化學工藝流程圖題的命題特點和應對策略

王保強

摘要： 認識化學工藝流程圖題的命題特點是解題的基礎。指出在分析化學工藝流程圖題時，可以從流程圖的呈現方式、流程圖中的化學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行解析。提出了解答化學工藝流程圖題的教學策略。

關鍵詞：化學工藝流程圖題；習題解析；教學策略；中學化學教學

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

化學知識在工業生產和生活實際中，有著廣泛的應用。在高考命題中為了體現化學學科知識的實用性，試題有時會以流程圖的形式出現。這類習題往往以真實的化學工業生產過程為命題素材，體現能力立意的高考命題指導思想。工藝流程圖題能夠綜合考查學生的基礎知識及應用解決實際問題的能力[1]。解答這類習題需要學生既要熟知工業生產的基本反應原理，同時要能對流程圖中所給出的關鍵信息進行解讀，理解有關的反應原理，對學生的能力要求較高。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工藝流程圖呈現出來，給考生答題帶來了不小的壓力。研究化學工藝流程圖題的命題特點，并有針對性地采用適當的應對策略，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行評價，指出流程圖的結構、特點和分類，孫國虎、王滋曼等結合命題趨勢，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。結合教學實踐，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，給出教學建議，從而提高課堂教學質量。

1 認識化學工藝流程圖題的命題特點

課程標準明確指出高中化學要使學生能夠運用所學知識解釋生產、生活中的化學現象，解決與化學有關的一些實際問題[2]。化學工藝流程圖題由于它更能體現生產實際，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過程進行概括和抽象，將主要操作步驟或物質轉化用框圖和箭頭連接起來，并以文字、表格或圖像補充相關的信息，然后根據流程中涉及的中學化學知識進行設問，從而構成與化工生產緊密聯系的試題。從考查內容上看，工藝流程圖題以原料到產物轉化為線索背景，以物質性質和物質的轉化為考查重點；從呈現方式上看，流程圖其基本結構包括題頭、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轉換或反應設備等主要生產工藝流程表示出來；從設問形式上看，流程圖比較新穎并且隱含的知識量較大，往往把化學理論、實驗設計、基本操作和元素化合物知識與流程融合在一起，問題設問對學生的能力要求明顯高于單一的圖表題，因而在教學中學生普遍反映化學工藝流程圖題較難解答[3]。針對這種情況，教學中要引導學生抓住命題特點，建立分析框架，總結出流程圖分析的一般思路，從而弄清和完成命題者的設問要求。

2 解析化學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”的現象。在面對大信息量的流程圖題時，要抓住流程圖的關鍵詞語，準確解讀其化學含義，同時要抽象出問題分析的本質特征，建立起信息分析的基本模型，即構建分析框架。

2.1 建立流程圖題的分析框架

通過抽象、簡化、假設、歸納等處理過程后，可以將某類實際問題用具體方式表達、建立起分析框架，然后用類比的方法對具體問題進行處理，找出解題的方法和思路。結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，化學工藝流程圖題從結構上看是由三個部分組成，這三個部分都能提供不同的化學信息。在解題時可以先全面認識流程圖的基本結構，明確題中關鍵詞的基本含義，進而理解由多個化學反應組成的實驗流程。教師在對這類習題進行歸納提煉時，可以從流程圖題呈現方式、化學規律和知識及解題方法進行剖析，提升學生對流程圖的整體認識，培養學生的思維品質。

2.2 理解流程圖中常用的關鍵詞

工藝流程圖題中給出部分文字信息，是流程圖中化學反應的關鍵提示信息，可能是具體物質，可能是實驗操作。對這些信息要進行仔細解讀，特別是表示相應的化學實驗操作的文字信息。因為這些操作目的是使相關的物質發生相應的物理或化學變化。表1列出了流程圖題中常見的有關實驗操作的關鍵詞[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過的物質，學生容易被陌生情景和專業術語嚇倒，甚至造成很多學生放棄解答。其實，很多設問都是各自獨立，無連帶效應的，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的問題，可以直接根據已有的知識去完成。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構后，對比分析流程示意圖中的初始原料與目標產品，從對比分析中找出原料與產品之間的關系，如純度、濃度、成分等不同的變化。這樣就需要弄清生產流程過程中原料轉化為產品的基本原理和除雜分離提純產品的化工工藝，然后結合題設的問題回答相關的化學原理或化學操作內容。

