高考化學工藝流程題型的特點、解題與備考策略

鄭婷婷

摘 要：化學工藝流程題型關注與化學有關的社會熱點問題，信息容量大，知識涉獵面廣，綜合性強。學生對工業背景相對陌生，做題普遍感覺有難度。本文以2023年高考化學試卷中的工藝流程題型為研究對象，深入剖析試題的考查內容、方式及特點，總結和歸納解決此類問題的科學思維方式、解題技巧，并在明確試題對學生學科能力與核心素養要求的基礎上，提出若干復習備考建議。

關鍵詞：化學工藝流程題型；高三復習；備考策略

化學工藝流程題型以實際的工業生產為背景，以流程圖的形式呈現生產過程，以解決化學實際問題為思路設置問題，有時還結合表格和圖像提供多種信息，可以考查學生對物質轉化的理解與掌握情況，以及在生產工藝流程中獲取與加工信息的能力、靈活運用所學知識解決新問題的能力，因此成為高考的熱點問題。

一、試題分析

（一）考查的內容

從化學工藝流程題型的物質載體看，均以無機化合物為載體，且多數是高中階段常見的物質，主要涉及鋰、鎂、鋁等主族元素，以及鉻、錳、鎳、鈷等過渡元素。

從化學工藝生產的目的看，可以分為兩類：一是利用礦物或廢渣等制備物質，如全國甲卷26題以BaSO4制備壓電材料BaTiO3，全國乙卷27題利用菱錳礦制備新型鋰電池正極材料LiMn2O4，浙江卷（6月）20題以鋁土礦制備絮凝劑聚合氧化鋁；二是從礦物或廢渣等混合物中分離、提純有價值的物質，如全國新課標卷27題從鉻釩渣中分離提純鉻和釩，北京卷18題以銀錳精礦和氧化錳礦為原料聯合提取銀和錳，廣東卷18題從處理后的礦石硝酸浸取液中提取Ni、Co并獲得高附加值化工產品。

綜合工藝流程的物質載體和生產目的兩個角度看，試題傾向于將常見無機物的性質及應用與化學反應原理相結合進行考查，更有融合物質結構的趨勢，以體現物質“結構—性質—反應原理”的認知鏈。如湖北卷16題利用廢棄鋰電池正極材料LiCoO2回收Li、Co等金屬，考查了Co元素在周期表中的位置和微粒結構及微粒間作用力對物質性質的影響；又如福建卷11題從銅鈷礦冶煉中間產物白合金中分離回收金屬，考查了天然硫化銅晶體結構的相關內容。

從工藝流程題型的設問角度看，一般主要從以下6個方面來設置問題：（1）基本操作：除雜、分離、檢驗、洗滌、干燥等實驗操作的步驟描述；加入某些試劑或某個操作步驟的目的描述等。（2）物質的分離與提純：通過調節pH使溶液中的金屬離子沉淀達到分離除雜的目的，據此選擇需要加入的化學試劑；加入某種物質使難溶物轉化為更難溶的物質后，通過過濾除去等。（3）化學方程式或離子方程式的書寫：根據流程圖及設問中的信息找出反應物和生成物，書寫指定的化學方程式或離子方程式。（4）化學反應速率與化學平衡理論的運用：例如，研磨使反應物顆粒變小，增大反應物間的接觸面積，提高反應速率，提高原料利用率；升高溫度能提高反應速率，使吸熱反應平衡正向移動等。（5）化學計算：聯系原料純度、轉化率、損失率、產物產率等計算產品質量，聯系溶液配制、滴定操作測定樣品中某元素含量或產品純度，聯系溶度積常數計算溶液中某離子濃度或完全沉淀時的pH等。（6）環境與綠色化學思想：流程中物質的轉化和循環、資源的回收和利用、“三廢”的來源、對環境的影響及處理措施等。

（二）考查的方式及特點

從試題的作答形式看，工藝流程題型以非選擇題題型為主，部分省市除了非選擇題外，還以選擇題形式出現，如山東卷第13題、湖南卷第9題、福建卷第7題等。

從試題的呈現方式看，工藝流程題型都以“文字敘述+生產工藝流程圖”的形式呈現。試題先用文字簡單介紹該工藝生產的原材料和工藝生產的目的（包括副產品），并提供必要的相關物質性質等信息，再用框圖形式將原料到產品的主要生產工藝流程表示出來。從原料到目標產物一般經過三大步驟：原料預處理（初步除雜、凈化）、核心化學反應（可能有副反應）和產品的分離提純（需調控條件），其中每一步都需要綜合考慮生產過程中的環境友好問題，以及副產品的循環利用問題。

（三）考查的能力和素養

化學工藝流程題型主要考查以下能力：（1）信

息獲取與加工能力。如全國乙卷要求根據電解后生成MnO2寫出電解槽中發生電解反應的離子方程式，并結合產生的MnO2與H2的比值推知為保持電解液成分穩定應不斷加入的物質是Mn（OH）2。（2）邏輯推理能力。如全國甲卷要求分析焙燒后的產物直接用酸浸取是否可行的原因。（3）靈活運用所學知識解決新問題的能力。如湖南卷要求根據所給已知信息“金屬Ga的化學性質和Al相似，Ga的熔點為29.8℃”解釋電解池溫度控制在40～45℃的原因并寫出陰極電極反應式。（4）對教材中不同模塊間知識融會貫通能力。如湖北卷16題與福建卷11題均將物質結構與反應原理模塊知識融合。

