廣東高考化學(xué)工業(yè)流程題的結(jié)構(gòu)特點及解題策略研究

陳慶匯 衷明華

(韓山師范學(xué)院化學(xué)系,廣東 潮州 521041)

工業(yè)流程題為廣東高考化學(xué)考查學(xué)生理論知識、實驗操作、化學(xué)計算等綜合能力的有效題型。但在實際答題中，不少學(xué)生反映，工業(yè)流程題難以把握，進行了大量的習(xí)題訓(xùn)練，提高的成效不大；教師在實際教學(xué)中也缺乏行之有效的教學(xué)方法。本文總結(jié)了廣東高考化學(xué)工業(yè)流程題的結(jié)構(gòu)特點和解題策略，希望能給廣大的師生帶來啟發(fā)。

一、廣東高考化學(xué)工業(yè)流程題案例分析

通過案例分析，分析工業(yè)流程題的結(jié)構(gòu)特點，以2011年廣東高考化學(xué)工業(yè)流程題試題為例。

例題(16分)由熔鹽電解法獲得的粗鋁含有一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質(zhì)可采用吹氣精煉法除去，產(chǎn)生的尾氣經(jīng)處理后可用鋼材鍍鋁。工藝流程如下：

圖 工藝流程(注：NaCl的熔點為801℃,AlCl3在181℃升華)

(1)精煉前，需清除坩堝表面的氧化鐵和石英砂，防止精煉時它們分別與鋁發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生新的雜質(zhì)，相關(guān)的化學(xué)方程式①和②。

(2)將Cl2連續(xù)通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質(zhì)隨氣泡上浮除去，氣泡的主要成分除Cl2外還含有;固體雜質(zhì)粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在。

(3)在用廢堿液處理A的過程中，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。

(5)鋼材鍍鋁后，表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕，其原因。

試題解析:該工業(yè)流程題通過“吹氣精煉法”提煉粗鋁，對考生而言，試題新穎，陌生度大。但以粗鋁為原料，經(jīng)精煉，除渣，冷卻制取高純鋁錠；將精煉中產(chǎn)生的尾氣經(jīng)冷凝并轉(zhuǎn)化為熔融鹽，電鍍制取鍍鋁制品；通過廢堿液回收有害氣體，并未偏離廣東高考化學(xué)考綱的要求。

(1)原料的預(yù)處理是工業(yè)流程題?？嫉闹R點，一般涉及原料的粗提純。根據(jù)題干的描述，結(jié)合鋁單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，便可以寫出化學(xué)方程式了。

(2)主要考查氯氣與粗鋁的反應(yīng)產(chǎn)物的物理性質(zhì)。粗鋁中含有鋁單質(zhì)、金屬鈉及氫氣，粗鋁與氯氣的反應(yīng)產(chǎn)物有氯化鈉、氯化鋁及未參加反應(yīng)的氫氣。根據(jù)反應(yīng)的條件及流程圖左下角提供的信息，對反應(yīng)產(chǎn)物的物理性質(zhì)進行分析，寫出答案。

(3)運用冷凝分離尾氣的原理，尾氣中不同氣體之間的凝固點不同，將氯氣與氫氣和氯化鈉分離。氣體A氯氣與廢堿液的反應(yīng)，考生不難寫出。

(4)主要涉及電鍍池原理。鍍鋁電鍍池中鋁為鋁為陽極，溶液為中性，可寫出鋁電極的電極反應(yīng)式。

(5)該小題主要考查氧化鋁的性質(zhì)及形成原理。

參考答案:

(1)①2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe;

