注重试题情境 突破陌生反应 体现核心素养——以氟碳铈矿制备氧化铈工艺流程题命制为例

江西 张万程

化学工艺流程题是历年高考中的一种常见题型，试题以真实的工业生产情境为载体，创设陌生的问题情境，考查考生识别流程图提取信息、处理信息、应用信息的能力，试题信息量多、难度大、综合性强，对考生要求高，充分体现高考试题服务选才的核心功能。笔者对近三年全国卷的工艺流程题进行深入的分析，总结该类题型的答题规律，并依据素材进行了原创试题的命制，以期对2022届高考师生有所帮助。

一、近三年全国卷工艺流程命题特点

表1 近三年全国卷工艺流程命题特点

在近三年全国卷区的工艺流程题中所考查的知识点主要为化学(离子)方程式的书写(16个方程式)、“滤渣”或“滤液”成分的分析(6次)、根据Ksp计算调节溶液pH使金属离子沉淀或计算离子浓度(4次)、循环使用物质的分析或返回工序的选择(4次)、操作及其他原因的分析等。其中化学(离子)方程式的书写及流程的分析(成分的分析)是重点，同时也是此类题型的难点。

二、近三年全国卷工艺流程涉及化学(离子)方程式总结

表2 近三年全国卷工艺流程中的化学(离子)方程式

从分析中可看出，在工艺流程试题中，所考查的化学反应一定是氧化还原反应(或电极反应)、复分解反应、盐类水解反应中的一个类型。在复习过程中，教师需引导学生回归课本掌握基本元素及其化合物的性质，熟悉化学(离子)方程式的书写，对于氧化还原反应方程式，学生需掌握氧化还原反应的基本概念及规律，结合得失电子守恒法来书写化学(离子)方程式。

三、基于陌生反应的工艺流程原创试题

(一)原创试题呈现

氧化铈(CeO2)是一种应用非常广泛的稀土氧化物。现以氟碳铈矿(含CeFCO3、BaO、SiO2等)为原料制备氧化铈，其工艺流程如图1所示：

图1

已知：

③Ce3+在空气中易被氧化为Ce4+。

回答下列问题：

(1)焙烧时，为了提高焙烧效率，可采取的措施有________________________(任写一条)。

(2)CeFCO3中Ce元素的化合价为________，滤渣A的主要成分是________。

(3)焙烧后加入稀硫酸浸出，Ce的浸出率和稀硫酸浓度、温度有关，其关系如图2所示，应选择的适宜的条件为________，硫酸浓度过大时，浸出率降低的原因是。

图2

(5)步骤③加入盐酸后，通常还需加入H2O2，其主要目的为。

(6)步骤④的离子方程式为。

【参考答案】

(1)粉碎氟碳铈矿以增大接触面积或延长焙烧时间

(2)+3 BaSO4、SiO2

(5)防止Ce3+被氧化

(7)88.15%

【图文解析】

(1)剥离流程进行分析：

图3

(2)陌生方程式突破方法：

(二)原创试题分析

1.素材来源及命题思路

2.试题细目表

根据《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》，化学试题命制时应以核心素养为测试宗旨、以真实情境为测试载体、以实际问题为测试任务、以化学知识为解决问题的工具。测试宗旨主要体现化学学科的核心素养，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，每个方面上均有4个水平划分，不同的水平之间相互关联，且层层递进。结合本文原创试题指定试题细目表如表3所示。

表3 本文试题细目表

3.试题点评

稀土在电子材料、磁体、荧光粉、玻璃、冶金、陶瓷、催化剂等方面的作用越来越重要，几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。中国稀土资源分布广，北方多为轻稀土资源，如氟碳铈矿；南方多为中重稀土资源，如离子型稀土矿。试题以氟碳铈矿为原料制备氧化铈为情境载体，在考查学生化学知识的同时，增强学生的科技成就感和民族自豪感，厚植学生的爱国主义情怀，激发学生的责任感和使命感。

(1)测试宗旨(核心素养)

本文试题测试宗旨主要是“证据推理与模型认知”“变化观念与平衡思想”的化学学科核心素养，要求学生能分析工艺流程、提取有效的信息并进行处理、解决工艺流程中的实际问题、形成良好的思维体系、能结合宏观与微观两个层面去解决问题、具备一定的数据处理能力。

(2)测试载体(真实情境)

本文试题以氟碳铈矿为原料制备氧化铈为情境载体，结合高中化学实际，围绕工艺流程图及真实生产情境，创设真实的设问，设计出试题的测试任务。

(3)测试任务(实际问题)

根据测试宗旨设计了7个问题，涉及化学反应速率的调控、物质中化合价的判断、流程中滤渣成分的分析、最佳工艺生产条件的选择及原因的分析、陌生情境下离子方程式的书写、所加入物质的目的分析、滴定原理及其计算等，要求学生读懂工艺流程图，深刻了解陌生情境并结合陌生情境，运用所学化学知识解答问题。

(4)解决问题的工具(化学知识)

解决本文试题所需的化学知识与能力包括：对工艺流程、实验原理、化学原理的理解，对陌生情境离子方程式的书写所需要的推理能力，化学计算。

四、构建模型，突破工艺流程

图4 工艺流程题解题模型与常考知识点及学科核心素养的关系

五、教学启示

化学工艺流程的试题要求学生具有一定的推理能力，既要有演绎推理能力，又要有归纳推理能力，学生需具备扎实的基础化学知识，且要有深刻的理解，而不仅仅是对知识的简单的记忆。在化学工艺流程专题的复习过程中，学生应特别注意以下几点：

1.理清工艺流程，找准两条线路，产品线和杂质线。在流程图中，核心元素指向产品，在流程中不损失或可直接忽略其损失，在流程图中途出来的一定是杂质、副产品或循环利用的物质；

2.认清核心元素的三个变化，状态变化(固态变为溶液、液态变为沉淀、沉淀变为气态等)、物质变化(化合物变为单质、有机溶剂的萃取和反萃取、转化为配合物等)、化合价变化(核心元素在被氧化或被还原后化合价的升降)；

3.明确工艺流程中的三种反应，氧化还原反应(此类反应最为常见，原料预处理及核心反应中经常涉及)、复分解反应(如沉淀反应)、盐类水解反应(如金属阳离子的水解)。在书写此类反应方程式时，结合流程中流入和流出的物质、反应体系的环境、守恒关系等进行综合突破。