化學工藝流程題型重點考查的化學學科核心素養是“證據推理與模型認知”“變化觀念與平衡思想”“科學態度與社會責任”，兼顧考查“宏觀辨識與微觀探析”“科學探究與創新意識[1]”。

二、解題策略

（一）解答工藝流程題型的基本步驟

先通讀全題，包括文字敘述和生產工藝流程圖，對該工藝流程有個大體的了解。

接著用鉛筆將原料、雜質和產品圈出，由此分析在生產流程中保留什么元素、除去什么雜質以及引入什么成分。將原料和產品中相關的核心元素的化合價標出，判斷從原料到產品的生產過程中所涉及的反應是否屬于氧化還原反應，并根據提供的信息，用鉛筆在流程圖中標出物質（即元素）流向。

再帶著設問去工藝流程圖里尋找答案，一般一個小題的設問對應工藝流程圖的一個步驟，需要特別關注題目里提供的“已知”信息，尤其在分析卡殼的時候更要仔細琢磨。

最后按照題設要求，用恰當的語言文字和化學用語，規范作答[2]。

（二）工藝流程題型的解答技巧

1.關于原料分析與預處理

原料通常是礦物或工業廢渣，根據地殼中含量較多的元素是氧、硅、鋁、鐵等可以推知，雜質通常有SiO2或硅酸鹽，以及含鐵化合物和含鋁化合物。

為了提取目標元素，通常需要先“焙燒”后“酸浸”（也可能是“水浸”或“堿浸”），為了提高反應速率以及提高原料利用率，通常會將原料粉碎或研磨后再進行提取，浸取時還會適當提高浸取溫度或浸取液的濃度[3]。在酸浸時SiO2或硅酸鹽將以沉淀的形式從體系中分離，含鐵化合物和含鋁化合物轉化為含Fe3+、Fe2+、Al3+等離子存在于溶液中，可以通過先將Fe2+氧化成Fe3+、再調節溶液的pH使Fe3+、Al3+等離子分別以Fe（OH）3、Al（OH）3等氫氧化物的形式從溶液體系中分離。

2.關于核心反應

根據圖表信息選擇合適的反應條件，結合氧化還原反應原理、四大平衡理論、電化學理論等相關理論分析題設問題，并從對應要求的角度用準確規范的專業術語回答問題，或根據原理進行相關計算。如題目要求從化學平衡的角度解釋原因，那就要從中找出“平衡”，可能是化學反應平衡，也可能是物質的溶解平衡，然后分析哪些外界條件對這個“平衡”造成的影響會呈現出流程中的結果。

3.產品的分離提純

工業流程中常用的物質分離與提純的物理方法有：過濾、結晶（重結晶）、蒸餾（或分餾）、萃取、分液、升華等。在復習的時候需要熟練掌握這些方法的常規操作，如從溶液中獲得可溶性物質的方法是結晶，結晶的常規操作是蒸發濃縮—冷卻結晶—過濾—（洗滌、干燥）。

4.流程中可循環利用的物質分析

綠色化學的核心思想是利用化學原理從源頭上減少和消除工業生產對環境的污染，終極目標是原子利用率達到100%，即反應物中的原子全部轉化為期望的最終產品。所以，在生產過程中需要充分考慮到物質的循環利用、廢物處理、原子利用率、能量充分利用等問題。可以觀察在整個工藝流程中加入的物質有哪些，分離出來的物質又有哪些，若最初加入的物質在后續的分離除雜過程中又被分離出來，那這種物質就可以繼續循環利用了。此處要特別留心容易被忽略的可溶性物質。

需要注意的是，不是每一個步驟的“來龍去脈”都要清晰明了，如果分析不明白的地方不影響解題，是可以大膽放過的。

三、備考策略與教學建議

高考化學工藝流程題型立足真實性，強調綜合性，突出應用性，體現社會責任，全面考查必備知識、關鍵能力、學科素養、規范表達。筆者按照“學科知識—學科思維—學科能力—學科素養”的發展進階，提出以下復習備考建議。

（一）夯實基礎

素養導向下的試題離不開必備知識的支撐，這是發展學科核心素養的基礎。化學工藝流程專題復習，通常是在完成無機化合物性質及其應用、物質結構與性質、化學反應原理等模塊復習之后的綜合復習。在構建學科大概念和化學觀念復習課教學時，教師應以核心概念或原理為中心，將相關知識串成鏈、織成網，構建完整的知識體系，為分析問題和解決問題提供理論依據和思維模型。

