淺析高考化學“工藝流程問題”的解題方法

于海宇，張曉卓，趙麗娜

(吉林師范大學 化學學院，吉林 四平 136000)

工藝流程問題主要是依據元素化合物、基本化學原理和化學計算的相關知識，通過生活生產中具體實例，將高中化學知識點與材料加工過程相聯系，通過嚴密的邏輯推理后所總結出的試題。隨著新課程標準的實施，化學考試大綱對學生的能力提出了更高的要求，體現了“接受、吸收、整合化學信息的能力”[1]。工藝流程題是近幾年高考的熱點，所占分值大，此類試題的陌生程度高，試題文字太多，考察知識面廣泛，綜合性強，新穎靈活，計算復雜，對學生的理解能力、解題能力和考場應試能力都是巨大考驗[2-3]。

在新課程的引領下，高考試卷中“工藝流程問題”命題的方向、內容、意圖致力于培養學生學科核心素養。學生對該問題的理解程度和作答情況，決定著化學學科分數的高低。因此，掌握好流程題的解題思路和策略，能有效地提升學生能力，提高學生分數。

1 方法與解析

1.1 首尾分析法

首尾分析法是以原料與產品之間的聯系入手，以共同元素為鏈進行分析，中間步驟是關于核心反應溶解、除雜、凈化、分離、投料等，但目的都是為了得到產品，可通過首尾結合考慮流程鏈。首尾呼應是解決流程問題的基本方法，適用于中間步驟中物質判斷有難度或粒子多而復雜的試題。工藝流程試題通常是以提取或生產某種產品為目標所呈現的實驗方案、實驗結果為基礎，根據給定的內容，選擇合適的試劑和步驟，補充過程中未被呈現的內容。試題取材廣泛，構思獨特新穎，內容復雜多樣，要求學生會首尾分析，綜合運用所學知識解決實際問題。

例1.(2018年全國II卷節選)以閃鋅礦(ZnS，含有SiO2和量FeS、CdS、PdS雜質)為原料制備金屬鋅的流程如圖1所示。

圖1 制備金屬鋅的流程

相關金屬離子[C0(Mnn+)=0.1mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH值范圍如表1。

表1 形成氫氧化物沉淀的pH值范圍

解析：在復雜步驟分析中，采用首尾分析法可使思路清晰，從首尾入手，整體把握原料閃鋅礦和產物單質鋅的生產鏈，不管中間步驟如何復雜，保證Zn不流失，最后得到純凈的單質鋅。流程中產生了氣體和濾渣，這些一定是不含鋅元素的物質，因為從經濟的角度分析，不應將目的產物浪費。金屬元素經過焙燒形成金屬氧化物不是氣體，只有非金屬硫元素在高溫焙燒狀態下與氧氣反應產生SO2。酸浸把固體物質溶解，除雜是把Zn2+以外的金屬離子以沉淀形式除去。濾渣1是不溶于H2SO4的SiO2和PbO與H2SO4生成的PbSO4固體，加入ZnO與過量的H2SO4反應，調節pH使Fe3+沉淀，通入氧氣才使Fe2+氧化為Fe3+，濾渣2為氫氧化鐵。溶液中還剩下Cd2+未除去，加入鋅粉發生置換反應Cd2++Zn=Cd+Zn2+，溶液中金屬離子只有Zn2+存在，通過電解溶液得到Zn。

1.2 逆向思維法

逆向思維法是用反向思維來解決常規思路難以解決的問題。逆向思維孕育著創造性思維的萌芽，培養學生創新能力，而中學階段又是學生思維能力發展的關鍵時期[4]。把逆向思維應用于工藝流程問題的解決，有利于試題的解答，逆著流程鏈往回推測物質和成分，往往能事半功倍。此法要求在認真領會的基礎上，選準切入點，多角度思考，多層次分析，多方位解答。這種方法適用于對原材料已知比較少或成分混合復雜，中間步驟反應條件很清楚，對目標產物很熟悉的試題。

