基于“分析与推测”能力的工艺流程题解析——以简易流程在选择题中的命题设计为例

>>>王志庚 李子春

工艺流程题是近几年化学高考的热点，该题型通过创设生产生活情境或学术探索情境，综合考查考生的“分析与推测”能力。试题以选择题形式呈现，凸显综合性与应用性，深度考查考生的化学学科素养。多维度的“物质分析”是突破工艺流程选择题的关键。

一、考查的内容分析

工艺流程题是对元素化合物知识的深入考查和综合测评，命题设计侧重知识的综合性与应用性。下表为2021 年6 月选择性考试卷与2021 年1 月适应性考试卷考查内容的对比分析。

年份 试卷 题号 情境创设与考点分析河北卷 6情境创设：利用金属Bi制备BiOCl的工艺流程考点设计：试剂作用与物质转化分析2021年6月试题山东卷 8情境创设：以SO2和纯碱为原料制备无水NaHSO3的流程考点设计：溶液成分分析与条件分析湖南卷 6情境创设：制备无水氯化镁的工艺流程考点设计：试剂分析与物质转化分析

河北卷 8情境创设：由叔丁醇与浓盐酸反应制备2-甲基-2-氯丙烷考点设计：反应类型分析与操作分析湖南卷 13情境创设：冶金工艺产生的废渣制备K2Cr2O7考点设计：滤渣成分分析与物质转化分析2021年1月试题重庆卷 12情境创设：用NaHSO3还原法制备保险粉考点设计：试剂作用、物质转化分析及条件分析辽宁卷 12情境创设：用TiCl4水解法制备纳米TiO2考点设计：操作分析与物质转化分析江苏卷 8情境创设：制铝工艺废渣制取聚合硫酸铁铝净水剂考点设计：物质转化分析与条件分析

二、考查视角与策略分析

1.物质转化的“反应”分析

工艺流程题以制备物质或分离物质为主要考查方向，流程依据物质转化来实现，转化的目的可以是生成产品，也可以是生成杂质并除去。命题视角是考查核心反应的书写，命题能力要求是确定物质、洞悉变化、书写反应。考向设计是复分解反应方程式书写或氧化还原反应方程式书写。物质变化分析的难度呈现一定梯度，如反应类型由复分解到氧化还原反应，物质变化从形式上可以给出全部流入流出物质，若要提升难度可以略去部分物质，让考生推测物质变化过程。

例1.BiOCl是一种具有珍珠光泽的材料，利用金属Bi制备BiOCl的工艺流程如图：

下列说法错误的是

A.酸浸工序中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度

B.转化工序中加入稀HCl可抑制生成BiONO3

C.水解工序中加入少量CH3COONa(s)可提高Bi3+水解程度

D.水解工序中加入少量NH4NO3(s)有利于BiOCl的生成

例2.以某冶金工艺产生的废渣(含Cr2O3、SiO2及少量的Al2O3)为原料，根据下列流程可制备K2Cr2O7。

下列说法正确的是

A.煅烧时没有发生氧化还原反应

B.滤渣Ⅱ中主要成分是Al(OH)3

C.可循环使用的物质是CO2和Na2CO3

D.由Na2CrO4转化为K2Cr2O7的过程中需加入KOH

【解析】选项A 考查考生的分析与推测能力。第一步中的“加入物质”给出了Na2CO3和O2，“流出物质”给出了CO2气体，缺少部分生成物，需要考生瞻前顾后进行整体分析。从元素化合价变化判断：由于物质操作流程“冷却、水浸、过滤和调pH”均无元素化合价改变，而过滤后得到Na2CrO4和Na2CO3溶液，即可确定Na2CrO4由Cr2O3经氧化还原反应转化得来。选项A 错误。这样的问题创设要求考生具有整体思维与局部思维相结合的思想。

【解题策略】小流程物质转化的反应分析可以分三步思考：首先分析流入、加入和流出的物质，瞻前顾后，确定反应物与生成物；再进行物质变化过程中的元素化合价分析，判断反应类型；最后结合溶液环境是酸性、碱性，还是中性，来确定书写化学反应用语时补加的物质。

快速书写（或判断）工艺流程题中信息型离子方程式可按如下思维模式：

复分解型离子方程式书写

氧化还原型离子方程式书写

2 .物质转化的“成分”分析

物质发生转化进行分离一般会出现“液”与“渣”的成分辨析。工艺流程题的命题，不论是制备流程还是提纯流程都会不断除去杂质成分，考查考生由矿料到产品基于元素守恒观念确认舍弃“渣”还是“液”。在命题设计时可以从多角度考查物质变化后“液”与“渣”的成分。

例3.由制铝工艺废渣(主要含Fe、Ca、Si、Al等的氧化物)制取聚合硫酸铁铝净水剂的流程如下：

下列有关说法不正确的是

C. 滤液中主要存在的阳离子有：H+、Fe2+、Ca2+、Al3+

【解析】该问题视角是辨析“液”，情境创设的本质是预处理“浸取”操作发生化学反应的分析，铝工艺废渣的主要成分是Fe、Ca、Si、Al 等的氧化物，加入稀H2SO4后，除SiO2外其他氧化物溶解，但溶解后的铁元素通过加入H2O2溶液一定以Fe3+存在。这样的问题设计既有反应原理考查又有操作考查，核心反应是Fe2+与Fe3+的转化，命题维度是借助于试题情境辨析“渣”与“液”的成分。

