發布時間：2019-02-15所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：引領學生從建立分類思想開始，通過定性分析，讓學生體驗反應原理在實際生產中的應用，并在解決化工實際生產問題中落實化學學科核心素養的培養，幫助學生形成化學學科思想。 關鍵詞：工藝流程,分類思想,定性分析,反應原理,學科素養 高中化學工藝流程題
摘要：引領學生從建立分類思想開始，通過定性分析，讓學生體驗反應原理在實際生產中的應用，并在解決化工實際生產問題中落實化學學科核心素養的培養，幫助學生形成化學學科思想。
關鍵詞：工藝流程,分類思想,定性分析,反應原理,學科素養
高中化學工藝流程題，以元素化合物知識為中心，覆蓋主族和副族等代表性物質的性質，常以物質的制備、檢驗、分離、提純等基本實驗為依托，體現了化學原理在化工生產中的實際應用。
在實際教學中，面對試題中眾多陌生物質和極其繁瑣的轉化關系，學生往往只能針對其中學習接觸過的物質進行簡單的知識再現，但很難通過準確獲取物質的核心性質(包含結構特征、性質特征、反應特征、現象特征和數據特等方面征)來進行學科思維的推理。在教學實踐中，我從“建立分類思想，形成定性分析，確立反應原理”的角度嘗試，通過引導學生就物質可能表現的性質和化學反應進行預判，幫助學生形成了“結構決定性質，性質決定應用”的學科觀念，學生在宏觀辨識與微觀探析的能力上獲得了較好的發展。
一、“建立分類思想”是奠定化學思維素養的基礎
種類各異的物質和靈活多變的反應是工藝流程中的研究對象，這類試題清晰反映了化學生產中物質轉化的變化規律，教學中運用分類思想使元素化合物的相關知識系統化，既符合學生認知發展水平，更有利于學生運用科學方法體驗有化學學科特點的學習過程。
化工生產的原料從組成看，包含金屬氧化物、硫化物、各種鹽以及金屬單質等物質，在生產過程中一般添加的物質有酸、堿、鹽和金屬或非金屬單質等，教學中教師如能有意識地將“交叉分類”和“樹狀分類”等思想滲透在課堂中，讓學生學會對各種組成、結構、性質相似的物質進行分類對比，之后通過對每一種物質所具有的化學性質進行合理的推理、篩選和組合，自然能使學生更加明確工藝流程中的每一個步驟的目的。
與此同時，教師還應引導學生使用化學式、化學反應方程式等規范的化學符號和用語正確地表示出中間步驟中的各種物質及其化學反應，幫助學生對流程中的關系形成連續完整的學科知識鏈接，進而對物質之間的轉化關系形成一個相對完整的科學認識，并最終養成對物質進行分類的學科思維學習習慣。
二、“形成定性分析”是訓練化學思維素養的途徑
工藝流程中每一種物質的出現，都預示著性質的體現，學生在建立分類思想過程中，要優先考慮“還原性與氧化性”“酸性與堿性”“穩定性和不穩定性”“溶解性和揮發性”等物質所具有的通性，此外，對物質的特性也要格外關注。如流程中引入稀硫酸、稀鹽酸和稀硝酸三種不同的酸，其目的分別是只引入酸性、同時引入酸性和還原性以及既引入酸性又引入氧化性;若引入氯水，則很可能意味著同時考慮氧化性、酸性，甚至還有漂白性;而以調節溶液pH為目的時，引入的物質則是酸性或者堿性，如氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、氧化銅等金屬氧化物經常用于調節含有各種金屬陽離子的酸性溶液，以便于將某些金屬陽離子轉化為沉淀而除去。
學習中，學生要養成對所有物質進行認定性質的思維習慣，因此學生既需要對元素化合物知識的積累，更要建立從物質的組成、結構、種類、現象和化合價等多維度分析挖掘的途徑，最終才能形成一種由元素到物質、由宏觀到微觀、由現象到本質、由表及里去預測出物質可能具有的性質和可能發生各種變化的思維推理能力。
三、“確立反應原理”是形成化學思維素養的核心
工藝流程中離不開單質及其化合物的轉化，而四種基本反應類型是氧化還原反應最基本的表現形式，在確定物質所屬類別的基礎上，通過對物質性質的分析，明確流程中每一個步驟中發生的化學反應原理及對應的化學反應類型，是解決問題的關鍵。
1.氧化還原反應原理
合成氨、工業制鹽酸、硫酸、硝酸、氯堿工業、金屬冶煉等許多重要化工產品的合成，都離不開氧化還原反應，氧化還原反應原理廣泛應用在工農業生產、科學技術和日常生活中的各個方面，因此認識氧化還原反應的實質與規律，不僅對人類的生產和生活都是有意義的，而且對于幫助學生形成化學學科特質的關鍵能力和必備品質，進而促成學生化學核心能力的發展意義非凡。
常見還原劑含明顯的低價元素，單質有金屬單質和非金屬單質碳和氫氣，化合物有非金屬氧化物CO、NO和SO2等，低價金屬化合物FeO、Fe3O4、FeS、FeS2、FeI2、FeBr2、Cu2S，離子形式存在的有S2-、SO32-、I-、Fe2+、Br、Cl、OH-(溶液)、O2-(熔態)及含有特殊化合價的物質，如有機物(其中的碳元素)、金屬氫化物(負一價氫)。
常見氧化劑含明顯的高價元素，單質有非金屬單質F2、O2(O3)、Cl2、Br2、I2等;化合物有非金屬氧化物CO2、NO2和SO3等，低價金屬化合物Fe2O3、Fe3O4(Fe2O3·FeO)、PbO2、MnO2;離子形式存在的有(H+)MnO4-、(H+)NO3-、ClO和金屬陽離子Mn+等，及含有特殊化合價的物質，如Na2O2、H2O2。
