流程結構透視 策略探究思考

王幼琴

[摘? ?要]化工流程題成為近幾年高考化學的熱點問題，該類問題以工業上物質的制取與提煉為背景，融合眾多的知識內容，信息量大、邏輯性強，注重考查學生的信息提取和綜合分析能力。以一道化工流程題為例，剖析流程題的解題思路，探究考題的結構，并提出相應的教學建議。

[關鍵詞]化工流程題;結構;解題思路

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）11-0064-02

一、題目呈現

題目：在化學工業中一般使用電石渣[主要成分為Ca（OH）2和CaCO3]為主要原料來制取KClO3，圖1是制備的主要工藝流程。

請據圖回答下列問題：

（1）氯化過程的電石渣控制

在制備的氯化過程中需要控制電石渣過量，溫度在75 ℃左右。氯化的原理是Cl2與Ca（OH）2反應生成Ca（ClO）2，而Ca（ClO）2進一步轉化為Ca（ClO3）2，同時有少量的Ca（ClO）2會分解為CaCl2和O2。

①試寫出Ca（ClO）2生成的化學方程式：________________________;

②在制取過程中為提升Cl2轉化為Ca（ClO3）2的轉化率，下列方法可以采用的是___________;

A.降低Cl2通入的速率

B.反應過程充分攪拌

C.加水使Ca（OH）2完全溶解

（2）氯化過程的方程式分析

氯化過程中物質轉化的總的反應方程式為6Ca（OH）2+6Cl2=Ca（ClO3）2+5CaCl2+6H2O，之后進行過濾操作。

①試分析濾渣的主要成分：___________;

②濾液中的物質呈現一定的物質的量之比，則n（Ca（ClO3）2）∶n（CaCl2） _________1∶5（填寫“大于”“小于”或“等于”）。

（3）產品的轉化分析

已知向濾液中加入過量的KCl固體，能夠將Ca（ClO3）2轉化為KClO3。如果KClO3的含量為100 g/L，圖2所示是部分物質的溶解度與溫度的關系，試分析要從溶液中盡可能多地析出KClO3固體（設KClO3的含量為100 g/L），可以采用的方法是_________。

二、解法剖析

上述考題是典型的化工流程題，題干以工藝流程框圖的形式呈現工業產品的主要提煉步驟，并搭配適當的文字描述來考查相關的化學工藝知識。分析題干的結構可以發現所有的流程步驟都是為問題服務的，主線是電石渣到KClO3的轉化過程。流程可細分為前處理、化學轉化和產品析出三個階段，分析時需要充分利用考題的信息。

本題根據流程設置為三個問題，問題（1），分析氯化過程，其中第①問考查化學方程式的書寫。根據題干信息可知反應物為Ca（OH）2和Cl2，而生成物為Ca（ClO）2、CaCl2和H2O，利用化合價的變化來配平方程式即可。第②問是基于轉化率考查固氣反應，需要結合化學反應的原理來分析：A選項，適當降低Cl2通入的速率可以使氯氣充分被吸收;B選項，充分攪拌可以使反應物充分接觸，因此利于氯氣被吸收;C選項，加水溶解Ca（OH）2反而會使其濃度降低，因此不利于轉化率的提升。選項A、B的方法正確。問題（2）是基于總的氯化反應方程式展開的問題分析。第①問分析濾渣的主要成分，首先需要理解過濾的原理，進而明確濾渣就是難溶或微溶于水的物質，然后結合電石渣的主要成分，很容易得知CaCO3難溶于水且不與氯氣反應，為濾渣之一;同時，上一步的反應過程中必然有一定的Ca（OH）2殘留，故為濾渣之二。第②問相對而言存在一定的難度，要分析化學反應中相關物質的量之比，不能僅僅根據化學反應式草率地得出結論，需要著重分析氯化反應的過程。根據題干信息可知Cl2與Ca（OH）2進行反應還會有Ca（ClO）2生成，因此其實際之比應該小于理論之比，即小于1∶5。問題（3），根據圖像確定物質析出的方法，解決實際問題。圖像呈現的是相關物質隨溫度變化的溶解度，要將KClO3從對應的溶液中析出，需要充分分析KClO3的溶解度特點。觀察圖像可知，KClO3的溶解度受溫度的影響最大，因此可以采用“先蒸發濃縮，再冷卻結晶”的方法。

