化工流程題中的學科核心素養之淺議

張鳳英

摘要：化工流程題完美詮釋了新課程對高中化學知識與工業生產的融合并使化學教育能為工業生產服務的理念。學生在對化工流程題進行解答的時候，其化學核心素養便能完全呈現。

關鍵詞：化工流程題;化學核心素養

近幾年的高考題中，化工流程題以其獨特的價值導向成為高考題中的“后起之秀”。 化工流程題以現代化工生產或模擬化工生產流程，聯系化工生產中的成本、反應條件、產品純度、環境保護問題，考查學生接受整合信息，運用化學原理知識、化學實驗技能等分析解決化工生產中的實際問題的能力。化工流程題可涵蓋所有重要的化學知識與技能，注重綜合考查學生的各種能力，充分體現了化學教育的目的，增強了高考命題中對學生化學核心素養的正確評價，同時促進傳統的“應試教育”向“能力教育” 轉化。

關注“核心素養”的培育是目前世界各國基礎教育理論研究和實踐變革的重大趨勢【1】。我國教育部將“核心素養”定義為：學生應具備的能夠適應終身發展需要的必備品格和關鍵能力【2】。高中學生的化學核心素養可表示為：化學核心素養=化學知識+化學能力+化學方法+化學思維+化學情感。

高考中的化工流程題不僅考查學生對化學知識的掌握，更是考查學生對物質的制備、檢驗、分離及提純等基本實驗原理在化工生產中的實際運用能力。化工流程題完美詮釋了新課程對高中化學知識與工業生產的融合并使化學教育能為工業生產服務的理念。學生在對化工流程題進行解答的時候，其化學核心素養便能完全呈現。

化工流程題既能考查學生的化學核心素養，又對學生的化學核心素養的形成有促進作用，具體可從以下幾方面體現：

一、考查學生的信息獲取整合能力

化工流程題將化工生產流程簡化后用框圖形式表示出來，并根據生產流程中有關的化學知識巧設疑問，與傳統無機框圖題相比更顯獨特新穎，但因其信息量大、情境陌生、選材新穎、綜合性強，常使學生感覺無從下手。

例1：（湖南2017屆高三·十三校聯考第二次理綜考試）氯化亞銅（CuCl）廣泛應用于化工、印染、電鍍等行業。CuCl是難溶于醇和水的白色固體，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化，在堿性條件下CuCl易轉化為Cu2O。以海綿銅（主要成分是Cu和少量CuO）為原料，采用硝酸銨氧化分解技術生產CuCl的工藝過程如下圖1：

（5）準確稱取所制備的氯化亞銅樣品mg，將其溶于某Cl-濃度較大的溶液中，待樣品完全溶解后，配制250ml的溶液，從其中取出25ml溶液，加入適量稀硫酸，用amol/L的K2Cr2O7溶液滴定到終點（假設該過程中失電子的只有Cu元素），消耗K2Cr2O7溶液bml，反應中Cr2O72-被還原為Cr3+，樣品中CuCl的質量分數為 。

（6）電解法也是獲得CuCl的一種重要途徑，現以銅作陽極，石墨作陰極，NaCl溶液為電解質電解，也可以獲得CuCl，寫出陽極反應方程式 。電解一段時間后，溶液中可能產生的現象： 。

此題即為一個典型的化工流程題，而題目所給的信息非常多，學生讀題時應細品，答題時要善于分析其中有用的信息并進行整合。如題目中的原料主要是Cu單質，而最終產物為CuCl，則反應中肯定涉及氧化還原反應，步驟①中酸性條件下硝酸根離子具有氧化性，可氧化海綿銅中的Cu生成Cu2+，過濾后在步驟③中，加入亞硫酸銨及氯化銨，發生氧化還原反應才可生成CuCl;第（3）問的問題則要注意題目提供的CuCl可溶于氯離子濃度較大的體系，同時Cu+易被氧化，鹽酸含有較多的Cl-，硝酸有強氧化性，故采用的酸應為硫酸;問題（4）中用乙醇洗滌產品則要注意題目中提到的CuCl是難溶于醇和水的白色固體且在潮濕空氣中易水解氧化的信息，故利用乙醇揮發的特點可除去產品表面的水分，同時可防止其水解;問題（6）第二問的答案實際也隱藏在題給的信息中，CuCl是難溶于水的白色固體，在堿性條件下CuCl易轉化為Cu2O，電解NaCl溶液時陽極銅失電子成為Cu+，同時陰極放出H2會使溶液呈堿性，故首先生成白色的CuCl沉淀，之后在堿性條件下CuCl轉化為Cu2O。