此外，置換反應是最基本的一種氧化還原反應類型，表現為金屬單質及非金屬單質間的相互置換，形式上有：①金屬→金屬;②金屬→非金屬;③非金屬→金屬;④非金屬→非金屬。①②③中體現物質還原性的比較，即大部分金屬和非金屬中的C、H2的比較;④既有非金屬單質氧化性的比較，也有非金屬單質還原性的比較。
流程中經常利用金屬的還原性將一些金屬從其陽離子的鹽溶液中置換出來，以達到最終進行除雜的目的。在氧化還原反應不同階段的教學中，教師要堅持幫助學生從物質種類的角度將常見還原劑和氧化劑進行歸納和整理，將有利于學生形成以氧化還原反應原理為核心的學科思想。
2.復分解反應原理
該反應雖然不是氧化還原反應，但是在流程中各物質的分離提純中卻能起到穿針引線的作用，尤其能以沉淀或氣體(溶解性的體現)為特征，引發出酸、堿、鹽之間的各種反應(酸性與堿性的體現)，其中強酸制取弱酸(或者強堿制取弱堿)原理的應用最廣泛。除氧化還原反應和復分解反應兩種流程中考查最多的反應外，分解反應原理凸顯了物質的不穩定性，既可以是氧化還原反應，也可為非氧化還原反應，但因為反應條件尤為明顯(一般為加熱或高溫)，所以學生容易辨識，推理過程相對簡單。
實例：1.精講例題
(2013·新課標卷Ⅱ·27)：氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療。純化工業級氧化鋅(含有Fe(Ⅱ)，Mn(Ⅱ)，Ni(Ⅱ)等雜質)的流程如下：工業ZnO稀H2SO4①適量高錳酸鉀溶液②③④⑤Na2CO3浸出調pH約為5過濾濾餅煅燒過濾濾液過濾濾液ZnO提示：在本實驗條件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化：高錳酸鉀的還原產物是MnO2。回答下列問題：
(1)反應②中除掉的雜質離子是_______，發生反應的離子方程式為_____________________;加高錳酸鉀溶液前，若pH較低，對除雜的影響是____________________________。
(2)反應③的反應類型為______________，過濾得到的濾渣中，除了過量的鋅外還有_____________。
解析：從“建立分類思想，形成定性分析，確立反應原理”的角度出發，步驟①中氧化鋅等物質為堿性氧化物，用硫酸溶解，利用了堿性和酸性，體現了復分解反應的原理;步驟②在pH=5的溶液中，氧化性的高錳酸鉀與溶液中還原性的Fe2+、Mn2+發生了氧化還原反應原理，同時利用Fe(OH)3和MnO2難溶于水的性質將其分離;步驟③中鋅為較活潑的金屬單質，明顯具有還原性，必然與濾液中氧化性的Ni2+發生置換反應，而除去Ni單質。
步驟④中出現的強堿弱酸鹽Na2CO3因發生水解而使溶液顯堿性，可與濾液中顯酸性的ZnSO4發生復分解反應或雙水解反應，形成Zn(OH)2或ZnCO3;步驟⑤利用了Zn(OH)2或ZnCO3的不穩定性，在受熱條件下發生分解反應，最終獲得純凈的氧化鋅。
2.精練例題 (2018·全國Ⅱ·26)：我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家，相關金屬離子[C(Mn+)=0.1mol⋅L−1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：回答下列問題：(1)焙燒過程中主要反應的化學方程式為_____。(2)濾渣1的主要成分除SiO2外還有_________;氧化除雜工序中ZnO的作用是_________，若不通入氧氣，其后果是_________。
(3)溶液中的Cd2+可用鋅粉除去，還原除雜工序中反應的離子方程式為__________________。(4)電解硫酸鋅溶液制備單質鋅時，陰極的電極反應式為_____________;沉積鋅后的電解液可返回_________工序繼續使用。答案：(1)2ZnS+3O2=2ZnS+2SO2(2)PbSO4調節溶液的pH無法除去雜質Fe2+(3)Cd2++Zn=Zn2++Cd(4)Zn2++2e=Zn溶浸。
隨著新高考改革的到來，高中化學教學更加重視學科知識與生活、生產的緊密聯系，在教學中，我們需要在三維目標中強調化學學科思想和學科方法等核心素養的培養，不斷強化嚴謹的化學學科思維訓練，幫助學生理解化學與技術、社會和環境之間的相互關系，并靈活運用已有的知識和原理、思維和方法進行綜合分析，積極參與到解決化學問題的過程中。
參考文獻：
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相關期刊推薦：《化學教育雜志》創刊于1980年，是由中國科學技術協會主管，中國化學會主辦的國家級化學教育類學術月刊。本刊為月刊，主編：朱文祥。國內統一刊號：CN11-1923/O6，國際刊號：ISSN1003-3807。
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