化學(xué)工藝流程圖題的命題特點和應(yīng)對策略

王保強

摘要： 認(rèn)識化學(xué)工藝流程圖題的命題特點是解題的基礎(chǔ)。指出在分析化學(xué)工藝流程圖題時，可以從流程圖的呈現(xiàn)方式、流程圖中的化學(xué)知識和問題解決的一般方法三個部分建立分析框架。以高考試題為例，按照工藝流程圖題的分析框架進(jìn)行解析。提出了解答化學(xué)工藝流程圖題的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：化學(xué)工藝流程圖題；習(xí)題解析；教學(xué)策略；中學(xué)化學(xué)教學(xué)

文章編號：1005–6629（2013）8–0064–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

化學(xué)知識在工業(yè)生產(chǎn)和生活實際中，有著廣泛的應(yīng)用。在高考命題中為了體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科知識的實用性，試題有時會以流程圖的形式出現(xiàn)。這類習(xí)題往往以真實的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程為命題素材，體現(xiàn)能力立意的高考命題指導(dǎo)思想。工藝流程圖題能夠綜合考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識及應(yīng)用解決實際問題的能力[1]。解答這類習(xí)題需要學(xué)生既要熟知工業(yè)生產(chǎn)的基本反應(yīng)原理，同時要能對流程圖中所給出的關(guān)鍵信息進(jìn)行解讀，理解有關(guān)的反應(yīng)原理，對學(xué)生的能力要求較高。特別是江蘇高考試題Ⅱ卷中有2道大題都是以真實的化學(xué)工藝流程圖呈現(xiàn)出來，給考生答題帶來了不小的壓力。研究化學(xué)工藝流程圖題的命題特點，并有針對性地采用適當(dāng)?shù)膽?yīng)對策略，已是擺在廣大師生面前的課題。李新勇、劉全明等人對江蘇高考試題進(jìn)行評價，指出流程圖的結(jié)構(gòu)、特點和分類，孫國虎、王滋曼等結(jié)合命題趨勢，嘗試從命題的角度分析流程圖，許國霞等分析了無機流程圖的常見解法。結(jié)合教學(xué)實踐，本文試圖分析工藝流程圖題的命題特點，提出分析的方法和技巧，給出教學(xué)建議，從而提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

1 認(rèn)識化學(xué)工藝流程圖題的命題特點

課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出高中化學(xué)要使學(xué)生能夠運用所學(xué)知識解釋生產(chǎn)、生活中的化學(xué)現(xiàn)象，解決與化學(xué)有關(guān)的一些實際問題[2]。化學(xué)工藝流程圖題由于它更能體現(xiàn)生產(chǎn)實際，得到命題專家的青睞而逐漸成為一種流行的題型。化工流程圖題就是對化工生產(chǎn)過程進(jìn)行概括和抽象，將主要操作步驟或物質(zhì)轉(zhuǎn)化用框圖和箭頭連接起來，并以文字、表格或圖像補充相關(guān)的信息，然后根據(jù)流程中涉及的中學(xué)化學(xué)知識進(jìn)行設(shè)問，從而構(gòu)成與化工生產(chǎn)緊密聯(lián)系的試題。從考查內(nèi)容上看，工藝流程圖題以原料到產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為線索背景，以物質(zhì)性質(zhì)和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化為考查重點；從呈現(xiàn)方式上看，流程圖其基本結(jié)構(gòu)包括題頭、題干和題尾三個部分，其核心部分是用框圖、箭頭和文字等形式將操作或物質(zhì)轉(zhuǎn)換或反應(yīng)設(shè)備等主要生產(chǎn)工藝流程表示出來；從設(shè)問形式上看，流程圖比較新穎并且隱含的知識量較大，往往把化學(xué)理論、實驗設(shè)計、基本操作和元素化合物知識與流程融合在一起，問題設(shè)問對學(xué)生的能力要求明顯高于單一的圖表題，因而在教學(xué)中學(xué)生普遍反映化學(xué)工藝流程圖題較難解答[3]。針對這種情況，教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生抓住命題特點，建立分析框架，總結(jié)出流程圖分析的一般思路，從而弄清和完成命題者的設(shè)問要求。