②4Al+3SiO2=3Si+2Al2O3

(2)H2、AlCl3;NaCl

(3)Cl2+2OH-=Cl2+ClO-+H2O

(5)鋁在空氣中易形成一層及薄的致密而堅固的氧化膜，它能阻止氧化深入內(nèi)部，起到防腐保護作用。

試題結(jié)構(gòu)特點分析:本工業(yè)流程題的基本結(jié)構(gòu)符合歷年的廣東高考化學(xué)試題，一般分為題頭，流程圖，問題三大部分。題頭部分工業(yè)流程題的導(dǎo)語，主要說明由什么原料制取產(chǎn)品，或先介紹有關(guān)原料的性質(zhì)結(jié)構(gòu)，為解題提供相關(guān)信息。流程圖部分用箭頭和框圖的形式將原料到產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)流程表示出來，一般有單線流程圖和多線流程圖，包括原料的預(yù)處理，核心反應(yīng)(反應(yīng)條件的控制)，產(chǎn)品的提純，物質(zhì)的循環(huán)利用，有害物質(zhì)的處理等幾個部分。問題部分是根據(jù)流程圖中涉及到的化學(xué)知識設(shè)計成一系列的問題。

圖基本結(jié)構(gòu)

特點：該工業(yè)流程題試題并不來源于教材，卻與教材知識緊密相連。試題以提純粗鋁為載體，將制備高純鋁錠和鍍鋁制品作為兩大主線，除去有害氣體氯氣為副線。涉及氯氣、鋁單質(zhì)及其化合物的相關(guān)性質(zhì)，并整合了氧化還原反應(yīng)、電化學(xué)原理，實驗操作等知識點。考查了學(xué)生通過圖形文字獲取信息和推理判斷解決問題的能力，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的理念，試題具體特點如下。

(1)綜合性強。工業(yè)流程題綜合性強體現(xiàn)在試題

知識點多，問題差異大，推理判斷能力要求高。

(2)貼近工業(yè)生產(chǎn)。工業(yè)流程題以工業(yè)生產(chǎn)為載體，將化學(xué)理論知識與實際生產(chǎn)相結(jié)合，使高中化學(xué)知識從束之高閣到理論應(yīng)用的實際化。

(3)問題形式多樣化。從不同的知識點設(shè)計問題，具有很強的靈活性。

(4)情感態(tài)度與價值觀強。工業(yè)流程題不僅僅是“知識與技能”“過程與方法”的簡單考查，還具有一定的情感態(tài)度與價值觀，將粗鋁的提純分為兩大主線進行精煉，是對物質(zhì)的充分利用，提高工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)率；對有害氣體A 氯氣用堿液吸收，貼近生活，體現(xiàn)了環(huán)境保護的理念；通過推理判斷，培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)求實，思維縝密的科學(xué)精神。

(5)思維模型突出。工業(yè)流程題的流程圖主要涉及到原料的預(yù)處理，核心反應(yīng)，產(chǎn)品的提純，物質(zhì)的循環(huán)利用，有害物質(zhì)的處理等五個方面，這五個方面都具有很強的規(guī)律性。如原料的預(yù)處理，主要涉及原料的粗提純，原料的性質(zhì)，能源的利用等。核心反應(yīng)主要涉及方程式的的書寫，反應(yīng)條件的控制，副原料的加入等方面?？删瓦@五個方面，分別就金屬類，無機非金屬類，碳酸鹽類，純堿的制取所涉及的工業(yè)流程題進行規(guī)律性總結(jié)，建立相應(yīng)的思維模型。如圖：

圖 工業(yè)流程題的流程

二、工業(yè)流程題的解題策略

工業(yè)流程題的一般解題步驟是：(1)通過閱讀題頭，初步了解工業(yè)生產(chǎn)流程的背景、生產(chǎn)產(chǎn)品，原料等相關(guān)信息；(2)瀏覽流程圖部分，根據(jù)箭頭的方向，確定投料、生成物、物質(zhì)循環(huán)利用等環(huán)節(jié)，并判斷出原料的預(yù)處理，核心反應(yīng)，物質(zhì)的循環(huán)利用、有害物質(zhì)的處理、產(chǎn)品的提純等主要流程環(huán)節(jié)；(3)分析問題，結(jié)合試題的整體信息，認(rèn)真分析各個環(huán)節(jié)涉及到的化學(xué)知識、原理，組織語言進行答題。具體解題策略如下：

1.審題。整體粗讀，提取有用信息。通過粗讀，明白工業(yè)生產(chǎn)的目的、大體的工業(yè)流程步驟和問題涉及的知識點。整個工業(yè)流程的設(shè)計都是為工業(yè)生產(chǎn)的目的和問題服務(wù)的，知道生產(chǎn)目的和問題涉及的知識點，解題就能做到有的放矢。了解大體的工業(yè)流程步驟，就可以找到切入點。