這道題的知識難度不大，但充分考查了學生的化學核心素養之從繁雜的文字中獲取信息并整合運用的能力。學以致用，才是教育的目的。

二、啟迪學生的化學知識遷移應用的思維

學生對單純的化學知識的記憶較易，但高考化工流程題中更注重考查學生對

化學知識的遷移應用。

例2：（2017屆湖北省黃岡市高三3月質量檢測）新型鋰電池正極材料錳酸

鋰（LiMn2O4）有望取代廣泛使用的LiCoO2 ，工業上用某軟錳礦（主要成分為MnO2，同時含有少量鐵、鋁及硅等的氧化物）為原料制備錳酸鋰的流程如下圖2：

有關物質的溶度積常數：

此題中第（1）問中，實為考查氧化還原反應中元素化合價的變化，在平時的學習中學生都知道Fe3O4中鐵元素的化合價為+2、+3價的組合，此時有學生推導反應LiMn2O4+e-+Li+= Li2Mn2O4中，LiMn2O4中Mn元素的化合價為+3.5價，但又心存疑慮，此時將Fe3O4中鐵元素的化合價知識進行遷移類推，便很容易推出Mn的化合價為+3、+4價了;第（3）問為上述流程中電解MnSO4溶液沉積得到MnO2，由流程可知，錳離子生成二氧化錳，反應式為Mn2+-2e-+2H2O == MnO2 +4H+，錳元素的化合價升高，Mn2+失電子，便能推出硫酸錳溶液應在陽極室，硫酸鈉溶液應在陰極室。

此道化工流程題考查了學生對氧化還原反應及電解原理知識的遷移運用能力，啟迪了學生的化學思維，也是化學核心素養的呈現。

三、激發學生的實驗探究和創新意識

化工流程題中原料的加工、反應條件的控制、產品的加工處理都與學生所學的實驗原理相聯系，學生運用化學原理、實驗技能等分析解決化工生產中的實際問題也是化學核心素養的要求。

例3、鹵塊的主要成分是MgCl2，此外還含有Fe3+、Fe2+和Mn2+等離子。以鹵塊為原料可制得輕質氧化鎂，工藝流程如下圖4：

若要求產品盡量不含雜質，而且生產成本較低，據以下資料表1、表2：

已知：Fe2+氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，所以常將它氧化為Fe3+，生成Fe（OH）3沉淀除去，填寫空白：

（1）、為了加速鹵塊的溶解，我們可以選擇哪些方法 。

（2）、在步驟②中加入的試劑X，最佳的選擇是 ，其作用是 ;

（3）、在步驟③中加入的試劑Y應是 ， 之所以要控制pH=9.8的目的是 。

（4）、在步驟④中加入的試劑Z應是 ;

此題第（1）問中加速原料鹵塊的溶解，很多學生想到了升溫、粉碎，但其實攪拌也是一種可行的方法;問題（3）中試劑Y是為了讓除Mg2+之外的其他離子沉淀，故應選擇NaOH 并將pH控制在9.8;問題（4）Z的選擇是為了讓Mg2+沉淀并為之后產生CO2作鋪墊，故要選擇Na2CO3，步驟⑤中加水煮沸產生的CO2氣體對步驟⑥中獲得密度小的輕質氧化鎂的作用是什么，問題環環相扣，這與平時實驗室所做的一些驗證實驗是不一樣的，是能解決化工生產需要的實際操作，能達到激發學生的探究精神和創新意識的目的，這也是化學核心素養的目的之一。

四、增強學生的環境意識與社會責任

化學為人類文明作出了巨大的貢獻，但化工卻一度成為破壞環境、造成污染的代名詞，化工流程題中很多設計從廢渣、廢液中提取有用物質，如從含Co3O 4、Al、Si、Li2O、Fe2O3的廢料中提純電子級鈷用于半導體工業、用廢鐵屑生產硫酸亞鐵銨、廢玻璃粉末中回收鈰、電鍍廢液中提取鉻等，題目中所設計的問題也基本圍繞原料的利用、核心反應、產品的回收和綜合利用展開，考慮環境污染問題、原子的經濟性、節約能源、原料的再生性、工藝的安全性等等。化工流程題大多有意識地考查學生如何在進行化工生產時最大程度地減少對環境造成的影響，使學生堅持綠色化學的理念，建立環境保護意識，承擔起社會責任，這也是化學核心素養的導向。

化學核心素養中的“素養”二字意有養成教育，積微成著。化工流程題雖然只是高考題中的一個題型，但卻能指導化學核心素養的導向，目前的學校教育仍會以高考為目標，化工流程題向考查學生能力，提升學生化學核心素養方向引導，必然會讓教育轉變觀念，改革教學的方法和過程，以達到提升學生核心素養的目標，真正體現化學課程的價值。

參考文獻：

【1】劉江田：化學核心素養及其在高考試題占的體現.中學化學教學參考，2017（1～2）：54～55

【2】陳廷俊：發展學生核心素養的教學實踐與思考.中學化學教學參考，2017（1～2）：5～7