生产中原料的选择优质课教案设计

基于学科核心素养的高中化学教学设计

以《化工流程图题解题方法和策略》教学为例

佛山市顺德区李兆基中学

苏忠波

一、设计思想和理论依据

2017年版普通高中化学课程标准提出，化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，是高中生综合素质的具体体现，反映了社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求，全面展现了学生通过化学课程学习形成的关键能力和必备品格。“核心素养”受到了全社会的普遍关注，化学学科核心素养包括“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”、“实验探究与创新意识”和“科学精神与社会责任”五个方面。在化学教学中关注物质转化这条主线，有助于培养学生宏观辨识和微观探析的能力；引入建模思想，通过小组合作、探究、讨论交流互助，对化工流程图题的解决形成一个特定的思维模型，有助于培养学生证据推理与模型认知的素养；将所学的知识用于解决生产生活中的化工问题，尤其是工业三废的处理及环保问题，让学生深刻领悟到化学学科的科学精神与社会责任。这些都有助于落实学生的化学核心素养的培养。

二、考情分析：

工艺流程图题几乎是近几年来全国卷高考题的固定题型,此类题的特点：情景新，问题设置也往往有独到之处，但重点还是考查考纲范围内的化学基础知识和基本能力，特别是对物质制备方法、物质间的转化途径、混合物分离和除杂方法、化学实验基本操作方法、陌生情景中化学方程式或离子方程式的书写及简单计算能力的综合考查。问题设置多数难度不大，但必有一个或几个填空是一般考生能力达不到的点。这就需要在高三复习过程中，除了要巩固好教材中的基础知识外，还要在练习、定时检测中不断培养自己的文字阅读和理解能力、图表信息接收和发掘能力、计算能力等综合素养。下表为近三年全国卷涉及化工流程图题的分布情况:

年份

2018 2017 2016 全国Ⅰ28、36、全国Ⅱ36、题号

全国Ⅰ27、全国Ⅱ26、Ⅲ27 全国Ⅰ27、全国Ⅱ26、Ⅲ27 全国Ⅲ26、28、36

三、学情分析：

1

1.知识基础

化学工艺流程题是高考的热点，也是学生的难点。毕竟学生主要生活在校园，几乎接触不到实际的化工生产。而这类题一般将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问。它以现代工业生产为基础，将本章所涉及到的化工生产成本、产品提纯、环境保护等与物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理相互融合，学生往往会产生畏惧感。所以此类题对于学生来说陌生度高，有畏惧感，要求他们要有很好的化学核心素养才能从容面对。

2.思维水平

学生普遍反映化工流程题不好下手，得分率低，心里对其有畏惧感。对于高三化学一轮复习阶段的学生来说，遇到这些困惑都是在所难免。所以在本节课的教学设计中，首先选取的素材都是学生平时熟悉的元素，其次问题的设置上也是有梯度，先基础，再适当拔高；以小组合作的形式，针对老师提出的问题，学生交流讨论，提出解决方案，形成共识，得出解题模型，再加以强化，使学生的解题能力和思维水平得以提升。

四、教学与评价目标

1.教学目标

（1）认识工业流程图题的特点，形成化工流程题的认知模型

（2）通过分析流程中物质转化、分离、提纯，最终得到产品，步步推进，培养学生分析、综合、对比、归纳的能力，有助于培养宏观辨识与微观探析的能力。

（3）应用化学知识解决化工生产中遇到的问题，激发学生对化学的探究欲，形成科学精神与社会责任的学科素养，培养未来绿色化学工业的接班人。

2.评价思路

动手分析

实验探究、证据推理

概括反思、提炼模型

知识应用、问题解决

教学设计观察体验、环节

活动1 活动2、3 活动4 活动5、6 宏观辨识与微观探科学探究与创新意科学探究与创新意科学探究与创新意析、证据推理与模型核心素养

识、证据推理与模型识、证据推理与模型识、证据推理与模型认知、科学态度与社认知

认知

认知

会责任

思考讨论：有何解决学生讨论分析化工思考讨论：考察哪些教学设计化工流程图题的方流程图题的构成和方面？要具备哪些思路

法和策略？

特点

知识？

评价思路

进阶练习

学生认识化工流程建模，形成解题的基对自我之水水平的解决实际问题，巩固图题的组成构造

本方法和思路，分享评价和再认识，学习解题模型

2

互评

有的放矢

五、教学重难点

1.重点：掌握化工流程图题解题方法和策略。

2.难点：将流程中的信息提取、筛选、运用，并把化工生产成本、产品提纯、环境保护等与物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理相互融合。

