命制高中化學(xué)工藝流程原創(chuàng)題的實踐與思考

浙江 馬玲青

工藝流程題是歷年全國卷中的常見題型，該題型以真實的工藝流程為素材，緊密聯(lián)系工業(yè)生產(chǎn)和生活實際，創(chuàng)設(shè)陌生的問題情境，考查學(xué)生從陌生情境中識別信息、提取信息并解決問題的能力，試題綜合性強(qiáng)，對學(xué)生能力要求高，能夠很好地把化學(xué)素養(yǎng)高的學(xué)生選拔出來。

一、高考中工藝流程題命題特點分析

工藝流程題中涉及的工藝一般有三階段：原料預(yù)處理階段、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與分離階段、目標(biāo)產(chǎn)物生成階段?？疾閮?nèi)容包含了核心知識、必備技能、核心觀念、信息素養(yǎng)四個維度，核心知識包括物質(zhì)的性質(zhì)、反應(yīng)原理、實驗原理；必備技能包括工藝條件的控制、新情境下化學(xué)方程式的書寫；核心觀念包括微粒觀、守恒觀、系統(tǒng)觀；信息素養(yǎng)包括信息提取和信息輸出?？疾榻嵌扔蟹匠淌?、反應(yīng)試劑選擇、工藝條件選擇、分離提純、定量計算、綠色化學(xué)理念等。

筆者對近3年全國卷進(jìn)行了研究，如表1所示。工藝流程題均以真實的工藝生產(chǎn)流程為命題素材，且以制備型流程為主。題型分值方面，雖然小題數(shù)各不相同，但一般有7～8空，以每空2分為主。近幾年的工藝流程題更加關(guān)注讀圖識表的能力，除流程圖外，在試題中會新增圖表提供信息，這種呈現(xiàn)方式也更加接近真實的生產(chǎn)和研究。

表1 近3年全國卷工藝流程題命題特點分析

二、原創(chuàng)試題呈現(xiàn)

1.試題

近年來隨著新能源汽車等行業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了大量的廢舊三元鋰電池，其正極材料主要含鎳、鈷、錳等元素，鈷資源逐年枯竭，鋰、鎳、鈷、錳等金屬的回收成為緊迫問題，對正極材料[LiNi(1-x-y)CoxMnyO2]中各金屬進(jìn)行回收處理的工藝如圖所示：

已知：

①共沉淀制備正極材料前驅(qū)體發(fā)生的反應(yīng)：

回答下列問題：

(1)將正極片預(yù)處理得到粉料的目的是________________________；沉淀完成后得到終端產(chǎn)品1 Li2CO3的操作是________________。

(2)在除雜階段，加入碳酸氫銨溶液除去溶液中的Al3+，其離子方程式為____________________。

(3)寫出正極材料前驅(qū)體在空氣中煅燒得到終端產(chǎn)品2的化學(xué)方程式：____________________。

(4)硫酸濃度對金屬浸出率的影響如圖所示，則酸浸還原時，最佳的硫酸濃度為________。

(5)浸出實驗首先在三口燒瓶中加入適量的H2SO4和H2O2，后將準(zhǔn)確稱量5.00 g LiNi(1-x-y)CoxMnyO2粉料(其中鈷元素含量為18.00%)倒入，反應(yīng)后將其過濾后定容得溶液的體積為50.00 mL，采用電感耦合等離子體光譜儀測定浸出濾液中Co2+的濃度為17.28 mg·mL-1，則Co2+的浸出率為________。

2.參考答案與評分標(biāo)準(zhǔn)

(1)①增大接觸面積，提高浸出速率和產(chǎn)率(2分)

②過濾、洗滌、干燥(1分)

(4)1.5 mol·L-1(1分)

(5)96.0%(2分)

三、試題分析

1.試題素材來源

2.試題雙向細(xì)目表

根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》的說明，化學(xué)學(xué)科核心素養(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。學(xué)業(yè)質(zhì)量是學(xué)生在完成本學(xué)科課程學(xué)習(xí)后的學(xué)業(yè)成就表現(xiàn)，其標(biāo)準(zhǔn)是以本學(xué)科核心素養(yǎng)及其表現(xiàn)水平為主要維度，化學(xué)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平劃分為4級。據(jù)此，制定本試題的雙向細(xì)目表如表2所示。

