運用建模思想強化核心素養
——高三二輪復習“化工流程題中的審題策略和答題規范”課堂實錄

李志紅

（南京第二十七高級中學江蘇南京210001）

運用建模思想強化核心素養
——高三二輪復習“化工流程題中的審題策略和答題規范”課堂實錄

李志紅

（南京第二十七高級中學江蘇南京210001）

建模思想是化學學習的重要工具。文章以高三專題復習課“化工流程題中的審題策略和答題規范”為例，在課堂設計中力圖貫徹建模思想，將化工流程進行程序化模型的建立，初步探究建模思想在高三復習課的應用，以提升高三復習課效率。

建模思想；教學模式；核心素養

建模是一種科學的思維方法，是一種認識的工具。其優點在于把研究對象的一些次要細節和非本質聯系或提取或舍去，從而建立程序化模型有助于判斷和推理。化學工業流程題是高三復習的重難點，在課堂設計中幫助學生建立化學工業流程的模型，有助于學生對化學工業流程各步驟及其作用有更清晰的理解，從而勝任化工流程類習題的考查，2017年3月筆者開設了一節以“化工流程題中的審題策略和答題規范”為主題的市公開課，以期探究建模思想在高三復習課的應用，尋求高效復習課模式，現整理出本節課教學實錄，以求教讀者。

一、對在教學中滲透建模思想的思考

近些年江蘇高考考查中的16、19兩題均以化工流程題為背景對元素化合物知識進行考查，16題側重于化工流程中的反應原理和操作層面的條件控制，而19題更側重于化工流程中實驗操作和實驗方案設計的考查，化工流程題分值大、份量重，但同學們卻因情境多變、信息提取不夠有效而對此題型產生畏難心理。因此本節課的設計力圖將化工流程進行程序化模型的建立，讓學生認識到“原材料的預處理—化學除雜—核心反應—分離提純—洗滌檢驗—純度計算”的完整流程結構，從而學會對題給流程信息進行有效提取，繼而學會提綱挈領利用模型進行審題分析、利用工業流程結構信息前后推敲并幫助解題。

建模思想在高三化學復習課中的使用可以提高復習效率，并對學生的化學核心素養進行有效的強化，因此筆者認為建模思想在復習課的應用是有效的，并值得嘗試。

二、教學過程實錄

［教師］大家好！今天我們復習的專題是“化工流程題的審題策略和答題規范”。

［教師］板書標題。

［教師］老師手上有一塊天然的硫鐵礦礦石，大家請看它的放大圖片，鏡頭下的硫鐵礦有一種迷人的光澤，表面規則美麗的小凸起是共生的石英晶體SiO2。

［學生］傳閱礦石，激發興趣。

［教師］硫鐵礦主要成分FeS2，常含有SiO2、Al2O3雜質，它是一種重要的化工原料，主要用于煅燒產生SO2而用于硫酸的工業制造。

［圖片展示］可是硫鐵礦煅燒得到的固體燒渣又該如何利用呢？

［教師］硫鐵礦燒渣常用于人工合成FeSO4糖漿、顆粒、藥片等各種補血藥物。接下來，我們來模擬設計，用硫鐵礦燒渣制備綠礬FeSO4·7H2O。

［學生思考］用硫鐵礦燒渣（主要成分Fe2O3，含少量SiO2、Al2O3）制備綠礬FeSO4·7H2O，請設計反應原理，用化學式和無機框圖格式繪制反應流程在學案上書寫，小組討論交流并匯報（可選用的試劑：鐵粉、稀硫酸和NaOH溶液）。

金屬離子Fe3+Al3+Fe2+開始沉淀的pH 1.1 3.0 5.8沉淀完全的pH 3.2 5.0 8.8

上表列出了相關金屬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）。

［學生］小組交流討論，抽樣實物投影展示反應原理設計方案，學生板書。

［師生討論］多組方案進行探討比較，選擇最優方案。

［教師］請同學們用紅筆將自己設計的反應流程劃分階段，并標注各階段的作用。

引導學生將反應原理設計劃分為三個階段：

①原材料預處理；②核心反應和化學除雜；③產品的分離提純。

［教師］同學們如果你是一位化學工程師，即將把自己設計好的方案投入繁忙的車間進行大批量生產，從提高速率、增大產率角度考慮，在生產的不同階段，還需要考慮哪些實際操作方面的問題呢？我們往往把這些問題稱為工業生產的條件控制。

［教師］老師將我們在工業流程題中常見的條件控制做成了卡片，請一名同學上臺，為反應流程的三個階段選擇適合的條件控制，以利于提高速率、增大產率，可以和臺下同學互動。

［學生］黑板上卡片對號入座：

粉碎過篩、研磨；升高溫度；充分攪拌（攪拌棒）；提高反應物的濃度；調節pH值（控制金屬離子水解）；調節pH值（控制核心反應）；酸溶（堿溶）；空氣攪拌；環境保護（資源綜合利用）；蒸發結晶（濃縮結晶）；過濾（趁熱過濾）；洗滌（冰水洗、醇洗）；檢驗洗滌是否完全；干燥（低溫干燥）。