2 解析化學(xué)工藝流程圖題的方法和技巧

流程圖題包含的信息量比較大，需要在分析時理清解決問題的基本框架，避免“只見樹木不見森林”和“眉毛胡子一把抓”的現(xiàn)象。在面對大信息量的流程圖題時，要抓住流程圖的關(guān)鍵詞語，準(zhǔn)確解讀其化學(xué)含義，同時要抽象出問題分析的本質(zhì)特征，建立起信息分析的基本模型，即構(gòu)建分析框架。

2.1 建立流程圖題的分析框架

通過抽象、簡化、假設(shè)、歸納等處理過程后，可以將某類實際問題用具體方式表達(dá)、建立起分析框架，然后用類比的方法對具體問題進(jìn)行處理，找出解題的方法和思路。結(jié)合流程圖的命題特點，可以建立流程圖題的分析框架如下（圖1）：

從上圖可以看出，化學(xué)工藝流程圖題從結(jié)構(gòu)上看是由三個部分組成，這三個部分都能提供不同的化學(xué)信息。在解題時可以先全面認(rèn)識流程圖的基本結(jié)構(gòu)，明確題中關(guān)鍵詞的基本含義，進(jìn)而理解由多個化學(xué)反應(yīng)組成的實驗流程。教師在對這類習(xí)題進(jìn)行歸納提煉時，可以從流程圖題呈現(xiàn)方式、化學(xué)規(guī)律和知識及解題方法進(jìn)行剖析，提升學(xué)生對流程圖的整體認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)。

2.2 理解流程圖中常用的關(guān)鍵詞

工藝流程圖題中給出部分文字信息，是流程圖中化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵提示信息，可能是具體物質(zhì)，可能是實驗操作。對這些信息要進(jìn)行仔細(xì)解讀，特別是表示相應(yīng)的化學(xué)實驗操作的文字信息。因為這些操作目的是使相關(guān)的物質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的物理或化學(xué)變化。表1列出了流程圖題中常見的有關(guān)實驗操作的關(guān)鍵詞[4]。

2.3 利用流程圖解題的常用方法

在解答流程圖題時，由于題干中大都是教材中沒有出現(xiàn)過的物質(zhì)，學(xué)生容易被陌生情景和專業(yè)術(shù)語嚇倒，甚至造成很多學(xué)生放棄解答。其實，很多設(shè)問都是各自獨立，無連帶效應(yīng)的，一個問題解決不了不會影響下一個問題的解決。而且每題中都有與流程圖無關(guān)的問題，可以直接根據(jù)已有的知識去完成。盡管流程圖題有不同的解題方法，在教學(xué)中首尾分析法是最常用的解題方法。它是指在了解工藝流程試題的題干結(jié)構(gòu)后，對比分析流程示意圖中的初始原料與目標(biāo)產(chǎn)品，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，如純度、濃度、成分等不同的變化。這樣就需要弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜分離提純產(chǎn)品的化工工藝，然后結(jié)合題設(shè)的問題回答相關(guān)的化學(xué)原理或化學(xué)操作內(nèi)容。

3 典型例題解析

從2012年高考試題中有關(guān)流程圖試題來看，工藝流程圖題常常以元素化合物知識為依托，以反應(yīng)原理、實驗操作為考查重點，以物質(zhì)制備為主要實驗?zāi)康摹，F(xiàn)以2012年部分高考試題為例，分析其命題特點，剖析其解題的思維過程。

例題1 （2012·廣東）難溶性雜鹵石（K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O）屬于“呆礦”，在水中存在如下平衡：

