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1、化学工艺或实验流程题结构、特点、分类、解法、启示结构、特点、分类、解法、启示2014-3-16高考试题研究1全国高考试题中的化学工艺或实验流程题化学工艺或实验流程图题近年来高考命题的一种创新。由于过去高考化学试题中对于元素及其无机化合物的考查是以物质转化框图题的形式出现。其模式和基本考查思路是以单质或化合物的多步反应为为背景，提供相关元素及其化合物的性质，要求学生推断化学式，并写出无机反应方程式等，考察目的相对单一。试题只为考试而设计，考察学生的知识和能力，试题情境没有目的性和应用性。但这类试题人为设计成份较多，问题编制模式过于单一、逻辑推理味道浓厚而化学味较淡，故在新课标高考题中已被淘汰，取
2、而代之的是工艺或实验流程图题。化学工艺或实验流程图题是对物质转化框图题的变革和创新，结合新课程改革重视与生产、生活及科研前沿相结合的特点，取材于真实而宽阔的工业生产和日常生活，问题涉及更加灵活，更有化学味，以物质的实际工业生产或实验室合成流程图为情境，考查相关知识和多种能力，由于反应或操作流程的情境是真实的工业或者实验室合成路线和方法，体现化学科学的应用价值，发挥试题的教育功能，考查学生的信息素养。该题型是落实课程标准对学生素质和能力要求的具体体现，能够考查考生将于化学相关的实际问题分解，综合运用相关知识和科学方法，解决生产、生活实际和科学研究中的简单化学问题的能力。因此，可以看出工业生产流程
3、题更能适应课程改革的要求，是今后高考化学试卷中无机反应及相关原理等知识考查的主流试题形式，其背景材料、试题内容设计及能力考查的思路如下图所示：某种实际产品的工业或实验流程 （无机、有机）知识能力基本概念 元素化合物 反应基本原理 实验基础知识信息获取与处理能力 分析解决问题能力 实验探究能力试 题在具体试题的设计上，这类题的命题形式是以某一种或几种物质的制备的流程图为背景，以物质的转化及分离与提纯的化学和物理方法为主要线索，结合一些化工专业术语，将元素及其化合物知识、化学基本概念和基础理论、化学实验与生产实际、环境科学、绿色化学思想与原子利用率等知识整合在一道试题中，能力上，考察利用图表、数据
4、及流程图获取信息、分析并解决问题的能力、实验探究能力；内容上，主要考察：1. 元素化合物知识 即考察物质的性质、制备、用途等元素化合物知识外，还以元素化合物为载体考察学生对化学用语的使用如化学式、化学方程式、氧化还原反应的概念及配平、离子方程式（包括“三大守恒原理” ） 、电离方程式、电极方程式等的掌握情况。2. 化学实验知识 物质制备、分离提纯的基本操作的方法，步骤、原理、反应条件对产物的影响及控制、产品鉴定、产率或纯度计算等；化学工艺或实验流程图题的结构、特点、分类及解法和启示 23. 综合实际工业操作及其操作工艺的绿色化学问题，考察基础化学理论，如氧化还原反应的概念及其应用、化学反应与能
5、量、化学能与电能、化学反应速率、化学平衡及其移动、盐类水解、水溶液中的离子平衡、沉淀溶解平衡等知识的掌握情况；必要时还会考察物质结构及晶体结构知识，如 2013 年四川 11 题。4. 上述情形的综合考察。具体考察内容及形式以 2013 年各地试题为例，2013 年 14 套试卷中有 13 套试题共涉及 16 道试题，现将考查内容小结如下：2013 年高考化学有关化工生产工艺流程的试题试卷题号工艺流程全国大纲卷29电解冶炼铝27锂电池中金属的回收 全国新课标卷36工业草酸晶体的制备工艺27纯化工业级氧化锌 全国新课标卷36回收利用废旧普通锌锰电池海南卷20硅的制备与提纯工艺北京卷27硫酸铝晶体
6、的制备工艺浙江卷28用废旧镀锌铁皮制备磁性 Fe3O4胶粒及 ZnO安徽卷27过渡金属铈的回收四川卷11由明矾制备 Al、K2SO4和 H2SO4广东卷32从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺福建卷24二氧化氯的生产江苏卷16菱镁矿为原料制备高纯氧化镁上海卷七溴化钙的制备30二氧化钛的制备 山东卷31由废旧硬质合金刀具中回收碳化钨和金属钴分类解析本研究以近三年各地高考化学试题中的化学工艺及实验流程图题为对象。从试题的结构、特点、问题设计与应答点等角度出发将其按考查元素化合物知识为主、考查化学基本概念和基础理论为主、考查化学实验为主进行分类，研究解题方法，并试图得出一般性结论，以便获得有益于