3 典型例題解析

從2012年高考試題中有關流程圖試題來看，工藝流程圖題常常以元素化合物知識為依托，以反應原理、實驗操作為考查重點，以物質制備為主要實驗目的。現以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”環節中，先加入 溶液，經攪拌等操作后，過濾，再加入 溶液調濾液pH至中性。

分析：此題是以雜鹵石為原料經過一系列物理、化學反應制取硫酸鉀的工藝流程圖題。從呈現方式來看，試題是以物質轉化的操作為主線的原料轉化工藝流程圖。題中溶浸操作是用Ca（OH）2溶液與雜鹵石進行充分反應，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，OH-可以與Mg2+反應，生成Mg（OH）2、CaSO4兩種沉淀然后進行過濾操作。在剩下的濾液中需要加入一種物質除去Ca（OH）2，根據首尾分析法的原理，加入的物質可以與Ca（OH）2發生反應，同時根據此題的實驗目的是制取硫酸鉀，這種加入的物質必須為鉀鹽，分析應該是K2CO3。濾液中剩余的是硫酸鉀溶液，進行蒸發濃縮得到固體硫酸鉀。

答案：（1）根據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并調節溶液的pH。

例題2 （2012·江蘇）廢棄物的綜合利用既有利于節約資源，又有利于保護環境。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過綜合利用回收銅并制備氧化鋅的工藝流程圖題。從呈現方式來看，試題是以物質轉化的操作為主線的原料轉化工藝流程圖。（1）電池銅帽溶解在稀H2SO4和H2O2 中，說明單質銅可以轉化為可溶于水的二價銅離子。根據電子守恒可知H2O2被還原為H2O。（2）此題的實驗目的是制備ZnO，可以分析出步驟⑥是Zn（OH）2固體受熱分解，步驟⑤應該是Zn（OH）2從溶液中析出，且不會有其他固體雜質析出。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+。①②兩步應把Fe3+、Fe2+轉化為沉淀，同時保持Zn2+不會沉淀。根據題目給出的離子生成沉淀所需pH的信息，可以得知應先將Fe2+氧化為Fe3+，然后調節pH使Fe3+全部沉淀，過濾后使Zn2+轉化為沉淀。

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；②滴加1.0 mol·L-1NaOH，調節溶液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，調節溶液pH 約為10（或8.9≤pH≤11），使Zn2+沉淀完全。

4 化學工藝流程圖題的教學策略

要想準確、順利地解答好工藝流程圖題，一方面要掌握物質的性質及其相互轉化規律，掌握除雜、分離提純物質等基本化學實驗技能；另一方面要應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

在教學中，有的學生拿到流程圖后，立即對題中的所有關鍵詞一個一個地進行解讀，希望能挖掘出深刻的含義。其實通過對流程圖結構進行分析可以知道，命題者對流程圖題的信息是通過不同的結構部分給出的。教學中教師要訓練學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、后續設問中的提示性信息，進而明確生產目的——制備什么物質，找到制備物質時所需的原料及所含雜質，提取出所給的相關信息——物質反應的化學方程式、物質穩定性、物質溶解性等。然后對比分析生產流程示意圖中的第一種物質原材料與最后一種物質產品，從對比分析中找出原料與產品之間的關系，弄清生產流程過程中原料轉化為產品的過程中依次進行的反應。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，應把握題目的主線，對整個流程形成完整、系統的理解。

4.2 注意基礎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，經常標出溫度、濃度等外界條件，對外界條件的分析主要從對反應速率和平衡轉化率的影響兩個角度入手。反應速率應從反應物接觸面積、接觸機會、溫度、反應物濃度、催化劑等方面思考，同時要結合試題的實際情境和物質的性質。若為不同狀態物質之間的反應，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物或生成物的性質保持穩定，加熱一般是加快反應速率或加速固體溶解；降溫是防止某物質在高溫時溶解，也可能是適當降低反應速率或使化學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在高溫時分解、揮發（如Br2）或發生副反應，也可能是使催化劑活性達到最高。

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

參考文獻：

[1]李新勇.江蘇省高考化學流程題的評析[J].化學教學，2012，（7）：53.

[2]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003：9.

[3]楊曉麗.對“化工流程圖”題的幾點思考[J].化學教與學，2011，（4）：79.

[4]劉全明. 化學工藝流程題的結構、特點、分類與解法[J].化學教學，2010，（3）：57.