例談化學工藝流程題中信息的存在形式與發掘運用

潘賢凱

摘 要：化學工藝流程題對學生信息素養能力要求高，以高考典型例題分析工藝流程題的結構特點及信息呈現特點，介紹流程題中發現信息的辦法。

關鍵詞：高三復習；工藝流程題；信息素養

《普通高中化學課程標準》指出：學生在學習化學時，要“學會運用多種手段獲取信息，并運用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進行加工” [1 ]。化學工藝流程題取材于真實的工業生產，能體現化學學科的運用價值，能夠考查學生的多種化學素養和能力，尤其是對學生信息素養能力的考查，因此“工業生產流程題更能適應課程改革的要求，是今后高考化學試卷中的無機及相關反應原理等知識內容考查的主流試題形式” [2 ]。學生要順利地解決好工藝流程題，需要熟知工藝流程題的基本結構，對流程題中給出的各種信息進行挖掘、篩選、整合，結合中學化學的基礎知識和基本技能對流程題中的問題進行解答，因此，能否準確地對信息進行提取和運用是做好工藝流程題的關鍵。

1 工藝流程題的基本結構

國家考試中心單旭峰老師認為：工藝流程題的背景材料選擇、試題內容設計及能力考查基本設計思路如圖1所示 [3 ]。

分析這幾年高考有關工藝流程題的試題特點，可以看出，一道完整的工藝流程題一般分為題干、流程圖及問題設計。題干一般為簡單介紹工藝的原料和生產的目的，流程圖則包括了從原料的處理到到產品制造的中間步驟，如涉及到的各種反應及條件的控制，物質的循環使用等。

在問題設計環節中，根據化學工藝流程題本身的特點，將需要考查學生的各種能力及化學知識，設計成多種靈活的問題。通過對流程題中問題的解答，可以考查學生的化學素養，尤其是學生的信息素養。

例1 （2016全國新課標Ⅰ卷28題）NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑，也常用來漂白織物等，其一種生產工藝如圖2所示。

回答下列問題：

（1）NaClO2中Cl的化合價為 。

（2）寫出“反應”步驟中生成ClO2的化學方程式 。

（3）“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成，精制時，為除去Mg2+和Ca2+，要加入的試劑分別為 、 。“電解”中陰極反應的主要產物是 。

（4）“尾氣吸收”是吸收“電解”過程排出的少量ClO2。此吸收反應中，氧化劑與還原劑的物質的量之比為 ，該反應中氧化產物是 。

（5）“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力，其定義是：每克含氯消毒劑的氧化能力相當于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為 。（計算結果保留兩位小數）

例1是以NaClO2的制造為背景的工藝流程題，看似簡單的問題設計，卻考查了學生的元素化合物的知識、陌生情形下化學方程式的書寫，電化學及工藝流程中的綠色化學思想等，學生做題時若沒有對本題的重要信息進行提取和運用，要順利完成問題的回答是困難的。

2 工藝流程題信息的展現類型

2.1 以文字形式展現

以文字敘述的形式直接給出回答問題所需的信息，這樣的信息可以在題干出現也可以在流程圖中出現。在例1的（4）中，出題者為避免學生的誤解，對尾氣吸收的成分直接進行了說明。在（5）中，出題者同樣以文字對所謂的有效氯進行了說明，學生可以依題中的有效氯的定義對（5）問進行求解。

2.2 以化學符號的形式展現

化學符號可以是化學式，也可以是化學方程式。例1中化學式“NaClO2”的給出，學生依據高中化學的知識即可正確回答（1）問，但要準確回答出（2）問，學生還要對化學符號“NaClO3、SO2、ClO2、NaHSO4”所隱藏的信息進行分析，進而得出答案。在例1的（2）問中，可以看到化學符號實際上蘊藏著豐富的信息，學生依化學符號，可以得出元素的化合價及實現物質之間相互轉化的辦法等重要信息。

2.3 以圖表的形式展現

化學工藝流程題中，本身的流程圖中即蘊藏著豐富的信息，學生在分析流程圖中物質的變化、用到的操作方法、各步反應需要的條件等信息，結合已掌握的化學知識，即可回答相關設問，除工藝流程圖外，另一圖表形式通常以坐標圖或數據表等形式出現。

例2 （2016北京理綜27題）以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4為原料，制備高純PbO，實現鉛的再生利用，其工作流程如圖3所示。

（1）過程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反應生成PbSO4的化學方程式是 。

（2）過程Ⅰ中，Fe2+催化過程可表示為：

i：2Fe2++ PbO2+4H++SO42- 2Fe3++PbSO4+2H2O

ii： ……

①寫出ii的離子方程式： 。

②下列實驗方案可證實上述催化過程。將實驗方案補充完整。

a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無色，再加入少量PbO2，溶液變紅。

b. 。

（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO（s）+ NaOH（aq） NaHPbO2（aq），其溶解度曲線如圖4所示。