K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O（s） 2Ca2++2K++ Mg2++4SO4

為能充分利用鉀資源，用飽和Ca（OH）2溶液浸雜鹵石制備硫酸鉀，工藝流程（見圖2）如下：

（1）濾渣的主要成分有 和 以及未溶雜鹵石。

（2）用化學(xué)平衡移動原理解釋Ca（OH）2溶液能溶解雜鹵石浸出K+的原因： 。

（3）“除雜”環(huán)節(jié)中，先加入 溶液，經(jīng)攪拌等操作后，過濾，再加入 溶液調(diào)濾液pH至中性。

分析：此題是以雜鹵石為原料經(jīng)過一系列物理、化學(xué)反應(yīng)制取硫酸鉀的工藝流程圖題。從呈現(xiàn)方式來看，試題是以物質(zhì)轉(zhuǎn)化的操作為主線的原料轉(zhuǎn)化工藝流程圖。題中溶浸操作是用Ca（OH）2溶液與雜鹵石進(jìn)行充分反應(yīng)，加入Ca（OH）2實際上包含Ca2+和OH-，Ca2+可以與雜鹵石中SO4 2-反應(yīng)，OH-可以與Mg2+反應(yīng)，生成Mg（OH）2、CaSO4兩種沉淀然后進(jìn)行過濾操作。在剩下的濾液中需要加入一種物質(zhì)除去Ca（OH）2，根據(jù)首尾分析法的原理，加入的物質(zhì)可以與Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，同時根據(jù)此題的實驗?zāi)康氖侵迫×蛩徕?，這種加入的物質(zhì)必須為鉀鹽，分析應(yīng)該是K2CO3。濾液中剩余的是硫酸鉀溶液，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮得到固體硫酸鉀。

答案：（1）根據(jù)題目給出的可逆溶解平衡，加Ca（OH）2后，Mg2+變成Mg（OH）2。硫酸鈣是微溶物，因此濾渣成分是Mg（OH）2 、CaSO4和未溶雜鹵石；（2）根據(jù)勒夏特列原理，加入Ca（OH）2后，Mg2+不斷沉淀，硫酸鈣也析出，平衡正向移動，因此浸出K+；（3）為了使生成的K2SO4純凈，要除去加入的過量Ca（OH）2，因此加入K2CO3，最后用H2SO4除去過量的K2CO3并調(diào)節(jié)溶液的pH。

例題2 （2012·江蘇）廢棄物的綜合利用既有利于節(jié)約資源，又有利于保護環(huán)境。實驗室利用廢舊電池的銅帽（Cu、Zn 總含量約為99%）回收Cu并制備ZnO的部分實驗過程如下（見圖3）：

（1）①銅帽溶解時加入H2O2 的目的是

（用化學(xué)方程式表示）。②銅帽溶解完全后，需將溶液

中過量的H2O2除去。除去H2O2的簡便方法是

。

（2）已知pH>11 時Zn（OH）2 能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）4]2-。表2列出了幾種離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH 按金屬離子濃度為1.0 mol·L-1計算）。

實驗中可選用的試劑：30% H2O2、1.0 mol·L-1 HNO3、1.0 mol·L-1 NaOH。由除去銅的濾液制備ZnO 的實驗步驟依次為：① ；② ；③過濾；④ ；⑤過濾、洗滌、干燥；⑥900℃煅燒。

分析：此題是以廢舊電池為原料經(jīng)過綜合利用回收銅并制備氧化鋅的工藝流程圖題。從呈現(xiàn)方式來看，試題是以物質(zhì)轉(zhuǎn)化的操作為主線的原料轉(zhuǎn)化工藝流程圖。（1）電池銅帽溶解在稀H2SO4和H2O2 中，說明單質(zhì)銅可以轉(zhuǎn)化為可溶于水的二價銅離子。根據(jù)電子守恒可知H2O2被還原為H2O。（2）此題的實驗?zāi)康氖侵苽鋃nO，可以分析出步驟⑥是Zn（OH）2固體受熱分解，步驟⑤應(yīng)該是Zn（OH）2從溶液中析出，且不會有其他固體雜質(zhì)析出。流程圖中制備的原料是除去銅之后的濾液，其中含有Fe3+、Fe2+和Zn2+。①②兩步應(yīng)把Fe3+、Fe2+轉(zhuǎn)化為沉淀，同時保持Zn2+不會沉淀。根據(jù)題目給出的離子生成沉淀所需pH的信息，可以得知應(yīng)先將Fe2+氧化為Fe3+，然后調(diào)節(jié)pH使Fe3+全部沉淀，過濾后使Zn2+轉(zhuǎn)化為沉淀。

