的預(yù)處理環(huán)節(jié)。題中所涉及的原料，主要是礦石、工業(yè)“三廢”等。常見的預(yù)處理的方法有兩種，方法一是高溫煅燒、灼燒、焙燒，即在一定的溫度下，在空氣或者惰性氣氛中，對(duì)樣品進(jìn)行熱處理。其作用主要有：物質(zhì)分解或被氧氣氧化，原料物之間發(fā)生高溫下的反應(yīng)等。方法二是將原料中的某些組分轉(zhuǎn)化成溶液中的離子。常設(shè)計(jì)的工藝有：水浸-讓可溶物溶解，酸浸-讓可溶于酸的物質(zhì)溶解，堿浸-除去原料表面的油污，或者讓可溶于堿的物質(zhì)溶解，某些鹽

12、浸，如使用FeCl3溶液提供強(qiáng)氧化性的離子等。二是精讀核心化學(xué)反應(yīng)以及產(chǎn)物的制備環(huán)節(jié)。認(rèn)真解讀主化學(xué)反應(yīng)所涉及的反應(yīng)物及生成物，由于所考查的化學(xué)方程式陌生度很高，但又在考綱規(guī)定和學(xué)生能力的范圍內(nèi)，考生根據(jù)所學(xué)的元素化合物知識(shí)，利用化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基本原理（氧化還原反應(yīng)原理、復(fù)分解反應(yīng)原理、基本酸堿理論等），由反應(yīng)物推導(dǎo)出生成物，并結(jié)合電子守恒、電荷守恒和元素守恒規(guī)則，運(yùn)用基本的配平原則與技巧，在正確表達(dá)化學(xué)式的前提下，即可正確寫出陌生的化學(xué)方程式。陌生情境的化學(xué)方程式書寫的一般步驟為（如圖4）：物質(zhì)分類聯(lián)想確認(rèn)反應(yīng)類型依據(jù)規(guī)律判斷生成物依據(jù)守恒進(jìn)行配平補(bǔ)充完整相關(guān)介質(zhì)寫清反應(yīng)條件和添加必要

13、符號(hào)依據(jù)原理檢查合理性。五是綠色化學(xué)問題?；どa(chǎn)需要考慮的實(shí)際問題很多，如原料的選取便捷性、設(shè)備的腐蝕和損耗、成本的核算等。從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，如原料來源的廣泛性、可再生性、生產(chǎn)條件對(duì)設(shè)備的要求等；從生產(chǎn)過程中副產(chǎn)物的產(chǎn)生考慮，包括廢棄物的排放處理，通常涉及到“綠色化學(xué)”的思想，如副產(chǎn)物的循環(huán)利用、有毒物質(zhì)的處理與排放等。3 工業(yè)流程題的價(jià)值思考工業(yè)流程題有很好的價(jià)值導(dǎo)向，真實(shí)性化學(xué)工藝流程試題能將化學(xué)知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三維目標(biāo)有效整合，使選拔考試滲透人文教育，在發(fā)現(xiàn)問題和問題解決中感受愉悅，感悟真實(shí)化學(xué)問題及其解決之美，使解題的過程價(jià)值得以提升3，在今后一段時(shí)間內(nèi)還將繼續(xù)存在。但是，有3個(gè)問題必須關(guān)注：一是流程簡(jiǎn)約處理中的科學(xué)合理性問題；二是與中學(xué)既有知識(shí)與能力的匹配問題；三是流程題的表現(xiàn)形式問題。因此，作為一種有存在價(jià)值的試題，除了要解決好上述三個(gè)問題外，也應(yīng)反思此類試題的消極因素，如增加了考生的閱讀負(fù)擔(dān)（減少了化學(xué)思維的空間和時(shí)間），增加了教師平時(shí)訓(xùn)練中的試題命制負(fù)擔(dān)（教師也模仿命題者的思路進(jìn)行原創(chuàng)），增加了課外隨意拓展的風(fēng)險(xiǎn)（有些教師引導(dǎo)更多學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)閱讀），增加了命題者遴選