高考化學(xué)工業(yè)流程題解答策略

聶光明

本文系2016年度河南省基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項(xiàng)目《高中化學(xué)實(shí)施有效教學(xué)的策略研究》（JCJYC16070532）的研究成果。

摘 要：在新課程基本理念指引下，高考化學(xué)試題對(duì)學(xué)生基本知識(shí)、基本能力的考察在內(nèi)容和形式上正發(fā)生著變化，傳統(tǒng)的無機(jī)推斷題正逐步演變?yōu)榛瘜W(xué)工業(yè)流程題。該題型綜合性強(qiáng)，難度大。為了提高課堂教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)，本文對(duì)這一題型的解答提出了策略建議。

關(guān)鍵詞：高考試題；工業(yè)流程；策略建議；有效教學(xué)

新課程基本理念指出：“從學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和將要經(jīng)歷的社會(huì)生活實(shí)際出發(fā)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)與人類生活的密切關(guān)系，關(guān)注人類面臨的與化學(xué)相關(guān)的社會(huì)問題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、參與意識(shí)和決策能力?！备呖蓟瘜W(xué)試題中對(duì)學(xué)生基本知識(shí)、基本能力的考察在內(nèi)容和形式上也隨著課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)課程的基本理念的描述而發(fā)生著變化?？v觀近幾年各地高考試題，傳統(tǒng)的無機(jī)推斷題正逐步演變?yōu)榛瘜W(xué)工業(yè)流程題。化學(xué)工業(yè)流程題（簡稱化工流程題）是根據(jù)化學(xué)課程與教學(xué)的評(píng)價(jià)要求和學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備及其認(rèn)識(shí)發(fā)展階段水平，將化工生產(chǎn)過程中的主要操作步驟或物質(zhì)轉(zhuǎn)換用清晰、簡潔、明確、能夠符合學(xué)生閱讀理解基本能力的流程圖的形式將其呈現(xiàn)出來，然后根據(jù)流程中涉及的中學(xué)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行設(shè)問，從而形成與化工生產(chǎn)緊密聯(lián)系的試題。

一、化工流程題基本結(jié)構(gòu)

題頭：介紹該工藝生產(chǎn)的原料、目的、原理。

題干：用框圖形式將操作步驟、物質(zhì)轉(zhuǎn)換、分離提純等主要生產(chǎn)工藝流程呈現(xiàn)出來。

題尾：根據(jù)流程中涉及的化學(xué)知識(shí)設(shè)問。一般包含原料的溶解，物質(zhì)的富集，各步驟產(chǎn)物的成分確定，主要產(chǎn)品的提純?cè)砼c操作，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率、原料轉(zhuǎn)化率的計(jì)算等。通常涉及氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、溶液的酸堿性、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、難溶電解質(zhì)溶解平衡、電化學(xué)等化學(xué)核心問題。

二、化工流程題基本特點(diǎn)

1.取材真實(shí)

試題以真實(shí)的化工生產(chǎn)過程為背景，通過對(duì)該工業(yè)流程進(jìn)行簡化編制成試題。通過真實(shí)的化學(xué)工業(yè)情景，充分體現(xiàn)了化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，讓學(xué)生體會(huì)學(xué)有所用，體會(huì)化學(xué)與人類的生產(chǎn)和生活密切相關(guān)。

2.信息量大

題目往往會(huì)先介紹該工業(yè)產(chǎn)品在生產(chǎn)生活中的實(shí)際用途，生產(chǎn)該產(chǎn)品所采用的原材料、工藝等。在題干中，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)一些在學(xué)生理解范圍內(nèi)的化工術(shù)語，例如煅燒、粉碎、酸浸、表面處理。命題者有時(shí)還會(huì)根據(jù)學(xué)生理解該工業(yè)流程或者答題的需要，給出一定的物理化學(xué)數(shù)據(jù)，例如物質(zhì)的溶解度、熔沸點(diǎn)，金屬陽離子沉淀的pH范圍。

3.角度廣泛

化學(xué)工業(yè)流程題就像是一個(gè)大拼盤，能很好地把許多高中化學(xué)知識(shí)有機(jī)結(jié)合在一起，考查的內(nèi)容幾乎可以遍布高中化學(xué)的每一個(gè)模塊，例如化學(xué)基本概念與理論、元素及其化合物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算。