2.結(jié)合問題，認(rèn)真分析流程圖中的物質(zhì)變化。認(rèn)真分析工業(yè)流程圖的物質(zhì)變化，明白物質(zhì)變化的前因后果，并根據(jù)問題進行推理判斷。流程題的核心就是物質(zhì)的變化，它使元素化合物，實驗，反應(yīng)原理等知識綜合在一起。讀流程圖的方法：抓箭頭方向，主線主產(chǎn)品，副線副產(chǎn)品，回頭循環(huán)品。對流程圖的理解可從以下幾個方面著手：A.明確核心反應(yīng)。(該工業(yè)流程主要發(fā)生了什么反應(yīng)?反應(yīng)方程式是什么?)B.循環(huán)與回收的物質(zhì)。C.特定步驟中加入某物質(zhì)的作用?(一般題干會隱藏信息，需通過推理判斷。)

3.整合分析，推理判斷。經(jīng)過分析流程圖，進一步整合題目中相關(guān)信息，并運用所學(xué)的化學(xué)知識、理論，推理判斷，并組織語言答題。常見推理思路如:對反應(yīng)條件:A.對反應(yīng)速率有何影響?(如何提高浸出率?如何提高反應(yīng)速率?);B.對平衡轉(zhuǎn)換的影響?(如何提高產(chǎn)率?)C.對綜合效益的影響?(如原料成本，來源:對設(shè)備的要求,對環(huán)境有何影響?);對核心反應(yīng):對反應(yīng)條件的控制?(主要包括“溫度控制”和“pH控制”);對產(chǎn)品的處理:根據(jù)物質(zhì)的溶解度、沸點等條件,采取相應(yīng)的實驗操作。(如洗滌;蒸發(fā);蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶;蒸發(fā)結(jié)晶,趁熱過濾;重結(jié)晶等);對循環(huán)物質(zhì)和有害物質(zhì):A.在流程中循環(huán)使用。(給工業(yè)生產(chǎn)帶來雜質(zhì)或提高物質(zhì)的循環(huán)利用,提高利用率等)B.在生活中應(yīng)用。(常識積累)C.環(huán)保問題(有毒氣體，重金屬,酸,堿等物質(zhì))

4.表達準(zhǔn)確，答題規(guī)范。工業(yè)流程題中非智力失分因素往往比較嚴(yán)重，如常見的工業(yè)生產(chǎn)用語表述不對，化學(xué)反應(yīng)方程式書寫不完整等。因此，要在平時訓(xùn)練加強答題的規(guī)范性，做到表達準(zhǔn)確，答題規(guī)范，減少非智力因素的失分。

常見的題型及解題策略

根據(jù)歷年的廣東高考化學(xué)試題，其常見的題型及具體解題方法如下：

1．首尾分析法

圖 工藝流程

(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。

(4)不同溫度下，K+的浸出濃度與溶浸時間的關(guān)系如下圖，由圖可得，隨溫度升高，①;②。

(5)有人以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過程中會發(fā)生:。

圖 K+的浸出濃度與溶浸時間的關(guān)系

已知298K時，KSP(CaCO3)=2.80×10-9,KSP(CaSO4)=4.90×10-5,求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

該試題用Ca(OH)2溶液溶浸雜鹵石制備硫酸鉀，整體上以提純分離為主，涉及化學(xué)平衡移動原理，實驗操作，化學(xué)計算等基礎(chǔ)知識。

參考答案:

(1)Mg(OH)2,CaSO4

(3)K2CO3;稀硫酸

(4)①在同一時間內(nèi),K+的浸出濃度增大。②K+的溶浸速率加快,達到溶浸平衡的時間短。

(5)K=1.75×104

首尾分析法一般適用于從混合物中分離或提純某一物質(zhì)的工業(yè)流程。可通過對比原料和產(chǎn)品的差異，認(rèn)真分析加入某一試劑后，能與哪些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成什么物質(zhì)，采用什么方法才能將物質(zhì)提純出來，弄清楚涉及原料轉(zhuǎn)化的化學(xué)知識，原理，熟悉提純分離等操作，結(jié)合化學(xué)生產(chǎn)的知識進行答題。

