基于思維建模的高考化學(xué)工藝流程題解題策略

洪德容 洪耀輝

摘 要：化學(xué)工藝流程題與真實(shí)化工生產(chǎn)為命題背景，全面考查學(xué)生的綜合能力，考試區(qū)分度高。通過解題方法的思維模型構(gòu)建，讓學(xué)生掌握解答此類題目的思路、技巧，建立規(guī)范的答題模式，從而提高得分率。

關(guān)鍵詞：思維建模;高考化學(xué);工藝流程題;解題策略

從2017年開始，全國高考做了一個(gè)大的變動，把化學(xué)工藝流程題從選考題中刪除，但是列為必修內(nèi)容，作為主干知識進(jìn)行考查[1]。化學(xué)工藝流程題是以真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)過程為背景，將化工生產(chǎn)流程用框圖形式表現(xiàn)出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識設(shè)問，考查內(nèi)容涵蓋原料預(yù)處理、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護(hù)等，綜合考查學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)知識的掌握情況及靈活應(yīng)用知識解決問題的能力，對學(xué)生綜合能力有更高的要求。因此，分析化學(xué)工藝流程題命題特點(diǎn)，建立解題方法的思維模型，對幫助學(xué)生提高解題能力具有重要的意義。

一、化學(xué)工藝流程題的命題特點(diǎn)

化學(xué)工藝流程題的生產(chǎn)流程框架通常以一個(gè)核心化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，以原料預(yù)處理、產(chǎn)品分離提純、獲得產(chǎn)品為主線，考查內(nèi)容涵蓋反應(yīng)條件控制、副產(chǎn)品生產(chǎn)、排放物處理、原料循環(huán)利用等內(nèi)容。題目包含三個(gè)要素[1]：題頭、題干、題尾。題頭：簡要介紹該生產(chǎn)原料和工藝生產(chǎn)的目的，即預(yù)期產(chǎn)品（包含副產(chǎn)品）。題干：用框圖形式將原料到產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝流程表示出來。題尾：根據(jù)生產(chǎn)過程中涉及的化學(xué)知識，設(shè)置一系列問題。上述生產(chǎn)流程框架可用圖1表示。

二、化學(xué)工藝流程題解題思維模型構(gòu)建

解答化學(xué)工藝流程題的一般思路是，首先粗讀題目，盡量弄懂流程圖，但不一定一下子就將整個(gè)流程全部弄懂。其次是帶著問題逐一分析流程圖，利用所學(xué)的化學(xué)基礎(chǔ)知識，結(jié)合題中有關(guān)文字描述、表格信息及關(guān)鍵字眼整合，從而作出回答。同時(shí)由于流程圖中一般會出現(xiàn)超綱知識，要求學(xué)生要開拓思維，善于將所學(xué)知識與實(shí)際相聯(lián)系，提高分析和解決問題的能力。另外，有些問題根本不需要理清生產(chǎn)流程圖就可以答題，比如原料預(yù)處理時(shí)提高原料利用率的方法或者提高反應(yīng)速率的方法等。工藝流程題的一個(gè)特點(diǎn)即前后問題不一定有聯(lián)帶關(guān)系，所以解題時(shí)應(yīng)注意分步得分，不可因前面問題答不上來，就放棄了后面的內(nèi)容。遇到某一空不會要及時(shí)放棄，以免影響其他問題的作答。

教師要幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)工藝流程題解題思維模型，讓學(xué)生掌握解題的規(guī)律和方法，拓寬思路，從而提高解決這類題目的能力。所謂思維模型構(gòu)建（簡稱“思維建模”）是通過抽象概括，將研究的問題轉(zhuǎn)化歸納普遍的規(guī)律方法，從而再利用這個(gè)規(guī)律方法解決更多類似問題的思維方法[2]。化學(xué)工藝流程題解題的思維建模，如圖2所示。

此外，學(xué)生答題還要注意規(guī)范性。教學(xué)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生在文字?jǐn)⑹鲱愵}目的答題時(shí)，存在下筆千言，離題萬里的現(xiàn)象，明明知道問題的所在，但就是答不到點(diǎn)上，因此在解答化學(xué)工藝流程題時(shí)，應(yīng)明確答題的規(guī)范性，以下是常見的一些答題模版。