六、教学流程

引入：以一道练习册上的习题引出同学们解决化工流程图题的困惑

发现：化工流程图题的结构特点和考查的方式

建模：解决化工流程图题的方法和技巧

进阶：同学分享化工流程图题的解题心得，解题模型熟练化

七、教学过程设计

[导入]同学们反映化学工艺流程图题不太好做，事实上这个题型又是考试的必考题型，这节课我们就来一起探讨解决的策略和方法。

[活动1]由练习册上的一道有关铝土矿的开发利用的习题引发头脑风暴：化工流程图题有何特点？

练习题如下：工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:

对上述流程中的判断正确的是

(

) A.试剂X可以为氨水,沉淀中含有铁的化合物

B.CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替

C.反应Ⅱ中的离子方程式为CO2+AlO2- + 2H2OAl(OH)3↓+HCO3- [学生头脑风暴]

同学们热烈讨论，有代表发言。

[老师归纳]化工流程图题的特点：实质是对混合物的除杂、分离、提纯。当遇到这一类题时，要求学生一定要认真在题目中找出要得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些，认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂

3

质除去。只有这样才能明白每一步所加试剂或操作的目的。

[教师归纳投影展示]

[活动2]又由练习册上的一道有关明矾的题目引发头脑风暴：你会如何分析问题？有哪些解决化工流程图题的方法和策略？

题目：KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐（主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质）制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题：

[学生头脑风暴]

同学们热烈讨论，有代表发言。同学们相互点评，教师总结。

[教师归纳投影展示]解题策略第一步：对照原料（首）和产品（尾），确定核心反应和对应的核心辅料，找出流程主线。

解题策略第二步：以核心辅料为界，把流程划分为原料预处理、核心反应和产品的分离提纯三个阶段，分段剖析，明析细节，贯通全程。

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[活动3]如果让你设计考察有关明矾的问题，你会设计哪些问题？

[学生头脑风暴]

同学们热烈讨论，有代表发言。同学们相互点评，教师给予指导。

[教师投影展示]关于明矾经常考察的一些问题展示并解答同学们的疑问。

教师展示的部分问题：

(1)为尽量少引入杂质,试剂①应选用

(填标号)。 a.HCl溶液

b.H2SO4溶液 c.氨水

d.NaOH溶液

(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为

。

(3)沉淀B的化学式为

;将少量明矾溶于水,溶液呈弱酸性,其原因是

。

[活动4]化工流程图题常考察哪些方面？需要我们具备哪些知识？

[学生头脑风暴]

同学们热烈讨论，有代表发言。同学们相互点评，教师给予指导。

[教师归纳总结]化工流程题通常以以物质制备、分离、提纯为试题情境，以元素化合物知识、实验基本操作、化学反应原理的知识为考察目标。其中贯穿了化学核心素养（化学学科能力），即要能用化学知识，根据具体情境去解决遇到的实际问题。

[活动5]学以致用：同学分小组合作完成练习1，派代表分享解题思路和心得。

练习1:（2018高考全国卷）硫酸亚铁锂（LiFePO4）电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧硫酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：

下列叙述错误的是（ ）

A. 合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用

B. 从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li C. “沉淀”反应的金属离子为Fe

3+

5

D. 上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠

[教师点评]表扬同学们的合作探究精神，对方案的优劣给予评价。

[活动6]学以致用：同学分小组合作完成练习2，派代表分享解题思路和心得。

练习2．

难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O) K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)2Ca＋2K＋Mg＋4SO4＋2H2O 2＋＋2＋2-

