工藝流程圖分析思維構(gòu)建

凌鴻

摘 要：化學(xué)工藝流程題已成為化學(xué)高考的熱點題型，具有較強(qiáng)的選拔功能。在元素化合物知識復(fù)習(xí)時，注意構(gòu)建工藝流程的思維模型、滲透工藝思維，有助于學(xué)生對工藝流程圖的分析、理解，提高學(xué)生提高從反應(yīng)理論到實際工藝應(yīng)用的能力。

關(guān)鍵詞：工藝流程;思維構(gòu)建;元素化合物復(fù)習(xí)

一、問題的提出

化學(xué)工藝流程題已成為化學(xué)高考的熱點題型，分值大，在高考中有著重要地位[1]。工藝流程題以無機(jī)化工產(chǎn)品的工藝流程為載體，對元素化合物、化學(xué)反應(yīng)原理、計算、實驗等知識進(jìn)行融合考查[2]，綜合性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的選拔功能。

化學(xué)工藝流程的命題熱點是與流程圖中緊密相關(guān)的知識，近三年全國Ⅰ卷都考查了試劑的作用、實驗條件的選擇、化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)計算等，具有橫向相似性的命題特點[1]。

化學(xué)工藝流程題還會考查一些與流程圖不直接相關(guān)的知識：如電子式的書寫、電解規(guī)律的運(yùn)用、速率影響因素等。2019年全國Ⅰ卷26題考查了電離平衡常數(shù)的應(yīng)用，Ⅱ卷26題考查了滴定原理的應(yīng)用，2018年全國Ⅰ卷27題考查了電解原理的應(yīng)用等。工藝流程題對流程外知識考查拓展了命題廣度，實現(xiàn)對化學(xué)主干知識的關(guān)注。

高三工藝流程題的復(fù)習(xí)一般是在復(fù)習(xí)完元素化合物和反應(yīng)原理的知識之后。由于距離元素化合物的復(fù)習(xí)有一段時間，學(xué)生對之前復(fù)習(xí)的內(nèi)容會有一定程度的遺忘，復(fù)習(xí)效果不理想。若在元素化合物知識復(fù)習(xí)時，注意構(gòu)建工藝流程圖分析的思維模型、滲透工藝思維，會在工藝流程專題復(fù)習(xí)取得更好的效果。元素化合物中的從海帶中提取碘、海水中鎂的提取、鋁土礦中提取鋁、硫酸工業(yè)生產(chǎn)等，都是構(gòu)建思維的模板，在復(fù)習(xí)時可以適當(dāng)挖掘和拓展。

二、構(gòu)建工藝流程解題思維

1、熟悉工藝流程題的出題模式：

（1）通用模型[3]，見圖1：

工藝流程的核心路徑是“原料一反應(yīng)一產(chǎn)品”，每個框圖流程的關(guān)鍵問題是“物質(zhì)一反應(yīng)一操作[1]。設(shè)問角度可以是物質(zhì)轉(zhuǎn)化、條件控制、循環(huán)物質(zhì)、pH變化、方程式書寫、Ksp計算、產(chǎn)率計算等。我們要以物質(zhì)進(jìn)出為線索，以工藝操作為重點，以產(chǎn)品獲取為目標(biāo)，從而理解工藝技術(shù)，讀體流程框圖，突破工藝流程題[1]。

例1（2019年全國Ⅰ卷26題）以硼鎂礦（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程見圖2：

這種類型呈現(xiàn)的信息是工藝生產(chǎn)中提取產(chǎn)品所涉及的操作。分析時要根據(jù)物質(zhì)分類的基本性質(zhì)，判斷濾渣、濾液的成分，結(jié)合化合價的變化，判斷氧化、還原反應(yīng)之后的產(chǎn)物。高考中，此類類型的工藝流程題居多。這種類型隱含物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，要求學(xué)生具有較扎實的元素化合物知識，難度較大。這也體現(xiàn)了高考出題的思想，立足于元素化合物基礎(chǔ)知識。

例2（2017年全國Ⅰ卷27題）利用鈦鐵礦（主要成分是FeTiO3，還含有少量的MgO、SiO2等雜質(zhì)）來制備Li4Ti5O12和LiFePO4。工藝流程見圖3：

這種類型呈現(xiàn)的信息是工藝流程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。題中所涉及的物質(zhì)是高中學(xué)生所不太熟悉的，為了能讓學(xué)生更好的解讀題目，就會采用這種形式。

2、抓住原型，深度教學(xué)：

基于對流程題模式的分析，下面以元素化合物中海帶提碘、鋁土礦提鋁、候氏制堿法、硫酸工業(yè)制備等為原型，探討流程思維的構(gòu)建和工藝思維的滲透。

（1）鋁土礦提取氧化鋁：

在復(fù)習(xí)完鋁及其化合物的性質(zhì)后，可以引導(dǎo)學(xué)生書寫兩種類型的流程。

工業(yè)上用鋁土礦（主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2）提取氧化鋁冶煉單質(zhì)鋁