表2 本試題的雙向細(xì)目表

3.命題意圖

2019年諾貝爾化學(xué)獎授予了三位在鋰電池領(lǐng)域做出卓越貢獻(xiàn)的科學(xué)家，加上近些年我國電動汽車行業(yè)的興起，各種新型鋰離子電池被研發(fā)并投入使用，廢舊鋰電池的回收和處理也成了迫在眉睫的問題，因此，試題以社會熱點問題鋰離子電池的回收處理為命題背景，以測試“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)精神與社會責(zé)任”等化學(xué)核心素養(yǎng)為宗旨，綜合考查學(xué)生對工藝流程、實驗原理的理解的同時考查化學(xué)知識、化學(xué)方法。陌生情境下化學(xué)方程式的書寫中在系數(shù)部分加入了字母，使其“更陌生”，從而更好地考查了方程式的書寫。浸出率的計算考查學(xué)生獲取信息解決問題的能力。

4.測評反饋

本試題選擇寧波市一所普通高中的高三學(xué)生進(jìn)行了測試，學(xué)生樣本為121人，測試結(jié)果統(tǒng)計如表3所示。

表3 試題測評結(jié)果統(tǒng)計

本試題的平均得分為4.02，一般測試難度系數(shù)宜在0.3～0.7，本次測評難度系數(shù)為0.40，較合適；標(biāo)準(zhǔn)差為1.85，標(biāo)準(zhǔn)差是描述樣本的離散程度，標(biāo)準(zhǔn)差越大，表明數(shù)據(jù)越離散，更能測量出學(xué)生的學(xué)業(yè)水平。從各個小題來看，難度系數(shù)大約呈正態(tài)分布，難中易的題都有分布。從各小題的得分情況看，第3小題得分較低，說明陌生情境下氧化還原方程式的書寫仍是難點，第5小題主要考查學(xué)生在陌生情境下提取信息、運(yùn)用信息進(jìn)行計算的能力，該題得分也較低，陌生情境更好地測試了學(xué)生處理信息、解決問題的能力。

四、教學(xué)啟示

從學(xué)生的測評情況來看，主要存在以下問題：首先，學(xué)生審題不仔細(xì)，思維不夠嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致了失分；其次，學(xué)生受到了陌生情境以及化學(xué)式中字母的干擾，對自己氧化還原方程式書寫的不自信，很多學(xué)生沒有完成方程式的書寫；而且，學(xué)生答題不全面，文字表達(dá)能力欠缺，導(dǎo)致“漏分”情況嚴(yán)重。因此，在教學(xué)及復(fù)習(xí)時應(yīng)注意以下幾點：

1.建構(gòu)模型，理清流程

一般制備類的工藝流程包含原料預(yù)處理、產(chǎn)品制備、分離提純，對該流程進(jìn)行模型建構(gòu)，初步理清各個模塊的工藝要求及其功能。在預(yù)處理階段常見的關(guān)鍵詞為浸取或酸浸、中和、氧化、還原等，分離提純階段常見的關(guān)鍵詞有過濾、除雜、漂洗、蒸發(fā)、加熱濃縮、結(jié)晶、干燥等。原料用量配比、壓強(qiáng)、溫度等條件控制的主要目的是提高原料的轉(zhuǎn)化率或者是反應(yīng)速率。通過這樣的拆解及整合，能快速提高識題解題能力。

2.分類整理，強(qiáng)化專項

工藝流程題是以真實的工業(yè)生產(chǎn)流程為背景，離學(xué)生生活較遠(yuǎn)，陌生感強(qiáng)，同時因題干中出現(xiàn)較多專業(yè)術(shù)語而更顯陌生，很多學(xué)生未做題而先恐懼。因此，平時應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分類整理，比如可以進(jìn)行以下分類：實驗操作試題、分離提純、實驗原理試題、工藝流程分析、方程式書寫、計算、綠色化學(xué)等，按不同類別試題歸納解題策略，專項強(qiáng)化后可降低陌生感，提高做題信心。另外，試題萬變不離其宗，只有夯實基礎(chǔ)，才能提高解題效率。

3.跳脫題海，編題教學(xué)