高考化學工業流程題解答策略

聶光明

本文系2016年度河南省基礎教育教學研究項目《高中化學實施有效教學的策略研究》（JCJYC16070532）的研究成果。

摘 要：在新課程基本理念指引下，高考化學試題對學生基本知識、基本能力的考察在內容和形式上正發生著變化，傳統的無機推斷題正逐步演變為化學工業流程題。該題型綜合性強，難度大。為了提高課堂教學效果，實現有效教學，本文對這一題型的解答提出了策略建議。

關鍵詞：高考試題；工業流程；策略建議；有效教學

新課程基本理念指出：“從學生已有的經驗和將要經歷的社會生活實際出發，幫助學生認識化學與人類生活的密切關系，關注人類面臨的與化學相關的社會問題，培養學生的社會責任感、參與意識和決策能力。”高考化學試題中對學生基本知識、基本能力的考察在內容和形式上也隨著課程標準對課程的基本理念的描述而發生著變化。縱觀近幾年各地高考試題，傳統的無機推斷題正逐步演變為化學工業流程題。化學工業流程題（簡稱化工流程題）是根據化學課程與教學的評價要求和學生的知識儲備及其認識發展階段水平，將化工生產過程中的主要操作步驟或物質轉換用清晰、簡潔、明確、能夠符合學生閱讀理解基本能力的流程圖的形式將其呈現出來，然后根據流程中涉及的中學化學知識進行設問，從而形成與化工生產緊密聯系的試題。

一、化工流程題基本結構

題頭：介紹該工藝生產的原料、目的、原理。

題干：用框圖形式將操作步驟、物質轉換、分離提純等主要生產工藝流程呈現出來。

題尾：根據流程中涉及的化學知識設問。一般包含原料的溶解，物質的富集，各步驟產物的成分確定，主要產品的提純原理與操作，目標產物的產率、原料轉化率的計算等。通常涉及氧化還原反應、離子反應、溶液的酸堿性、化學反應速率、化學平衡、難溶電解質溶解平衡、電化學等化學核心問題。

二、化工流程題基本特點

1.取材真實

試題以真實的化工生產過程為背景，通過對該工業流程進行簡化編制成試題。通過真實的化學工業情景，充分體現了化學知識的應用價值，讓學生體會學有所用，體會化學與人類的生產和生活密切相關。

2.信息量大

題目往往會先介紹該工業產品在生產生活中的實際用途，生產該產品所采用的原材料、工藝等。在題干中，會經常出現一些在學生理解范圍內的化工術語，例如煅燒、粉碎、酸浸、表面處理。命題者有時還會根據學生理解該工業流程或者答題的需要，給出一定的物理化學數據，例如物質的溶解度、熔沸點，金屬陽離子沉淀的pH范圍。

3.角度廣泛

化學工業流程題就像是一個大拼盤，能很好地把許多高中化學知識有機結合在一起，考查的內容幾乎可以遍布高中化學的每一個模塊，例如化學基本概念與理論、元素及其化合物、化學實驗、化學計算。

4.呈現形式簡潔

根據學生的認知水平及知識儲備對流程中的信息進行簡化處理，用簡潔、清晰、明確、符合學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過程或前后數據中，找到其前后關系難度較大。

6.綜合能力要求高

試題構思新頻，命題角度靈活，涉及知識面廣，要求學生熟練掌握高中化學基礎知識。而且題目閱讀量較大，要求學生能夠在較短時間內閱讀并理解信息，然后提取有用信息進行答題。因此要很好地解答化工流程題，學生要具備較高的化學學科能力素養。

三、化工流程題解答策略

1.尋找工業生產流程主線與核心

通過工業生產流程的主線，對化工生產的流程和工藝手段、操作的名稱和目的進行分析，其規律是“主線主產品，分支副產品，回頭為循環”。如下圖：

2.正確理解流程圖前后的關系

分析每步反應的反應物、產物及副產物，通過流程的前后聯系，明確整個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。比如原料的預處理主要是對原料進行表面處理，然后除雜、凈化，方便后續的操作。產物的制備主要涉及核心反應的反應條件控制。物質的分離與提純主要是把產物與副產物根據理化性質的不同進行分離，并且對產物進行提純。各個環節往往還涉及物質的循環使用、污染物的處理等“綠色化學”問題。

3.挖掘圖表中有效信息和關鍵字詞

化工流程題將所要表達的信息以文字、框圖、表格、圖像等形式呈現出來，而解題需要對這些信息進行閱讀、整理、分析、理解、組合和應用，找出有效信息，發現問題，打破慣性思維，將信息向深層次拓展，進行信息整合，為正確解答問題創造條件。

4.熟悉常見工藝手段、操作名稱和目的

（1）原料的預處理

涉及的原料，一般是礦石、工業廢渣、工業廢水等。常見的預處理的方法有：①高溫煅燒、灼燒、焙燒——使物質的結構發生改變，或者讓原料中某些雜質經過煅燒后變成可揮發性的物質而除掉，方便后續的處理與操作。②研磨——以增大接觸面積而加快反應速率。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溶解；酸浸——加入酸讓可溶于酸的物質溶解，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溶解，一般是酸性氧化物或者鋁及其化合物。

（2）反應條件的控制

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，比如調節pH使Fe3+、Cu2+分步形成氫氧化物沉淀。②控制蒸發或反應時的氣體氛圍：比如蒸發或反應從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防其水解。③溫度的控制：控制反應速率或促使平衡向某個方向移動；促進（或抑制）某物質結晶析出；防止某些物質在高溫時分解，如有H2O2參與的反應。④趁熱過濾：若目的是獲得固體，則是為了防止其他物質析出導致產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；若是揮發性有機溶劑（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.掌握化學工藝流程題的解題思路與技巧

（1）了解化工流程題的設問特點

①問題各自相對獨立，一般無連帶關系，一個問題解決不了不會影響下一個問題的解決。②題目中看似超綱的內容要么有信息提示，要么與解答題目無關。③題目中往往有與流程圖無關的問題設問，可以根據已有的知識直接去完成。

（2）形成基本答題模式，注重文字敘述規范

常見的答題策略有：①分離提純操作化學用語：蒸發濃縮、冷卻結晶；過濾（趁熱過濾）；萃取、分液；蒸餾（分餾）等。②平衡移動有關問題解答需遵循“闡明體系中存在的核心平衡→所采取的措施、改變的條件→導致平衡如何移動、產生什么結果”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）→描述現象→得出結論。④物質檢驗操作步驟：取少量樣品→加入試劑→觀察現象→得出結論。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，重復以上操作2～3次。⑥檢驗沉淀是否洗干凈：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，應該寫明“是為了除去某物質中的什么雜質”，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，在醫藥上也可用于治療消化性潰瘍出血。工業上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產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）反應釜中發生反應的離子方程式為______。在實際生產中，常同時通入O2以減少NaNO2的用量，若參與反應的O2有11.2 L（標準狀況），則相當于NaNO2的物質的量約為_________。

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

（5）相對于常壓蒸發，減壓蒸發的優點是_____。

【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，發生反應：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O，Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O，Fe2（SO4）3+Fe=3FeSO4。然后加入NaHCO3并攪拌，調節溶液的pH，發生反應：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發生氧化還原反應生成Fe3+、NO，將溶液蒸發濃縮、過濾得到堿式硫酸鐵。（1）廢鐵屑粉碎，可以增大反應物接觸面積，增大反應速率。（2）根據氫氧化物沉淀的pH知，在pH為4.4～7.5之間將Al3+轉化為Al（OH）3沉淀，而Fe2+不能生成沉淀，所以加入NaHCO3的目的是調