7、教学的重要启示。一、 以工艺流程图为背景，考察元素化合物知识题目构成及特点1. 已知信息：以“文字信息+工艺流程图+表格数据”的形式给出，其中：（1）文字信息包括题干部分的引导语，含原料物质及目标产物、必要的反应条件及其控制等信息；流程图中有关物质间的转化关系，化学反应条件及分离与提纯的关键提示语，可能是具体物质、也可能是实验（或工艺）操作。对解题过程中涉及的新知识提供必要的注释语等。高考试题研究3（2）流程图则包含实现原料物质转化到目标物质的反应试剂及条件，反应历程，分离与提纯的操作，循环操作等；（3）图表信息则是给出一些物质的物理性质如键能数据、溶解性（度） 、密度等及金属离子沉淀的 pH
8、 范围等。2. 设问点：物质的性质、用化学用语及有关术语表达结论。如化学式、电离方程式、化学反应方程式、离子反应方程式、氧化还原反应的实质及配平、电极方程式和电池方程式等；用化学原理解答一些关键反应或操作。如化学平衡及其移动、水溶液中的离子平衡、化学能与电能、利用盖斯定律计算反应热等；反应条件对产物的控制及影响和产品鉴定、产率计算等；化学工艺中的绿色化学问题。3. 试题的结构：情境：某一种或几种物质的分离或制备已知信息文字信息工艺流程图图表信息问题项物质与反应实现某一转化 的措施及原因产品检验 纯度计算4. 解题的基本思维模式寻找核心反应及其对应的原料和产物首先应读懂生产流程图，对于比较陌生且
9、复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。工艺流程图中应包含以下信息：原料、目标产物及原料预处理反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、PH调节、溶剂选择）反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与提纯）绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。其核心流程为： 原料核心反应目标产物除杂分离预处理反应条件循环利用防污染无害化处理基本要点：主线主反应、分支副反应、回头是循环。5. 工艺流程中有关描述实验操作的关键词及其解读流程图中经常会出现一些化学工艺
10、术语或名称，这些信息对解题起着或启示（引导）或干扰作用，如 2013 年新课标卷27 题中酸浸、碱浸、水相、有机相、反萃取、沉钴等， 如果不化学工艺或实验流程图题的结构、特点、分类及解法和启示 4能正确区分或理解这类信息在解题中的作用，会影响答题的正确率的进度的。下面就常见的术语做些说明。表 1 工艺流程中有关描述实验操作的关键词及其解读关键词关键词解读灼烧（煅烧、焙烧）使固体物质在高温下分解以改变物质结构、提高分解或氧化除杂等，如煅烧石灰石、高岭土或某些难溶碱等。浸取（或溶出）向固体中加入适当的溶剂或溶液，使其中的可溶性物质溶解分离，包括水浸、酸浸、碱浸和醇浸等。调 pH除去溶液中剩余的酸或
11、碱、或促使盐类水解、或利用金属阳离子沉淀的 pH 范围，是部分金属沉淀以便于分离等。趁热过滤减少晶体损失、或提高晶体纯度，要求混合物中某种物质的溶解度受温度影响显著。蒸发结晶通过蒸发溶剂是溶液浓度增大或便于晶体析出，若以晶体析出为目的时不能蒸干溶液。有机物洗涤减少晶体损失，干燥晶体、同时有机物可通过蒸馏或蒸发出去萃取利用有机溶剂将水溶液或固体中的可溶物质提取或溶出以达到分离或浓缩的目的。反萃取用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程。【实例分析】1. （2013 全国卷27 题）锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2） ，导电剂乙炔黑和铝箔等
