培養系統思維能力 提高化工流程復習效率

熊建飛 吳利敏

河南

系統思維是把認識對象作為系統，從各要素的性質以及系統和要素、要素和要素、系統和環境之間的相互作用、相互影響中綜合地考查認識對象的一種思維方式。系統思維重視整體思考，同時注意在整體的前提下具體研究解決局部問題。在分析和處理問題的過程中，始終從整體來考慮，在整體觀的指導下，使局部問題得到解決。在進行系統思維時，注意系統內部的結構性，各部分既相對獨立，又相互聯系，從結構方面入手，使思維更清晰。在具體解決局部問題時，抓住關鍵要素，使目標更明確。把所要研究的對象看作一個系統，然后深入系統內部細致分析問題，再跳出系統看系統。

一、從系統思維的角度分析教材

化工流程這類試題“起點高，落點低”，考查的知識點比較分散，都是初、高中教材中出現的比較基礎的知識，其特點比較零散、不系統。針對所考查的知識點，對人教版初高中教材進行系統分析，結果如下表1所示：

表1 從系統思維的角度分析教材

續表

由表1可以看出，化工流程題所涉及的知識點包括九年級(上、下)冊部分內容,《必修1》全冊,《必修2》第四章,《選修4》第二章、第三章、第四章,《選修5》第一章。

二、從系統思維的角度分析化工流程

化工流程的目的是通過一系列的除雜過程獲得最終的產品，我們就可以將整個流程看作是一個系統，而其中的每個步驟即是系統中的部分，核心化學反應和基本實驗操作則可看作是各部分的要素。因此，用系統思維分析化工流程試題具有可行性。

例12015新課標Ⅰ第27題：

硼及其化合物在工業上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示：

回答下列問題：

(1)寫出Mg2B2O5·H2O與硫酸反應的化學方程式__________。為提高浸出速率，除適當增加硫酸濃度外，還可采取的措施有_________(寫出兩條)。

(2)利用________的磁性，可將其從“浸渣”中分離。“浸渣”中還剩余的物質是________(化學式)。

(3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是________。然后再調節溶液的pH約為5，目的是________。

(4)“粗硼酸”中的主要雜質是________(填名稱)。

(5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4)，它是有機合成中的重要還原劑，其電子式為________。

(6)單質硼可用于生成具有優良抗沖擊性能硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質硼，用化學方程式表示制備過程:__________。

1.從總體上認識和把握

把整個流程看作一個系統，此題的目的是以鐵硼礦為原料來制備硼酸，從題所給的信息來看，原料中含有較多的雜質，而這些雜質都是要在中間過程中被除去。在除雜的時候要用到多個核心化學反應和分離提純操作，在具體分析每一個步驟時，要始終明確一點：保留目標物質，雜質分步除去，這是所要解決的關鍵問題。

2.深入系統內部細致分析問題

在分析的時候，不能就題論題，要“既看到樹木，又看到森林”。整個流程可以看作一個大系統，而每個步驟可以看作一個小系統，每個小系統既是相對獨立的，又是彼此關聯的。在分析某一個小系統時，既要向前看到上一個小系統含有的雜質，又要向后看到下一個小系統所含的雜質，對比前后減少的雜質即是被此步操作除去的。明確了此步操作的目的后，即可根據已有知識或題中信息作出解答。

將本題分成三個小系統：

系統1. 硫酸浸出和過濾

本系統所涉及的問題為(1)和(2)。

系統2. 凈化除雜和過濾

本系統所涉及的問題為第(3)小問：“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是__________。然后再調節溶液的pH約為5，目的是__________。

系統3. 蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾

本系統所涉及的問題為第(4)小問：“粗硼酸”中的主要雜質是________(填名稱)。

3.跳出系統看系統

化工流程的目的是要得到人們所需要的產品，而所得的產品肯定有它的用途和價值，在用途和價值方面，可以設置一些問題，起到了與其他知識相銜接的作用，如原料利用率的計算、產品純度計算等。在情感態度與價值觀方面，培養學生對化學的正確認識，化學是一把雙刃劍，在給人們提供便利的同時，也帶來了環境問題。如第(5)、(6)小問從硼酸用途的角度來設置問題。

例22018新課標Ⅰ第27題：

焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在醫藥、橡膠、印染、食品等方面應用廣泛。回答下列問題：

(1)生產Na2S2O5，通常是由NaHSO3過飽和溶液結晶脫水制得。寫出該過程發生的化學反應方程式：_________________。

(2)利用煙道氣中的SO2生產Na2S2O5的工藝為

①pH=4.1時，Ⅰ中為___________ 溶液。

②工藝中加入Na2CO3固體，并再次充入SO2的目的是____________________。

(3)制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3，陽極的電極反應式為____________________。電解后， 室的NaHSO3濃度增加，將該室溶液進行結晶脫水，可得到Na2S2O5。

(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑，在測定某葡萄酒中Na2S2O5的殘留量時，取50.00 mL葡萄酒樣品，用 0.010 00 mol·L-1的碘標準液滴定至終點，消耗10.00 mL，滴定反應的離子方程式為_________________________，該樣品中Na2S2O5的殘留量為___________g·L-1(以SO2計)。

表2 從系統思維的角度分析2018新課標Ⅰ第27題

續表

三、系統思維的可行性