淺談建模法分析和解決化工流程試題的策略

張大千 孫亞利

摘 要：研討高三總復(fù)習(xí)階段的化工流程問題，以“原料—雜質(zhì)—產(chǎn)品”三要素為核心思想內(nèi)容，以分離與提純相關(guān)知識(shí)為主體，建立模塊化分析策略，并對(duì)題型進(jìn)行有效歸納，立足于學(xué)生課后反思和應(yīng)用訓(xùn)練，達(dá)到提高學(xué)生化學(xué)綜合素養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞：“原料—雜質(zhì)—產(chǎn)品”三要素；分離與提純模塊化；試題歸類

【問題提出】

化工流程問題綜合性強(qiáng)，考點(diǎn)多樣，是高考中的熱點(diǎn)內(nèi)容。本文以高三總復(fù)習(xí)“化工流程”為基礎(chǔ)，指出從流程圖開始分析最終得到產(chǎn)品和計(jì)算產(chǎn)率的過程，尤其適合學(xué)生課后反思使用，是一種很高效的提分策略。

【建模思路】

化工流程問題是以元素與化合物為基礎(chǔ)，通過流程圖將一個(gè)化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中的主要生產(chǎn)流程表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中涉及的化學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)試題。

一、試題分析

1.“原料—雜質(zhì)—產(chǎn)品”三要素：先尋找化工流程題目中給出的原料、雜質(zhì)和產(chǎn)品

化工流程的原料的來源有三種途徑：天然礦石、回收廢料、天然可利用的其他資源（簡稱天然資源）。只需注意生產(chǎn)原料含有的主要元素和產(chǎn)品相同，即可準(zhǔn)確判斷。雜質(zhì)是指流程中需要通過分離與提純的手段除去的物質(zhì)。產(chǎn)品就是需要制備的物質(zhì)。三者相結(jié)合，就可以推斷出流程圖設(shè)計(jì)的大致思路。以此為基礎(chǔ)，再來處理化工流程的流程圖，學(xué)生有了一個(gè)處理化工流程問題的明確思路和整體上解決問題的感覺。以這個(gè)思路去指引學(xué)生分析流程，不僅緩解了學(xué)生面對(duì)化工流程的心理壓力，更有利于學(xué)生解完題目之后的反思。

2.分離與提純模塊化（建模）：尋找分離和提純產(chǎn)品的模塊和目的

化工流程問題的重點(diǎn)就在于中間流程圖的分離與提純部分。很多實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)操作、分離提純操作都在這里以不同的考法呈現(xiàn)給學(xué)生。所以在這一部分，模塊化的作用就是將化工流程問題分解成若干個(gè)小流程，先提取出學(xué)生常見的、在復(fù)習(xí)中練習(xí)熟練了的考點(diǎn)，然后從易到難加以分析。這樣做的目的是進(jìn)一步緩解學(xué)生心理壓力，增強(qiáng)學(xué)生的信心。此時(shí)更重要的是學(xué)生能夠結(jié)合題目，推斷出所需要的信息，并且在考試中，并不需要推斷出全部物質(zhì)，而是根據(jù)設(shè)問推斷。推斷全部物質(zhì)是解完題目，進(jìn)行檢查、總結(jié)、反思需要進(jìn)行的任務(wù)。

模塊化的方法以流程圖表示如下圖。

3.試題歸類：分析每一道題目的考查類型

化工流程的考查題型主要分為三類：知識(shí)型（可以直接通過學(xué)生所學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)獲取答案）、技能型（需要經(jīng)過一系列的設(shè)計(jì)、推導(dǎo)和計(jì)算）、信息型（通過題目給予的圖、表等信息可以較迅速地獲取答案），將每一道題目分類歸納，再輔以相應(yīng)解題技法，學(xué)生熟練之后即可對(duì)癥下藥，快速解出題目，以此來訓(xùn)練學(xué)生的解題速度。

【例題分析】

一、題目

從原料—雜質(zhì)—產(chǎn)品三要素中，我們發(fā)現(xiàn)：最終需要得到K2Cr2O7固體，因而含Cr元素的物質(zhì)為原料，F(xiàn)eO和硅、鋁為雜質(zhì)。由于硅和鋁都是親氧元素，所以進(jìn)一步研判：含有硅和鋁的雜質(zhì)為SiO2、Al2O3。因此，本化工流程最主要的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)Fe、Si、Al三種元素的除雜。

對(duì)問題（1）和問題（2）的分析：制備熔塊的過程是使鐵和鉻兩種元素的化合價(jià)升高。由于是水浸，所以Fe2O3和SiO2不能進(jìn)入溶液，就成為濾渣1。也因此，防止發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2是很有必要的。配平化學(xué)方程式使用化合價(jià)升降法即可很快配平。難度較低。而濾渣2指出了含硅雜質(zhì)和另外一種雜質(zhì)，則在已經(jīng)除去了鐵元素之后，就只有鋁沒有涉及了，而濾渣2又是從溶液中得到，不難推斷它是氫氧化鋁。問題（1）和問題（2）均屬于技能型問題。

對(duì)問題（3）的分析：2CrO42-+2H+？葑Cr2O72-+H2O脫胎于選修四教材26頁中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。這屬于知識(shí)型問題，但學(xué)生往往對(duì)這個(gè)平衡不是很熟悉，所以極易造成丟分。

對(duì)問題（4）的分析：結(jié)合圖表的問題往往屬于信息型問題，從圖中的溶解度信息可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液中存在Na+、K+、Cl-、Cr2O72-時(shí)，容易在低溫下析出K2Cr2O7固體，這類似于侯氏制堿法生成NaHCO3的過程。

對(duì)問題（5）的分析：計(jì)算題屬于技能型問題，需要結(jié)合原子守恒進(jìn)行分析。

三、點(diǎn)評(píng)

本題對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)考查有著較高要求，其中，緊扣人教版教材知識(shí)體系的知識(shí)型問題對(duì)學(xué)生的得分影響很大，除此之外，學(xué)生在整體分析的基礎(chǔ)上結(jié)合試題考查點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)分析的能力、準(zhǔn)確獲取信息和應(yīng)用信息的能力也得到了十分重要的鍛煉。

在解決本題的過程中，使用模型法對(duì)流程圖進(jìn)行模塊化概括，并以此為依據(jù)對(duì)題目分三類討論，有助于學(xué)生從試題構(gòu)建的角度理解并深入討論題目。

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