工藝流程圖分析思維構建

凌鴻

摘 要：化學工藝流程題已成為化學高考的熱點題型，具有較強的選拔功能。在元素化合物知識復習時，注意構建工藝流程的思維模型、滲透工藝思維，有助于學生對工藝流程圖的分析、理解，提高學生提高從反應理論到實際工藝應用的能力。

關鍵詞：工藝流程;思維構建;元素化合物復習

一、問題的提出

化學工藝流程題已成為化學高考的熱點題型，分值大，在高考中有著重要地位[1]。工藝流程題以無機化工產品的工藝流程為載體，對元素化合物、化學反應原理、計算、實驗等知識進行融合考查[2]，綜合性強，具有較強的選拔功能。

化學工藝流程的命題熱點是與流程圖中緊密相關的知識，近三年全國Ⅰ卷都考查了試劑的作用、實驗條件的選擇、化學方程式的書寫、化學計算等，具有橫向相似性的命題特點[1]。

化學工藝流程題還會考查一些與流程圖不直接相關的知識：如電子式的書寫、電解規律的運用、速率影響因素等。2019年全國Ⅰ卷26題考查了電離平衡常數的應用，Ⅱ卷26題考查了滴定原理的應用，2018年全國Ⅰ卷27題考查了電解原理的應用等。工藝流程題對流程外知識考查拓展了命題廣度，實現對化學主干知識的關注。

高三工藝流程題的復習一般是在復習完元素化合物和反應原理的知識之后。由于距離元素化合物的復習有一段時間，學生對之前復習的內容會有一定程度的遺忘，復習效果不理想。若在元素化合物知識復習時，注意構建工藝流程圖分析的思維模型、滲透工藝思維，會在工藝流程專題復習取得更好的效果。元素化合物中的從海帶中提取碘、海水中鎂的提取、鋁土礦中提取鋁、硫酸工業生產等，都是構建思維的模板，在復習時可以適當挖掘和拓展。

二、構建工藝流程解題思維

1、熟悉工藝流程題的出題模式：

（1）通用模型[3]，見圖1：

工藝流程的核心路徑是“原料一反應一產品”，每個框圖流程的關鍵問題是“物質一反應一操作[1]。設問角度可以是物質轉化、條件控制、循環物質、pH變化、方程式書寫、Ksp計算、產率計算等。我們要以物質進出為線索，以工藝操作為重點，以產品獲取為目標，從而理解工藝技術，讀體流程框圖，突破工藝流程題[1]。

例1（2019年全國Ⅰ卷26題）以硼鎂礦（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）為原料生產硼酸及輕質氧化鎂的工藝流程見圖2：

這種類型呈現的信息是工藝生產中提取產品所涉及的操作。分析時要根據物質分類的基本性質，判斷濾渣、濾液的成分，結合化合價的變化，判斷氧化、還原反應之后的產物。高考中，此類類型的工藝流程題居多。這種類型隱含物質間的轉化關系，要求學生具有較扎實的元素化合物知識，難度較大。這也體現了高考出題的思想，立足于元素化合物基礎知識。

例2（2017年全國Ⅰ卷27題）利用鈦鐵礦（主要成分是FeTiO3，還含有少量的MgO、SiO2等雜質）來制備Li4Ti5O12和LiFePO4。工藝流程見圖3：

這種類型呈現的信息是工藝流程中物質的轉化。題中所涉及的物質是高中學生所不太熟悉的，為了能讓學生更好的解讀題目，就會采用這種形式。

2、抓住原型，深度教學：

基于對流程題模式的分析，下面以元素化合物中海帶提碘、鋁土礦提鋁、候氏制堿法、硫酸工業制備等為原型，探討流程思維的構建和工藝思維的滲透。

（1）鋁土礦提取氧化鋁：

在復習完鋁及其化合物的性質后，可以引導學生書寫兩種類型的流程。

工業上用鋁土礦（主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2）提取氧化鋁冶煉單質鋁

學生通過畫流程圖，充分體會物質之間的轉化關系、物質的狀態與所選擇的分離方式之間的關系，構建轉化—狀態—操作之間的聯系，熟悉流程分析的基本思維模式。在分析其他的流程圖時，就能夠很自然的將狀態和分離方式聯系起來，再進行綜合分析。

（2）海帶提碘：

利用海帶提碘的基本流程，可以熟悉除了過濾、蒸發之外的萃取、蒸餾等操作，有利于學生鞏固基礎知識。海帶提碘的傳統流程見圖6。

海帶提碘中最后一步碘的苯溶液的分離，用蒸餾法一直存在爭議[4]，2015年浙江卷29題，采用了另外一種分離方法[2]，見圖7：

用NaOH溶液將碘從碘的CCl4溶液中反萃取出來，最后是用過濾的方法將碘從碘的懸濁液中過濾出來。在復習海帶提碘的時候，將這兩種流程對比分析，既能夠深入復習碘的物理、化學性質，培養學生運用所學知識，從不同角度、不同層次進行思考，有助于他們發散思維、科學探索精神的提升。

3、抓住原型，滲透工藝思維：

工藝流程的分析，還會涉及富集（如海水提溴），循環物質、副產物、母液（如侯氏制堿法）;催化劑條件選擇、工藝設備的復雜性（如工業制硫酸）等。在元素化合物的復習中，注意這些工藝思維的滲透，更有助于學生將理論知識與實際工業生產聯系起來。

（1）侯氏制堿法，見圖8：

復習碳酸鈉的性質時，可以利用聯合制堿法，讓學生更深刻的理解物質溶解性的應用。再結合流程，滲透物質循環、副產物等工藝思維。合成氨工廠和制堿工廠是聯合在一起的，這樣有利于降低生產成本。產生的母液中有NaHCO3和NH4Cl，可以循環利用，還可以提取副產品。NaHCO3分解生成的CO2也可以循環利用，提高產率等。

（2）硫酸的工業生產，見圖9：

復習硫酸的工業生產時，可以滲透節約能源、降低成本、環境保護的思想，簡單介紹接觸室的熱交換器。合成三氧化硫是放熱反應，放出的能量能夠通過熱交換器得到充分利用。尾氣主要成分是二氧化硫，可以生產副產品石膏等，減少酸雨的形成。

復習課培養學生的核心素養與關注高考并不矛盾，二者互相融合，有機滲透，更利于調動學生發展核心素養的積極性[2]。

三、反思總結

以上所述，是在元素化合物復習中，利用原型構建工藝流程的解題思維，能使學生更好的理解流程圖。化學教學中，應關注學生思維過程以及思維的層次，可根據知識進階的要求，在不同學習階段建構不同的學習模型[2]。此外，要解好工藝流程題，還需要扎實的化學反應原理的知識，如電解、熱化學、化學平衡、水溶液等。老師們在進行高三知識復習時，應深入研究高考試題，體會高考試題如何考查主干知識，才能引領學生既立足于高考，取得優異成績，又能激發學生的學習潛能和創新精神，提升學生的化學學科核心素養[2]。

參考文獻

[1]劉孝元，廖傳珠，肖中榮.2019年高中化學復習備考研究（一）[J].中學化學教學參考，2019（1）：43-63.

[2]徐軍.指向高考的深度學習研究—以無機工藝流程題復習為例[J].中學化學教學參考，2018（8）：46-49.

[3]王涵榮，衷明華.淺析廣東高考工藝流程題解題策略[J].江西化工，2015（2）：226-228.

[4]張金水.淺議高考化學實驗能力考查的趨勢[J].化學教學.2018（1）：82-86.