參考答案：（1）①2Cl2+2Ca（OH）2= Ca（ClO）2+CaCl2+2H2O，②AB;（2）①CaCO3和Ca（OH）2，②小于;（3）先蒸發濃縮，再冷卻結晶。

三、探究思考

化工流程題作為應用性較強的綜合性考題，雖然知識拓展性強，難度相對較大，但考題的基本問題均來自化學的基礎知識點，可通過對應知識的綜合分析來解決。該類考題的題型特點、知識結構和解題思路存在一定的規律。下面將對其進行深入探究。

1.題型特點

化工流程題最為顯著的特點是給出一些提示性信息，配合工藝流程圖進行知識考查，其中對于流程圖的理解是破題的關鍵。在對流程圖進行分析時，可以采用分段處理的方式，即根據流程的作用及物質的變化將其分解為不同的階段。總體而言，對于化工產品的制備題，可以將其分為原料預處理階段、核心化學反應階段和產品的分離提純階段，如圖3所示。其中，核心反應中有時會涉及轉化率的提升和原料的循環利用，而產品的分離提純則涉及排放物的無害化處理，因此化工流程題也特別注重對綠色環保、循環利用主題的考查。如上述考題，打漿之前的流程就屬于原料的預處理階段，而用Cl2氯化到加KCl的轉化流程則屬于核心反應階段，最后的提純方法分析則屬于產品的分離提純階段。

2.知識結構

化工流程題的命制是在工藝流程基礎上對眾多化學考點的融合，因此其考查的知識內容存在一定的共性。根據化工流程的框圖階段分割可知，其主要內容涉及對原材料的預處理、化學反應的基本原理（氧化還原、化學平衡、離子反應等）、綠色化學理念和化工安全操作等知識。

對應工藝流程題的考查內容，又涉及眾多小的知識點，如預處理內容的溶解、灼燒、研磨等，化學反應中的條件控制、平衡移動、pH調節、方程式書寫和濃度分析等，而最后的物質分離和提純涉及對應的方法，如過濾、結晶、蒸餾、升華、鹽析等。充分掌握這些化學名詞和原理，對于工藝流程的分析是十分有利的。

3.解題思路

研究考題最為關鍵的一點是對其解題思路的分析，通過思路分析不僅可以充分掌握解題的方法，還可以形成基本的解題策略，這才是考題探究學習的意義所在。對于化工流程題可以采用如下解題思路：明晰整個化工流程的主要目的→結合信息分析每一步發生的化學反應→結合相應的化學知識思考對應的問題。

在具體分析時，首先可以大略讀題，整體把握物質的投入與產出;然后細致讀題，深入研究每一步的化學反應和基本原理;最后結合問題分析流程，規范作答。需要注意的是，一般化工流程題是模塊式問題，前后問之間并不存在相互影響，因此不必糾結于部分問題。在分析時，對于一些較為模糊的流程步驟或復雜的框圖，可以選擇性跳過，只需要對其基本的流程目的和最終產物有所了解即可。而對于題干給出的文字信息和圖形信息要多加注意，以便隨時調用，配合答題。

四、教學啟示

本題是在“注重應用，素質拓展”背景下命制的，不僅涉及眾多的知識內容，而且貼近生活生產實際。學習掌握該類題型對于學生的發展具有重大的意義。考題以工業上電石渣制取氯酸鉀的工藝為載體，融合方程式書寫、化學轉化率、物質的濃度分析、物質的提純方法等知識，綜合性、邏輯性較強，在解答時需要掌握一定的方法。

從化工流程題的結構來看，其屬于信息閱讀類題型，解題時需要充分調用題干的文字信息和圖表信息，從中提取關鍵信息助力解題。因此，在解題教學中，教師的首要任務是指導學生掌握讀題的方法，可以采用重點提煉的方式，即引導學生對題干中的重點語句畫線，從中提煉關鍵詞。而對于化工流程圖則需要引導學生關注流程中的關鍵過程、反應條件和控制方法等，指導學生解題時隨時調用提煉的信息，為解題服務。

從考題考查的內容來看，大部分來源于教材的重點知識，因此扎實學生的基礎是教師教學的重要任務。教師應引導學生回歸基礎，重視基礎問題的分析與解答，包括基本的反應原理、化學方程和操作方法，以及規范的語言表達和準確的術語描述;同時，引導學生進行知識的融合和體系的構建，形成對化學知識的總體性認識，促進學生知識遷移能力的提升。

（責任編輯 羅? ?艷）