命制高中化学工艺流程原创题的实践与思考

浙江 马玲青

工艺流程题是历年全国卷中的常见题型，该题型以真实的工艺流程为素材，紧密联系工业生产和生活实际，创设陌生的问题情境，考查学生从陌生情境中识别信息、提取信息并解决问题的能力，试题综合性强，对学生能力要求高，能够很好地把化学素养高的学生选拔出来。

一、高考中工艺流程题命题特点分析

工艺流程题中涉及的工艺一般有三阶段：原料预处理阶段、物质的转化与分离阶段、目标产物生成阶段。考查内容包含了核心知识、必备技能、核心观念、信息素养四个维度，核心知识包括物质的性质、反应原理、实验原理；必备技能包括工艺条件的控制、新情境下化学方程式的书写；核心观念包括微粒观、守恒观、系统观；信息素养包括信息提取和信息输出。考查角度有方程式、反应试剂选择、工艺条件选择、分离提纯、定量计算、绿色化学理念等。

笔者对近3年全国卷进行了研究，如表1所示。工艺流程题均以真实的工艺生产流程为命题素材，且以制备型流程为主。题型分值方面，虽然小题数各不相同，但一般有7～8空，以每空2分为主。近几年的工艺流程题更加关注读图识表的能力，除流程图外，在试题中会新增图表提供信息，这种呈现方式也更加接近真实的生产和研究。

表1 近3年全国卷工艺流程题命题特点分析

二、原创试题呈现

1.试题

近年来随着新能源汽车等行业的不断发展，产生了大量的废旧三元锂电池，其正极材料主要含镍、钴、锰等元素，钴资源逐年枯竭，锂、镍、钴、锰等金属的回收成为紧迫问题，对正极材料[LiNi(1-x-y)CoxMnyO2]中各金属进行回收处理的工艺如图所示：

已知：

①共沉淀制备正极材料前驱体发生的反应：

回答下列问题：

(1)将正极片预处理得到粉料的目的是________________________；沉淀完成后得到终端产品1 Li2CO3的操作是________________。

(2)在除杂阶段，加入碳酸氢铵溶液除去溶液中的Al3+，其离子方程式为____________________。

(3)写出正极材料前驱体在空气中煅烧得到终端产品2的化学方程式：____________________。

(4)硫酸浓度对金属浸出率的影响如图所示，则酸浸还原时，最佳的硫酸浓度为________。

(5)浸出实验首先在三口烧瓶中加入适量的H2SO4和H2O2，后将准确称量5.00 g LiNi(1-x-y)CoxMnyO2粉料(其中钴元素含量为18.00%)倒入，反应后将其过滤后定容得溶液的体积为50.00 mL，采用电感耦合等离子体光谱仪测定浸出滤液中Co2+的浓度为17.28 mg·mL-1，则Co2+的浸出率为________。

2.参考答案与评分标准

(1)①增大接触面积，提高浸出速率和产率(2分)

②过滤、洗涤、干燥(1分)

(4)1.5 mol·L-1(1分)

(5)96.0%(2分)

三、试题分析

1.试题素材来源

2.试题双向细目表

根据《普通高中化学课程标准(2017年版)》的说明，化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个方面。学业质量是学生在完成本学科课程学习后的学业成就表现，其标准是以本学科核心素养及其表现水平为主要维度，化学学业质量水平划分为4级。据此，制定本试题的双向细目表如表2所示。

表2 本试题的双向细目表

3.命题意图

2019年诺贝尔化学奖授予了三位在锂电池领域做出卓越贡献的科学家，加上近些年我国电动汽车行业的兴起，各种新型锂离子电池被研发并投入使用，废旧锂电池的回收和处理也成了迫在眉睫的问题，因此，试题以社会热点问题锂离子电池的回收处理为命题背景，以测试“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学精神与社会责任”等化学核心素养为宗旨，综合考查学生对工艺流程、实验原理的理解的同时考查化学知识、化学方法。陌生情境下化学方程式的书写中在系数部分加入了字母，使其“更陌生”，从而更好地考查了方程式的书写。浸出率的计算考查学生获取信息解决问题的能力。

4.测评反馈

本试题选择宁波市一所普通高中的高三学生进行了测试，学生样本为121人，测试结果统计如表3所示。

表3 试题测评结果统计

本试题的平均得分为4.02，一般测试难度系数宜在0.3～0.7，本次测评难度系数为0.40，较合适；标准差为1.85，标准差是描述样本的离散程度，标准差越大，表明数据越离散，更能测量出学生的学业水平。从各个小题来看，难度系数大约呈正态分布，难中易的题都有分布。从各小题的得分情况看，第3小题得分较低，说明陌生情境下氧化还原方程式的书写仍是难点，第5小题主要考查学生在陌生情境下提取信息、运用信息进行计算的能力，该题得分也较低，陌生情境更好地测试了学生处理信息、解决问题的能力。

四、教学启示

从学生的测评情况来看，主要存在以下问题：首先，学生审题不仔细，思维不够严谨，导致了失分；其次，学生受到了陌生情境以及化学式中字母的干扰，对自己氧化还原方程式书写的不自信，很多学生没有完成方程式的书写；而且，学生答题不全面，文字表达能力欠缺，导致“漏分”情况严重。因此，在教学及复习时应注意以下几点：

1.建构模型，理清流程

一般制备类的工艺流程包含原料预处理、产品制备、分离提纯，对该流程进行模型建构，初步理清各个模块的工艺要求及其功能。在预处理阶段常见的关键词为浸取或酸浸、中和、氧化、还原等，分离提纯阶段常见的关键词有过滤、除杂、漂洗、蒸发、加热浓缩、结晶、干燥等。原料用量配比、压强、温度等条件控制的主要目的是提高原料的转化率或者是反应速率。通过这样的拆解及整合，能快速提高识题解题能力。

2.分类整理，强化专项

工艺流程题是以真实的工业生产流程为背景，离学生生活较远，陌生感强，同时因题干中出现较多专业术语而更显陌生，很多学生未做题而先恐惧。因此，平时应引导学生进行分类整理，比如可以进行以下分类：实验操作试题、分离提纯、实验原理试题、工艺流程分析、方程式书写、计算、绿色化学等，按不同类别试题归纳解题策略，专项强化后可降低陌生感，提高做题信心。另外，试题万变不离其宗，只有夯实基础，才能提高解题效率。

3.跳脱题海，编题教学