例4.试题见例2。

【解析】选项B 的问题视角是辨析“渣”，确定滤渣Ⅱ中的成分，从命题设计角度看有非常高的综合性，思维视角要从分析第一步废渣处理发生的化学反应开始，加入Na2CO3和O2，生成CO2气体，缺少的部分生成物需要考生进行整体分析，依据流程“冷却、水浸、过滤和调pH”得到滤渣Ⅱ和Na2CrO4与Na2CO3溶液进行判断，Cr2O3发生了氧化还原反应生成Na2CrO4，而SiO2与Al2O3也分别与Na2CO3反应生成Na2SiO3和NaAlO2，所以通入CO2调pH 时Na2SiO3和NaAlO2与CO2反应，滤渣Ⅱ成分为Al(OH)3和H2SiO3沉淀。

【解题策略】“液”与“渣”的成分辨析是必备知识和关键能力的综合考查。策略是利用整体思维找到反应原理，即物质生成的化学反应，再依据分离操作的目的确定“液”与“渣”的成分。

“滤渣”判断的具体思维方法

“滤液”判断的具体思维方法

3.物质转化的“理论”分析

简易流程题在命题设计时也会在反应原理上设置障碍，考查考生化学反应原理知识的应用。可以对溶解平衡、电离平衡、水解平衡和络合平衡等理论的应用进行关键能力考查。

例5.实验室用TiCl4水解法制备纳米TiO2的简易流程如下，下列说法错误的是

B. 氨水的作用可用勒夏特列原理解释

【解题策略】物质转化的理论分析首要任务是先发现平衡体系，然后才能用“理”分析，“理”就是基于平衡存在的事实，利用化学平衡移动原理解决问题，思维的切入点是影响平衡移动的因素：浓度、酸碱度、温度或溶解度等。

4.物质转化的“经济”分析

工艺流程试题以工艺生产的真实情境为载体，工艺生产讲究效益最大化，因此，命题设计时经常考查原料利用的经济效益，考查节约成本，提能增效，提高产率。

例7.（节选）（2020年山东省学业水平等级考试卷，9题）以菱镁矿（主要成分为MgCO3，含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3）为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下：

已知浸出时产生的废渣中有SO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是

C.流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl

例8.试题见例2。

【解析】选项C 命题设计比较直观，流程中“废渣”加入Na2CO3和O2处理有CO2生成，后面“滤液I”通入CO2调pH，推测CO2可再次利用，反应后过滤的滤液有Na2CO3，流程“废渣”加入Na2CO3，说明也可利用，情境创设直观容易上手。

【解题策略】简易流程转化后，物质是否可以从经济学角度再次循环利用，只需分析物质变化，关注加入和流入物质与生成物质有无重合。抓住主干变化、主线主产品、支线副产品，循环利用。

5.物质转化的“操作”分析

简易流程题的命题设计中还有一个核心考点是物质分离操作，分析操作的注意事项与目的，近几年经常考查。突破的关键是掌握“过滤、萃取分液、蒸馏与蒸发结晶”等基本操作的规范性与应用性。

例9.（2020年山东省学业水平等级考试卷，8题）实验室分离Fe3+和Al3+的流程如下：

已知Fe3+在浓盐酸中生成黄色配离子[FeCl4]-，该配离子在乙醚（Et2O，沸点34.6℃）中生成缔合物Et2O·H+·[FeCl4]-。下列说法错误的是

A.萃取振荡时，分液漏斗下口应倾斜向下

B.分液时，应先将下层液体由分液漏斗下口放出

C.分液后水相为无色，说明已达到分离目的

D.蒸馏时选用直形冷凝管

【解析】该题考查考生仪器使用与操作，难点是理解萃取与反萃取操作、明确分离的目的。萃取时分液漏斗要倾斜向上，方便振荡时放气，振荡完成后静置一段时间，将下层液体放出，上层液体从上口倒出，所以A 的表述是错误的；用乙醚做萃取剂，分液时Fe3+以缔合物的形式存在于在乙醚中，水层无色达到分离目的；蒸馏操作分离出乙醚，选用直形冷凝管倾斜安装是对的。

【解题策略】这类问题主要考查基本实验操作，所以构建知识网络有利于解题，重点关注“过滤、萃取分液、蒸馏与蒸发结晶”操作的实验装置及注意事项：

操作 适用范围 装置过滤 固相与液相的分离方法images/BZ_23_874_495_1075_821.png萃取分液利用物质性质由一个液相转移到另一个液相的分离方法。萃取的作用: 从矿石的浸出液中，提取和富集有价金属; 分离化学性质相近的金属离子。被萃取物萃入有机相后，一般需要使其重新返回水相，此时把负载有机相与反萃剂( 一般为无机酸或碱的水溶液，也可以是纯水) 接触，使被萃取物转入水相，这一过程相当于萃取的逆过程，称为反萃取。images/BZ_23_876_990_1072_1396.png蒸馏 利用沸点差异液液分离images/BZ_23_835_1633_1119_1885.png蒸发浓缩降温结晶提取溶解度随温度变化较大的物质、易水解的物质或结晶水化合物images/BZ_23_850_2037_1093_2329.png

选择题中简易流程的命题虽没有二卷流程命题的综合性，但命题角度都有一定的创新性。教学中应注重对学生“分析与推测”能力的培养，引导学生进行恰当的“物质”分析，此类试题就可迎刃而解。