12、。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为 6C+xLi+xe=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出） 。废旧 锂离子电池放电 处理拆解正极碱浸过滤滤液滤渣调pH萃取酸浸过滤调pH过滤 滤液滤渣滤液Al(OH)3固体水相(Li2SO4溶液)有机相反萃取NaOH溶液有机相水相(CoSO4溶液)再生利用沉钴NH4HCO3溶液过滤滤液CoCO3固体H2SO4、H2O2回答下列问题：（1）LiCoO2中，Co 元素的化合价为_。（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式_。（3）“酸浸”一般在 80下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式_；可用盐酸
13、代替 H2SO4和 H2O2的混合液，但缺点是_。（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_。高考试题研究5（5）充放电过程中，发生 LiCoO2与 Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_。（6）上述工艺中， “放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是_。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有_(填化学式)。【答案】（1）+3（2）2Al+2OH+6H2O = 2Al(OH)4 +3H3（3）2LiCoO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O 2H2O22H2O + O2；有氯气生成，污染较大（4）CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3
14、+ (NH4)2SO4 + H2O +CO2（5）Li1-xCoO2 + LixC6 = LiCoO2+6C（6）Li+从负极脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4【解析】本题实际上是分离提纯型题目。是将组成锂离子电池的主要材料进行分离，其中的金属元素以氢氧化物和硫酸盐的形式分开。从流程图中寻找“核心反应” 、主要分离提纯操作及“目标产物”是有序解题的基本步骤和关键方法。由于此类试题是以工业生产的实际流程为情境，以考察学生在实际情境中提取新信息及分析和解决问题的能力，所涉及的知识并非以课本知识为主，有些情境还可是完全陌生的，这就不可避免的导致学生在
15、读题时因无法理解流程图中的某一步或某几步转化原理及有关化工术语而被吓着！事实上，综合题目中问题项的设计一般是各自独立且无连带效应的，一个问题解决不了不影响下一问题的解决。而且每题中总有与流程图无关的问题，可用已有知识直接解答；如本题的问题（1） 。因此解答化工流程图题目时应先从问题项中找出与流程图无关的问题直接解答，剩余问题从以下两个方面顺序思维：从整体上把握问题，跳过遇到困难的小环节，从流程图的开始和末尾找到原料物质和目标产物，确定问题的总目标；“因问题而求细节” ，即由题目问题项中的设问点出发再审视题目中的文字信息和流程图信息，找出能帮助解题的关键词，可以有效规避因某一环节卡壳而无法解题的
16、问题。如本题问题项（2） 、 （3） 、 （4）三问分别针对流程图中“正极碱浸” 、 “酸浸”和“沉钴”等三个关键词进行设问，问题（6）第二空针对整个工艺中可回收金属化合物的种类设问，综合这些信息并在观察流程图可做出初步判断并得出如下结论：本题的主题是以 LiCoO3和 Al 为原料，制取并提纯 Al(OH)3、Li2SO4和 CoCO3的过程。就此将流程图自“拆解”后分为三个“亚”流程。每个“亚”流程均包含从“核心反应”经“分离提纯”到“目标产物”的合成全过程。解题时可将流程图分解为包含“原料预处理”在内的四个模块（或四个“亚”流程） ，使复杂流程图通过拆解得以简化为简单问题，再各个击破。分述如下：1. 原料预处理废旧 锂