［教師］引導學生討論提高溫度（防止揮發分解和促進不必要的水解）、提高濃度（對后續反應是否有影響）、空氣攪拌（是否有易氧化物質存在）等措施的選擇性使用。

［ppt展示］請結合下圖中綠礬溶解度曲線，思考如何從FeSO4溶液分離提純得到綠礬FeSO4·7H2O晶體？（討論分離提純方法的選擇性使用）

［學生回答］加熱濃縮至60℃飽和溶液，冷卻至近0℃結晶，過濾，少量冰水洗滌，低溫干燥。

［教師］化學反應原理和條件控制就像兩條紅線，貫穿在化工流程題的考查中。我們經過討論，掌握了解題的框架結構和基本的思考過程，我們接下來嘗試一下。

［解析］對學生提出要求。解題步驟：（1）審題，用下劃線畫出關鍵詞；（2）在流程圖中標出相關物質的化學式（;3）將工業流程題框圖進行階段劃分，讀取信息并規范作答。

［學生二模試卷圖片］分析學生的審題過程和解題思路。

16、（2017南京二模）硫酸鋅可用于制造鋅鋇白、印染媒染劑等。用鋅白礦（主要成分為ZnO，還含有Fe2O3、CuO、SiO2等雜質）制備ZnSO4·7H2O的流程如下。

相關金屬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計算）如下表：

金屬離子Fe3+Fe2+Zn2+開始沉淀的pH 1.1 5.8 6.4沉淀完全的pH 3.2 8.8 8.0

（1）“濾渣1”的主要成分為（填化學式）。“酸浸”過程中，提高鋅元素浸出率的措施有：適當提高酸的濃度、（填一種）。

（2）“置換”過程中，加入適量的鋅粉，除與溶液中的Fe3+、H+反應外，另一主要反應的化學方程式為。

（3）“氧化”一步中，發生反應的離子方程式為。溶液pH控制在［3.2，6.4）之間的目的是。

（4）“母液”中含有的鹽類物質有（填化學式）。

［詳細解析］

步驟：

（1）劃分流程，表揚學生良好的審題習慣。

（2）分析原材料預處理步驟中的濾渣1和條件控制的方法選擇。

（3）“置換”過程中，加入適量的鋅粉，除與溶液中的Fe3+、H+反應外，另一主反應的化學方程式是什么？討論離子反應的先后順序問題，結合后一步KMnO4氧化除鐵，確定“置換”過程中的離子反應以及濾渣2的成分為Cu。

（4）核心考點：“氧化”一步中的離子反應方程式書寫，展示學生答案并進行點評，提醒找全反應物、尊重原題給定條件，教師板書該離子反應方程式并教會配平方法。

（5）引導學生積極思考

［學生討論并講解］

①Fe2+如何反應生成Fe（OH）3？

②酸性KMnO4作強氧化劑的一般還原產物是什么？此題產物是什么？

③再讀題，為了得到MnO2而非Mn2+，進行了怎么樣的條件控制？

④因此，氧化反應時pH值控制在［3.2，6.4）區間共有哪些作用？

⑤為避免引入Mn2+雜質，KMnO4在弱酸性條件下被還原為易于分離的MnO2，此時加入過量KMnO4是否合適？

（6）規范作答并進行訂正。

［課堂總結］學會在形形色色的化工制備的新背景下，認識到共同的“原材料的預處理—化學除雜—核心反應—分離提純—洗滌檢驗—純度計算”的模型結構，這種程序化有利于我們進行清晰的審題，在新背景下透過現象、看到本質，再運用我們牢固的基礎知識、規范的書寫表達，同學們方能在嚴苛的解題考驗中立于不敗之林。可總結為“審題有策略、答題有規范”，下課！謝謝大家。

三、教學反思

本節課的教學，從硫鐵礦石實物的觀察過渡到燒渣人工合成FeSO4藥物的實際用途，讓學生充分認識到化學工業制備推動人類文明進步的作用，同時以此為載體，讓學生模擬設計用硫鐵礦燒渣制備綠礬FeSO4·7H2O反應原理（改編自2013年江蘇高考卷19題），小組交流討論實驗方案優缺點并進行最佳設計方案選擇。方案選擇的熱烈討論，引發了學生對工業流程實際操作層面上條件控制的再思考，而化工流程題中的反應原理和實際操作的條件控制兩方面正是該類考查的重難點。

教學過程中，引導學生建立化工流程中物質制備的“原材料的預處理—化學除雜—核心反應—分離提純—洗滌檢驗—純度計算”的模型結構，程序化思維有利于學生在新背景下透過現象看本質，清晰審題，更有益于幫助學生在反應原理、反應條件、符號、圖形等眾多信息中提煉出簡化和清楚的反應主線。因此，對化工制備流程模型的建立，解決的不是一道習題，而是一類問題。

建模思想在高三化學復習課中的嘗試使用提高了復習課效率，提供給學生解決化工流程題的一個思維角度，并有效地提升了學生化學核心素養，此節課僅作為筆者對建模思想應用于高三復習教學和提升學生化學核心素養的一個粗淺和不成熟的嘗試以供讀者賜教。

［1］鐘啟泉.基于核心素養的課程發展：挑戰與課題［J］.全球教育展望，2016（1）：2-4

［2］蓋建民.模型化思維論析［J］.科學技術與辯證法，2001（1）：17-21

［3］王敬義.建模思想在化學學習中的幾種應用［J］.中學化學教學參考，2007（3）：20-21

1008-0546（2017）09-0043-03

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.013