4.呈現(xiàn)形式簡潔

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平及知識(shí)儲(chǔ)備對(duì)流程中的信息進(jìn)行簡化處理，用簡潔、清晰、明確、符合學(xué)生基本理解能力的流程圖的形式將其表示出來。

5.信息比較隱蔽

題目中部分信息隱含在流程的整個(gè)過程或前后數(shù)據(jù)中，找到其前后關(guān)系難度較大。

6.綜合能力要求高

試題構(gòu)思新頻，命題角度靈活，涉及知識(shí)面廣，要求學(xué)生熟練掌握高中化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。而且題目閱讀量較大，要求學(xué)生能夠在較短時(shí)間內(nèi)閱讀并理解信息，然后提取有用信息進(jìn)行答題。因此要很好地解答化工流程題，學(xué)生要具備較高的化學(xué)學(xué)科能力素養(yǎng)。

三、化工流程題解答策略

1.尋找工業(yè)生產(chǎn)流程主線與核心

通過工業(yè)生產(chǎn)流程的主線，對(duì)化工生產(chǎn)的流程和工藝手段、操作的名稱和目的進(jìn)行分析，其規(guī)律是“主線主產(chǎn)品，分支副產(chǎn)品，回頭為循環(huán)”。如下圖：

2.正確理解流程圖前后的關(guān)系

分析每步反應(yīng)的反應(yīng)物、產(chǎn)物及副產(chǎn)物，通過流程的前后聯(lián)系，明確整個(gè)流程中每步操作的目的。需要注意的是，流程中的每一步操作都是為了后面的操作而服務(wù)。比如原料的預(yù)處理主要是對(duì)原料進(jìn)行表面處理，然后除雜、凈化，方便后續(xù)的操作。產(chǎn)物的制備主要涉及核心反應(yīng)的反應(yīng)條件控制。物質(zhì)的分離與提純主要是把產(chǎn)物與副產(chǎn)物根據(jù)理化性質(zhì)的不同進(jìn)行分離，并且對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行提純。各個(gè)環(huán)節(jié)往往還涉及物質(zhì)的循環(huán)使用、污染物的處理等“綠色化學(xué)”問題。

3.挖掘圖表中有效信息和關(guān)鍵字詞

化工流程題將所要表達(dá)的信息以文字、框圖、表格、圖像等形式呈現(xiàn)出來，而解題需要對(duì)這些信息進(jìn)行閱讀、整理、分析、理解、組合和應(yīng)用，找出有效信息，發(fā)現(xiàn)問題，打破慣性思維，將信息向深層次拓展，進(jìn)行信息整合，為正確解答問題創(chuàng)造條件。

4.熟悉常見工藝手段、操作名稱和目的

（1）原料的預(yù)處理

涉及的原料，一般是礦石、工業(yè)廢渣、工業(yè)廢水等。常見的預(yù)處理的方法有：①高溫煅燒、灼燒、焙燒——使物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，或者讓原料中某些雜質(zhì)經(jīng)過煅燒后變成可揮發(fā)性的物質(zhì)而除掉，方便后續(xù)的處理與操作。②研磨——以增大接觸面積而加快反應(yīng)速率。③浸出——固體加水（酸或堿）溶解得到離子。水浸——加入水讓可溶于水的物質(zhì)溶解；酸浸——加入酸讓可溶于酸的物質(zhì)溶解，一般是活潑金屬、金屬氧化物、金屬氫氧化物等；堿浸——除去原料表面的油污，或者加入堿讓可溶于堿的物質(zhì)溶解，一般是酸性氧化物或者鋁及其化合物。

（2）反應(yīng)條件的控制

①pH的控制：控制溶液的酸堿性，使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀，比如調(diào)節(jié)pH使Fe3+、Cu2+分步形成氫氧化物沉淀。②控制蒸發(fā)或反應(yīng)時(shí)的氣體氛圍：比如蒸發(fā)或反應(yīng)從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時(shí)，應(yīng)在HCl的氣流中加熱，以防其水解。③溫度的控制：控制反應(yīng)速率或促使平衡向某個(gè)方向移動(dòng)；促進(jìn)（或抑制）某物質(zhì)結(jié)晶析出；防止某些物質(zhì)在高溫時(shí)分解，如有H2O2參與的反應(yīng)。④趁熱過濾：若目的是獲得固體，則是為了防止其他物質(zhì)析出導(dǎo)致產(chǎn)品不純或防止溫度降低固體溶解；若目的是獲得液體，則是為了防止溫度降低析出固體，造成損耗。⑤洗滌：洗去晶體表面的雜質(zhì)離子。若是冰水洗滌，可減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗；若是揮發(fā)性有機(jī)溶劑（乙醇、乙醚等）洗滌，除了減少晶體溶解損耗外還便于晶體后期的干燥處理。