①過程Ⅱ的目的是脫硫。濾液1經處理后可在過程Ⅱ中重復使用，其目的是 （選填序號）。

A.減少PbO的損失，提高產品的產率

B.重復利用NaOH，提高原料的利用率

C.增加Na2SO4濃度，提高脫硫效率

②過程Ⅲ的目的是提純。結合上述溶解度曲線，簡述過程Ⅲ的操作： 。

本題的（3）中，即將信息隱藏在坐標圖中，分析圖4坐標曲線，可以發現，隨著溫度的升高，PbO溶解度隨著增大，學生要正確解讀出兩條曲線變化趨勢與橫縱坐標數值之間所傳遞的信息，以及這種信息與問題之間的關聯，從而得出正確的解答。

3 對工藝流程題信息屬性的分析

3.1 顯性信息的呈現

這類信息以很直白的方式，直接給出問題所需信息。此類信息不需要復雜的推理即可完成問題的回答。

如例1（1），學生可以根據題中給出的化學式結合中學基本的化學知識即可得出結果；例2（4），題中已經給出了Fe2+催化的其中一項反應，學生可以根據催化劑在中學化學的定義得出對應的結果。

3.2 隱性信息的呈現

需要學生根據所學化學知識，通過分析、推理，類比等思維方法才能發現的信息。此類型的信息極能夠考查學生獲取信息及整合信息解決化學問題的能力。

以例1（2）為例，要寫出此步驟中所發生的反應方程式，學生需要在流程圖中找到生成ClO2的框圖，可以發現，加入的是H2SO4、SO2和NaClO3，分析流程圖，其中的產物除了ClO2外，NaHSO4也應是產物之一。從反應物到生成物之間的元素組成上看，還涉及到了化合價的改變，挖掘出這兩部分的信息，才可寫出發生的反應方程式。對例2（2）問的解答，可以在題干中對隱藏的信息進行解讀： Fe2+起到了催化作用，作為催化劑，中學定義為“改變化學反應速率的同時，本身的質量和化學性質在化學反應前后沒有變化” [3 ]，Fe2+轉化為Fe3+后，在后續反應中，就應該恢復為Fe2+，但不影響反應的產物，因此，為恢復成Fe2+，就只能是往溶液中加入Pb，進而完成（2）問中的解答。

3.3 干擾性信息的呈現

在工藝流程題中，有一類信息的存在，起到了干擾學生解題作用，這類信息，可以稱之為干擾性信息。干擾性信息可能是冗長的流程圖，也可能是高度陌生的化學情境，或是有多種性質的化學物質及定勢思維的干擾等。

例1（4）問尾氣吸收中，對氧化劑及還原劑的判斷，不少學生會習慣性的認為H2O2是氧化劑，但在本題中應分析流程中各物質所含的元素化合價的變化，尤其是氯元素的化合價，就會發現，H2O2在反應中是還原劑而非氧化劑。

4 培養學生發掘流程題信息的建議

4.1 通讀全題，帶著問題尋找信息

流程題中信息的發現，首先要根據工藝流程題的結構特點通讀全題，明確流程的目的，依據問題設計對文字及圖表進行篩選，甄別、整合，從而發現有用信息，挖掘隱蔽信息，排除干擾信息，完成問題作答。

4.2 關注流程，在各步流程中提煉信息

在流程圖中涉及到了物質間的反應，除雜試劑的選擇，產品的分離及提純，反應條件的控制等，在閱讀流程圖中，留意這些信息，可在隨后的解題中得到運用。例2的（3）中，可以注意到流程圖中說明過程Ⅱ的目的是脫硫，分析流程圖中的信息，所謂脫硫，應是將PbSO4轉化為PbO的過程。在這一過程中，由于可逆反應的存在，部分的鉛會以NaHPbO2形式存在，提煉這些信息，即可順利解決（3）問中①的解答。

4.3 研讀圖表，在數據中發現信息

對于坐標圖或數據表，學生可以分析坐標曲線圖或數據表的內容，找出圖表中數據與圖形之間的關系及這種關系與題干之間的關聯信息，從而達到對此類信息準確分析的效果。例2中的坐標顯示，PbO在110℃35% NaOH溶液中的溶解度較大，根據這一信息，可以將粗PbO溶液溶解在35% NaOH溶液中，加熱到110℃左右，充分溶解后，趁熱過濾，冷卻結晶，得到相對純凈的PbO固體。

無論工藝流程題的背景怎樣的陌生，信息呈現多么隱蔽，背后考查的內容還是中學核心化學知識，如物質的重要化學性質或物理性質，平衡移動的原理，鹽類的水解、物質的分離及提純，綠色化學的觀點及基本的實驗操作等。因此，在高三復習中，仍要落實好學生的雙基，重視化學實驗基本操作的訓練，由此養成學生對信息的敏感性，提高對化學工藝流程題的解題能力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]單旭峰. 基于課程標準的高考化學改革分析與思考[J].化學教育，2014（5）：37.

[3]義務教育課程標準實驗教科書.化學.上冊[S].北京：人民教育出版社，2010.