在“常見的無機物及其應用”主題復習教學中，教師需要繼續指導學生在復習教材中的個別代表性元素涉及的相關單質和化合物的性質過程中，學會學習元素化合物知識的方法，明確可以從哪些視角認識、預測、解釋、表征元素化合物性質，并能將這些思路遷移到陌生元素及化合物的學習中。教師要充分挖掘教材中出現的工藝流程[4]，結合真實的問題情境，培養學生觀察分析工藝流程圖、獲取整合信息的能力，以及從物質類別和元素價態變化的視角對流程圖中物質轉化進行證據推理、得出合理的結論的能力。

在“物質結構與性質”主題復習教學中，教師要注重促進學生理解物質結構相關概念的內涵，通過聯系與學生生活密切相關的問題，培養學生對物質結構與性質的學習興趣，體會物質結構研究的基本思路和方法，形成觀念性認識。如理解原子結構的構造原理并正確書寫常見元素（1～36號）基態原子或離子的核外電子或價電子排布式和軌道表示式，認識構成物質的原子、離子、分子等微粒之間存在的不同類型的相互作用，并能根據晶胞結構圖說出微粒間作用的主要類型，計算晶胞所含微粒數、晶體密度等。

在“化學反應原理”主題復習教學中，教師要幫助學生深刻理解概念原理的內涵，如反應速率概念、化學平衡常數含義與表征方法和定量關系、化學平衡移動影響因素及影響規律和影響結果，并熟練掌握基礎知識和基本技能，如在理解難溶氫氧化物Ksp含義的基礎上，能利用常見難溶氫氧化物的Ksp計算Fe3+、Al3+等離子開始沉淀以及沉淀完全時的pH，也能夠根據所給相關信息給出合理的調節pH的范圍。

（二）構建思維模型

模型認知是化學學科核心素養的重要組成部分。高考試題科學設問，注重考查通用性方法，以避免將學生導向細枝末節知識的辨析、典型題套路和技巧的運用，引導減少死記硬背和“機械刷題”現象。因此，在化學工藝流程專題復習教學中，教師應堅持基于真實情境的教學，在真實復雜的情境中將知識、方法問題化，引導學生經過獨立思考和交流研討以及教師點評，歸納總結出解決問題的通識、通法，跳出情境去構建分析解決相關問題的基本思路，并能熟練、自主遷移到其他陌生情境中去解決相關問題。例如，綜合流程信息及物質性質進行物質轉化的合理推測的思維模型可以概括為“分析核心元素化合價——判斷是否是氧化還原反應——根據氧化還原規律或物質類別轉化規律分析各步驟產物”。

（三）提升綜合能力

素養導向下的試題也離不開關鍵能力的支撐，這同樣是發展學科核心素養的基礎。化學工藝流程試題以生產工藝流程圖為載體，集物質性質、化學反應原理和物質結構于一體，考查學生在物質轉化的新情境中，依據數據、圖表信息進行定量分析和推理的能力，是高考試題綜合性的體現。在化學工藝流程專題復習的教學中，教師需將必修、選擇性必修各模塊的必備知識融會貫通，選取真實的情境素材，設置真實的化學問題，引導學生從多角度分析和解決問題，培養學生的綜合應用能力。

在“無情境不成題”的背景下，信息獲取能力是問題解決的基礎，也是高考考查的重要能力。在復習教學中，教師應注重加強培養學生觀察分析圖表數據、加工信息、證據推理的綜合能力，以便更好地適應新時代高考的要求。同時，教師還要幫助學生克服思維定勢，并在分析生產工藝流程的過程中逐步建立綠色化學觀念。

（四）規范科學表達

化學用語是化學學科的語言，包括化學專有名詞、元素或微粒的符號、各種反應式等。能用化學用語規范表達體現了學生思維過程的正確性、敏捷性和嚴謹性，高考試題以此評價考生的思維品質。而規范表達的關鍵是要理解問題本質，明確符號表征要求，關注各因素前后邏輯關系，提煉和理解問題的本質。因此，教師在復習教學中要指導學生在真實復雜的情境中如何提煉問題的本質，找準解題的方向，學會精準表達思考過程和結果，提升規范表達的能力。

不難發現，在工藝流程專題復習過程中，需要大量的真實情境素材，歷年高考試題便是優質的素材資源庫。教師可以根據教學需求將近年的高考試題按物質載體、生產目的、轉化原理等項目分類，再進行專項復習。

結束語

工藝流程題型的高三復習備考是一項復雜的系統工程，需要將其滲透在無機化合物、物質結構與性質、化學反應原理等主題內容的復習教學中，貫穿在整個高三復習備考的全過程，促進學生對必備知識和關鍵能力的掌握，不斷提高學生的學科思維能力與證據推理分析能力。

參考文獻

[1]葉煒華.高考化學實驗試題的命題特點與備考策略[J].中學化學教學參考，2023（1）：55-60.

[2]張輝.淺談高考化學工業流程試題的解決策略[J].學周刊，2017（2）：180-181.

[3]金振江.高考化學工業流程型試題的突破方法[J].中學化學教學參考，2020（11）：72-73.

[4]陳文珍.在化學工藝流程題型復習中聚焦學生的核心素養[J].名師在線，2023（15）：8-10.