例2.(2017年全國II卷節選)水泥主要成分為CaO、SiO2，并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖2所示：

圖2 測定水泥樣品中鈣含量的過程

解析：水泥的成分比較復雜，除鈣以外的元素多，正向分析要分別考慮每種氧化物的成分，鐵有三種氧化物，分析起來復雜，思路容易混亂。采用逆向分析，從草酸鈣和高錳酸鉀滴定開始，就無需考慮原物質的成分，節省時間，分析流程步驟簡單化。(NH4)2C2O4與濾液反應生成CaC2O4，說明此時的濾液中已無其他金屬離子，在pH值=4～5時Fe3+、Al3+可水解成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，且加熱可提高反應速率，加快沉淀生成。沉淀A是不溶于酸的SiO2，在分解水泥樣品過程中加入具有氧化性的HNO3，將分解的Fe2+完全氧化成Fe3+，便于后續沉淀處理，也可用其他氧化劑代替。從后往前，不考慮如何反應，只把需要的元素提煉出來，就可輕松地解題。

1.3 以點帶面法

以點帶面是用一個單位或地方的成功經驗來帶動許多單位或成片地方的工作。工藝流程題要以某一步驟的分析帶動整個題的分析，從某一個熟悉的經典反應類型或反應條件著手，挖掘反應流程的本質，抓住題中關鍵環節，尋找解題突破口，從而推斷出整個流程鏈。以點帶面適用于考察物質的性質、用途、特征、顏色、反應規律等命題，構建知識網絡圖，綜合考查學生應用元素及其化合物知識解決實際問題的能力。

例3.(2017年江蘇高考題節選)以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質)為原料制備鋁的一種工藝流程如圖3(注：SiO2在“堿溶”時轉化為鋁硅酸鈉沉淀)。

圖3 以鋁土礦為原料制備鋁的工藝流程

2 考點與總結

(1) 元素化合物知識點是工藝流程問題的基礎，人教版化學教材必修一第三章和第四章分別介紹了金屬和非金屬元素結構、性質、參加的反應、用途，涉及到生產生活中的化學反應，要求考生將已學過的知識與試題結合，把握個體到整體，個性到共性，做到舉一反三。

(2) 化學方程式體現了學科素養中變化觀念和平衡思想，需要判斷反應物與生成物后進行配平，根據元素守恒、電荷守恒、得失電子守恒補充隱含的粒子。考察氧化還原配平法是出題的常見形式，要熟悉氧化還原反應知識，特別是得失電子守恒的理解，還要合理利用題干或流程圖中給定的大量信息。

(3) 電化學應用于流程中的電解步驟，要掌握電解池基本原理，分清陰陽兩極放電粒子，陽極氧化反應的放電順序：活潑電極先放電，惰性電極的溶液中存在S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子，由于弱電解質水會電離出OH-，有溶液存在含氧酸根就不參加反應，陰極還原反應放電順序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Na+等。

(4) 化學計算要掌握一般計算公式，流程題中常考滴定問題，包括酸堿中和滴定法、氧化還原滴定法、沉淀滴定法，選修四中提及酸堿中和滴定，H+和OH-反應物質的量比為1∶1，從而C酸V酸=C堿V堿。流程題中氧化還原滴定較多，可根據化合價的變化得出物質反應比例，再進行計算。

3 結束語

時代性和應用性高考化學試題已成為高考熱點和亮點的新命題形式，更加注重考核知識與生活生產的聯系，生活化教學將成為未來教學的重要模式。通過工業流程問題來考察應用化學知識分析和解決實際問題的能力，高考大綱更加注重培養學生創新的意識、方法和品質。因此，在教學中除了讓學生掌握基礎知識外，還要讓學生養成科學態度、形成科學思維、掌握科學方法，培養理解能力，體驗探究過程和樂趣，感悟學習化學的價值所在。