答案：（1）①Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O；②加熱（至沸）

（2）①向濾液中加入適量30% H2O2，使其充分反應(yīng)；②滴加1.0 mol·L-1NaOH，調(diào)節(jié)溶液pH 約為5（或3.2≤pH<5.9），使Fe3+沉淀完全；③向濾液中滴加1.0 mol·L-1 NaOH，調(diào)節(jié)溶液pH 約為10（或8.9≤pH≤11），使Zn2+沉淀完全。

4 化學(xué)工藝流程圖題的教學(xué)策略

要想準(zhǔn)確、順利地解答好工藝流程圖題，一方面要掌握物質(zhì)的性質(zhì)及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律，掌握除雜、分離提純物質(zhì)等基本化學(xué)實驗技能；另一方面要應(yīng)用行之有效的解題方法，提升分析工藝流程圖題的能力。

4.1 注意對流程圖題的整體解讀

在教學(xué)中，有的學(xué)生拿到流程圖后，立即對題中的所有關(guān)鍵詞一個一個地進(jìn)行解讀，希望能挖掘出深刻的含義。其實通過對流程圖結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可以知道，命題者對流程圖題的信息是通過不同的結(jié)構(gòu)部分給出的。教學(xué)中教師要訓(xùn)練學(xué)生從整體上把握命題者的意圖，通過閱讀題頭，了解流程圖以外的文字描述、表格信息、后續(xù)設(shè)問中的提示性信息，進(jìn)而明確生產(chǎn)目的——制備什么物質(zhì)，找到制備物質(zhì)時所需的原料及所含雜質(zhì)，提取出所給的相關(guān)信息——物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式、物質(zhì)穩(wěn)定性、物質(zhì)溶解性等。然后對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì)原材料與最后一種物質(zhì)產(chǎn)品，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程中依次進(jìn)行的反應(yīng)。在解讀時要注意從整體上把握命題者的目的和意圖，不要拘泥于一個小問題的疑問，應(yīng)把握題目的主線，對整個流程形成完整、系統(tǒng)的理解。

4.2 注意基礎(chǔ)知識和常用方法的歸納掌握

掌握常見問題的分析思路和方法，有利于化工流程題的解答。如在很多的工藝流程題中，經(jīng)常標(biāo)出溫度、濃度等外界條件，對外界條件的分析主要從對反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的影響兩個角度入手。反應(yīng)速率應(yīng)從反應(yīng)物接觸面積、接觸機會、溫度、反應(yīng)物濃度、催化劑等方面思考，同時要結(jié)合試題的實際情境和物質(zhì)的性質(zhì)。若為不同狀態(tài)物質(zhì)之間的反應(yīng)，則會有接觸面的問題，而增大接觸面的具體措施又各不相同，如固體可以用粉碎的方法、液體可以用噴灑的方法等。溫度措施在運用時須確保反應(yīng)物或生成物的性質(zhì)保持穩(wěn)定，加熱一般是加快反應(yīng)速率或加速固體溶解；降溫是防止某物質(zhì)在高溫時溶解，也可能是適當(dāng)降低反應(yīng)速率或使化學(xué)平衡向著放熱方向移動等；控制一定的溫度可能是防止某物質(zhì)在高溫時分解、揮發(fā)（如Br2）或發(fā)生副反應(yīng)，也可能是使催化劑活性達(dá)到最高。

很多學(xué)生解答工藝流程圖題時感到困難，這與學(xué)生平時基礎(chǔ)知識未掌握好、方法不靈活有一定關(guān)系，同時這與工藝流程圖題信息量較大，學(xué)生解讀困難也不無關(guān)系。教學(xué)中，教師要結(jié)合各地的命題趨勢，有針對性地解讀和訓(xùn)練，幫助學(xué)生建立流程圖題分析的一般框架結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到掌握流程圖題的目的。

參考文獻(xiàn)：

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