(1)滤渣主要成分有___________和________以及未溶杂卤石。

(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K＋的原因：______________。

(3)“除杂”环节中，先加入________溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入________溶液调滤液pH至中性。

[教师归纳总结]1、解决化工流程图题要具备的知识：

①反应速率与平衡理论的运用：反应物颗粒大小、反应速率、原料的利用率、温度、物质的稳定性等 ②氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写；

③利用控制pH分离除杂；

⑤实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等；

⑥流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用；

⑦环境保护与绿色化学评价。

2、解题方法和策略小结

第一步：对照原料（首）和产品（尾），确定核心反应和对应的核心辅料，找出流程主线。

第二步：以核心辅料为界，把流程划分为原料预处理、核心反应和产品的分离提纯三个阶段，分段剖析，明析细节，贯通全程。

八、教学反思及收获

学生已经学习了很多关于元素化合物的知识，但是化工流程题是综合程度比较高的题型，学生也反应这类题较棘手，得分率低。如果我只是按照传统上课模式，只由老师一言谈，那就没什么特色，课堂效率可想而知。所以我想做一些挖掘，探讨一点有深度的东西。考虑到现在学生已经具有一定的化学核心素养，所以我就以练习册上的题目和近年高考化工流程

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题为载体，让同学们在我事先设计的问题的引导下，进行了一轮又一轮的头脑风暴，不断探究、归纳、总结，得出解决化工流程题的方法和策略。调动了大部分同学的主动性和积极性，体现了学生是课堂的主题这一理念。整节课的大部分时间都是交由学生探究活动和分享成果，学生是这节课的主体，教师只是起到穿针引线的作用，最后进行归纳总结，起到画龙点睛的作用，感觉不错！

当然，本节课还是有很多缺点和不足。由于场地限制，上台展示的同学数量有限，还有很多跃跃欲试的同学没能上台。其次就是同学们进行头脑风暴占用了很多时间，如果进一步把课堂教学活动进行优化，多点时间进行针对性的强化练习，效果会跟好！

总之，这节课让我和同学们都进行了一场头脑风暴，收获颇丰！

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017版）[M].北京:人民教育出版社，2018

[课后学习及学生自我检测]

1、实验室用大理石等原料制取安全无毒的杀菌剂过氧化钙。大理石的主要杂质是氧化铁，以下是提纯大理石的实验步骤：

（1）溶解大理石时，用硝酸而不用硫酸的原因是

。

（2）操作Ⅱ的目的是

，溶液A（溶质是共价化合物）是

。

（3）写出检验滤液中含铁离子的离子反应方程式：

。

（4）写出加入碳酸铵所发生反应的离子方程式：

，

写出滤液B的一种用途：

。

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2. 我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：

回答下列问题：

（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为_______________________。

（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧气，其后果是________________。

（3）溶液中的Cd2+可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_________________。

（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为______________；沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。

3. 水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:

(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是

,还可使用

代替硝酸。

(2)沉淀A的主要成分是

,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为

。

(3)加氨水过程中加热的目的是

。沉淀B的主要成分为

、

(写化学式)。

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参考答案：

1、（1）硫酸钙微溶于水

（2）除去溶液中Fe3＋

氨水

（3）取少量滤液B置于试管中，向其中加入少量NaOH溶液并放在酒精灯加热，再用湿润的红色石蕊试纸伸到管口，如试纸变蓝色，说明滤液B中含有NH4离子。

2＋2－（4）Ca＋CO3=CaCO3↓

作化肥

+2、

(1). ZnS+O2ZnO+SO2

(2). PbSO4

(3). 调节溶液的pH

(4). 无Zn2++Cd

(6). Zn2++2e－Zn

(7). 溶浸

2+2+法除去杂质Fe

(5). Zn+Cd3、（1）将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+

H2O2

（2）SiO2 (或H2SiO3)

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O（或H2SiO3+4HF= SiF4↑+3H2O）

（3）防止胶体生成，易沉淀分离

Fe(OH)3

Al(OH)3

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