2.綜合分析法

例題:銀銅合金廣泛用于航空工業(yè)，從切割廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品的工藝如下。

圖 從切割廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品的工藝

(1)電解精煉銀時，陰極反應(yīng)式為;濾渣A與稀硝酸反應(yīng),產(chǎn)生的氣體在空氣中迅速變?yōu)榧t棕色,該氣體變色的化學(xué)方程式為。

(2)固體混合物B的組成為;在生成固體B的過程中,需控制NaOH的加入量。若NaOH過量,則因過量引起的反應(yīng)的離子方程為。

(3)完成煅燒過程中一個反應(yīng)的化學(xué)方程式：

CuO+Al2O3=CuAlO2+↑

(4)若銀銅合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.5%,理論上5.0Kg廢料中的銅可完全轉(zhuǎn)化為mol CuAlO2,至少需要1.0 mol/L的Al2(SO4)3溶液L。

(5)CuSO4也可用于制備膽礬，其基本操作是、過濾、洗滌和干燥。

該試題為多線流程圖題，涉及電化學(xué)、復(fù)分解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、實驗操作等知識，綜合性強，宜采用綜合分析法解答。首先，將多線流程圖逐個分解為單線流程圖，即分為制備銀，CuAlO2兩條主線，再通過中間產(chǎn)物和輔助原料及相關(guān)操作，分析細節(jié)，聯(lián)想原理，各個擊破。

參考答案:

(1)Ag++e-=Ag;2NO+O2=2NO2;

(3)4;2;4;O2;

(4)50.0,25.0;

(5)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶。

綜合分析法適用于涉及知識面廣，多線流程圖的工業(yè)流程題。關(guān)鍵是處理好中間產(chǎn)物，注意細節(jié)，通過聯(lián)想，從中間產(chǎn)物與多個產(chǎn)品尋找聯(lián)系，逐一分析解答。

廣東歷年的工業(yè)流程題的題型主要為以上兩種,解題的總體策略是:理清主線,分清副線;聯(lián)想原理,注重細節(jié);組織語言,答題規(guī)范。

四、提高解題得分率技巧

1．注意知識的積累與歸納。在平時的化學(xué)學(xué)習(xí)中，要養(yǎng)成對化學(xué)知識進行積累和歸納的習(xí)慣，對基礎(chǔ)化知識要熟練于心，并進行分類整理。熟記常見的實驗操作技巧，例如過濾、洗滌、蒸發(fā)、結(jié)晶、萃取等。同時，也應(yīng)積累一定的工業(yè)操作，如水浸、浸出、酸浸、粉碎、灼燒等。

2．注意解題技巧和能力的訓(xùn)練。高考自然反對題海戰(zhàn)術(shù)，但進行一定的訓(xùn)練是必不可少的。通過解題，提高自己審題、析題能力，鞏固解題策略。同時，培養(yǎng)自己思維的敏捷性，在多次的解題中，逐漸強化自己化學(xué)語言表達的規(guī)范性。

3．建立思維模型，提升解題能力。工業(yè)流程題在廣東高考中，試題年年新穎，卻始終沒有偏離教材的知識點。這就要求考生具備扎實的理論知識，可通過建立相應(yīng)的思維模型，總結(jié)原料的預(yù)處理，核心反應(yīng)，產(chǎn)品的提純、物質(zhì)的循環(huán)利用、有害物質(zhì)的處理等五個方面的規(guī)律，并找出各個思維模型之間的聯(lián)系及轉(zhuǎn)化方式，強化化學(xué)理論知識，提升解題能力。

[1]蔣俊洋.化學(xué)工業(yè)流程的解題策略探討.[J].廣東教育(高中版).2012(10):62-64.

[2]許宏生,姜建文.從三維目標(biāo)落實的角度賞析一道化學(xué)競賽題.[J]考試周刊.2011(09):2.

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