學(xué)生通過畫流程圖，充分體會物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系、物質(zhì)的狀態(tài)與所選擇的分離方式之間的關(guān)系，構(gòu)建轉(zhuǎn)化—狀態(tài)—操作之間的聯(lián)系，熟悉流程分析的基本思維模式。在分析其他的流程圖時，就能夠很自然的將狀態(tài)和分離方式聯(lián)系起來，再進(jìn)行綜合分析。

（2）海帶提碘：

利用海帶提碘的基本流程，可以熟悉除了過濾、蒸發(fā)之外的萃取、蒸餾等操作，有利于學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識。海帶提碘的傳統(tǒng)流程見圖6。

海帶提碘中最后一步碘的苯溶液的分離，用蒸餾法一直存在爭議[4]，2015年浙江卷29題，采用了另外一種分離方法[2]，見圖7：

用NaOH溶液將碘從碘的CCl4溶液中反萃取出來，最后是用過濾的方法將碘從碘的懸濁液中過濾出來。在復(fù)習(xí)海帶提碘的時候，將這兩種流程對比分析，既能夠深入復(fù)習(xí)碘的物理、化學(xué)性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識，從不同角度、不同層次進(jìn)行思考，有助于他們發(fā)散思維、科學(xué)探索精神的提升。

3、抓住原型，滲透工藝思維：

工藝流程的分析，還會涉及富集（如海水提溴），循環(huán)物質(zhì)、副產(chǎn)物、母液（如侯氏制堿法）;催化劑條件選擇、工藝設(shè)備的復(fù)雜性（如工業(yè)制硫酸）等。在元素化合物的復(fù)習(xí)中，注意這些工藝思維的滲透，更有助于學(xué)生將理論知識與實際工業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系起來。

（1）侯氏制堿法，見圖8：

復(fù)習(xí)碳酸鈉的性質(zhì)時，可以利用聯(lián)合制堿法，讓學(xué)生更深刻的理解物質(zhì)溶解性的應(yīng)用。再結(jié)合流程，滲透物質(zhì)循環(huán)、副產(chǎn)物等工藝思維。合成氨工廠和制堿工廠是聯(lián)合在一起的，這樣有利于降低生產(chǎn)成本。產(chǎn)生的母液中有NaHCO3和NH4Cl，可以循環(huán)利用，還可以提取副產(chǎn)品。NaHCO3分解生成的CO2也可以循環(huán)利用，提高產(chǎn)率等。

（2）硫酸的工業(yè)生產(chǎn)，見圖9：

復(fù)習(xí)硫酸的工業(yè)生產(chǎn)時，可以滲透節(jié)約能源、降低成本、環(huán)境保護(hù)的思想，簡單介紹接觸室的熱交換器。合成三氧化硫是放熱反應(yīng)，放出的能量能夠通過熱交換器得到充分利用。尾氣主要成分是二氧化硫，可以生產(chǎn)副產(chǎn)品石膏等，減少酸雨的形成。

復(fù)習(xí)課培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)與關(guān)注高考并不矛盾，二者互相融合，有機(jī)滲透，更利于調(diào)動學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的積極性[2]。

三、反思總結(jié)

以上所述，是在元素化合物復(fù)習(xí)中，利用原型構(gòu)建工藝流程的解題思維，能使學(xué)生更好的理解流程圖?；瘜W(xué)教學(xué)中，應(yīng)關(guān)注學(xué)生思維過程以及思維的層次，可根據(jù)知識進(jìn)階的要求，在不同學(xué)習(xí)階段建構(gòu)不同的學(xué)習(xí)模型[2]。此外，要解好工藝流程題，還需要扎實的化學(xué)反應(yīng)原理的知識，如電解、熱化學(xué)、化學(xué)平衡、水溶液等。老師們在進(jìn)行高三知識復(fù)習(xí)時，應(yīng)深入研究高考試題，體會高考試題如何考查主干知識，才能引領(lǐng)學(xué)生既立足于高考，取得優(yōu)異成績，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能和創(chuàng)新精神，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)[2]。

參考文獻(xiàn)

[1]劉孝元，廖傳珠，肖中榮.2019年高中化學(xué)復(fù)習(xí)備考研究（一）[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2019（1）：43-63.

[2]徐軍.指向高考的深度學(xué)習(xí)研究—以無機(jī)工藝流程題復(fù)習(xí)為例[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（8）：46-49.

[3]王涵榮，衷明華.淺析廣東高考工藝流程題解題策略[J].江西化工，2015（2）：226-228.

[4]張金水.淺議高考化學(xué)實驗?zāi)芰疾榈内厔輀J].化學(xué)教學(xué).2018（1）：82-86.