5.掌握化學(xué)工藝流程題的解題思路與技巧

（1）了解化工流程題的設(shè)問特點(diǎn)

①問題各自相對(duì)獨(dú)立，一般無連帶關(guān)系，一個(gè)問題解決不了不會(huì)影響下一個(gè)問題的解決。②題目中看似超綱的內(nèi)容要么有信息提示，要么與解答題目無關(guān)。③題目中往往有與流程圖無關(guān)的問題設(shè)問，可以根據(jù)已有的知識(shí)直接去完成。

（2）形成基本答題模式，注重文字?jǐn)⑹鲆?guī)范

常見的答題策略有：①分離提純操作化學(xué)用語：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；過濾（趁熱過濾）；萃取、分液；蒸餾（分餾）等。②平衡移動(dòng)有關(guān)問題解答需遵循“闡明體系中存在的核心平衡→所采取的措施、改變的條件→導(dǎo)致平衡如何移動(dòng)、產(chǎn)生什么結(jié)果”這樣的步驟。③檢查裝置氣密性：裝置形成密閉體系→操作（微熱、加水等）→描述現(xiàn)象→得出結(jié)論。④物質(zhì)檢驗(yàn)操作步驟：取少量樣品→加入試劑→觀察現(xiàn)象→得出結(jié)論。⑤洗滌沉淀：通過玻璃棒往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復(fù)以上操作2～3次。⑥檢驗(yàn)沉淀是否洗干凈：取最后一次洗滌液，加入試劑，鑒別某一種可溶性離子。⑦某一步驟是為了除雜時(shí)，應(yīng)該寫明“是為了除去某物質(zhì)中的什么雜質(zhì)”，不能只寫“除雜”“干燥”等萬能式不具體的答案。

四、化工流程題解答舉例

題頭：堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO4]是一種用于污水處理的新型高效絮凝劑，在醫(yī)藥上也可用于治療消化性潰瘍出血。工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產(chǎn)堿式硫酸鐵的流程如下：

題干：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表：

題尾：回答下列問題：

（1）粉碎過篩的目的是__________________。

（2）加入少量NaHCO3的目的是__________。

（3）反應(yīng)釜中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______。在實(shí)際生產(chǎn)中，常同時(shí)通入O2以減少NaNO2的用量，若參與反應(yīng)的O2有11.2 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則相當(dāng)于NaNO2的物質(zhì)的量約為_________。

（4）聚合釜中溶液的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)。pH偏小時(shí)Fe3+水解程度弱，pH偏大時(shí)則_____。

（5）相對(duì)于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是_____。

【解析】廢鐵屑中含少量氧化鋁、氧化鐵等，將過量廢鐵屑加入稀硫酸中，發(fā)生反應(yīng)：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O，F(xiàn)e2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O，F(xiàn)e2（SO4）3+Fe=3FeSO4。然后加入NaHCO3并攪拌，調(diào)節(jié)溶液的pH，發(fā)生反應(yīng)：Al3++3HCO-3=Al（OH）3↓+3CO2↑，所以濾渣的成分是Al（OH）3，過濾得到FeSO4，向FeSO4溶液中加入稀硫酸和NaNO2，酸性條件下，NaNO2和FeSO4發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe3+、NO，將溶液蒸發(fā)濃縮、過濾得到堿式硫酸鐵。（1）廢鐵屑粉碎，可以增大反應(yīng)物接觸面積，增大反應(yīng)速率。（2）根據(jù)氫氧化物沉淀的pH知，在pH為4.4～7.5之間將Al3+轉(zhuǎn)化為Al（OH）3沉淀，而Fe2+不能生成沉淀，所以加入NaHCO3的目的是調(diào)