洗滌沉淀：往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復(fù)操作2～3次。

檢驗(yàn)沉淀是否洗干凈：取最后一次洗滌液少量，加入XX試劑，出現(xiàn)什么現(xiàn)象，通過檢驗(yàn)其中是否含某一種離子，從而判斷是否洗滌干凈。

從溶液中得到晶體：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾、洗滌、干燥;或者蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾、洗滌、干燥。

在寫某一步驟是為了除雜時(shí)，應(yīng)該注明“是為了除去XX雜質(zhì)”，不能只寫“除雜”等萬金油式的答法。

控溫：（用水浴或油浴控溫）

使催化劑的活性達(dá)到最好;防止某種物質(zhì)溫度過高時(shí)會分解或揮發(fā);為了使某物質(zhì)達(dá)到沸點(diǎn)揮發(fā)出來;防止副反應(yīng)的發(fā)生;降溫或減壓可以減少能源成本，降低對設(shè)備的要求，達(dá)到綠色化學(xué)的要求。

通過答題的規(guī)范性要求訓(xùn)練，學(xué)生就可以更加科學(xué)準(zhǔn)確地答題，避免不必要的失分。

三、例題分析

（2019年高考全國Ⅲ卷第26題）高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如下圖所示。回答下列問題：

相關(guān)金屬離子[c0（Mn+）=0.1mol·L?1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

（1）“濾渣1”含有S和__________________________;寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應(yīng)的化學(xué)方程式__________________________。

（2）“氧化”中添加適量的MnO2的作用是__________________________。

（3）“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為_______～6之間。

（4）“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“濾渣3”的主要成分是______________。

（5）“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度過高，Mg2+沉淀不完全，原因是__________________________。

（6）寫出“沉錳”的離子方程式__________________________。

（7）層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學(xué)式為LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合價(jià)分別為+2、+3、+4。當(dāng)x=y=時(shí)，z=____________________________________________________。

本題利用上述思維建模解題，首先粗略瀏覽全題。明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚蠢锰烊欢趸i粉與硫化錳礦制備高純硫酸錳。接下來精讀試題，根據(jù)問題詳審流程，帶著問題分析流程圖，將問題逐個(gè)突破。第一個(gè)問題“濾渣1”中所含成分可從原料通過酸浸預(yù)處理分析，由于原料中含有硅元素，結(jié)合元素化合物知識可以聯(lián)想到不溶于硫酸的可能是SiO2或是硅酸鹽，同時(shí)由于“濾渣1”含有S，利用元素的價(jià)態(tài)觀，可得出加入H2SO4時(shí)，存在氧化還原反應(yīng)，MnS中硫元素被氧化，則MnO2中錳元素應(yīng)當(dāng)被還原為+2價(jià)的Mn2+，于是就不難寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應(yīng)的化學(xué)方程式。目標(biāo)產(chǎn)物是MnSO4，因而其它元素都是雜質(zhì)，需要逐一除去，變價(jià)金屬鐵存在的形式可能有Fe2+的形式，因此根據(jù)題中表格信息可知要將Fe2+轉(zhuǎn)化為較易形成沉淀而除去的Fe3+，則“氧化”中添加適量的MnO2的作用就不言而喻了。第三問“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍考查的就是學(xué)生信息加工的能力，并明確控制溶液酸堿性的意義。第五問溶液酸度過高，Mg2+沉淀不完全，原因是什么？解決這個(gè)問題就要從題目中的關(guān)鍵字眼分析，酸度過高，則說明此時(shí)溶液中H+溶液大，從沉淀溶解平衡的角度思考，就可找到解題的突破口。最后一步則無需根據(jù)流程，只要根據(jù)元素化合物的相關(guān)知識就可解決。

四、結(jié)語

近幾年高考中化學(xué)工藝流程題是一個(gè)熱點(diǎn)，年年都考，而且分值較大。因此復(fù)習(xí)備考時(shí)，應(yīng)重視化學(xué)工藝流程題，教師可設(shè)置微專題進(jìn)行專題訓(xùn)練。通過幫助學(xué)生建立解答化學(xué)工藝流程題思維模型，使學(xué)生突破此類題目的難點(diǎn)，提高解題的思維邏輯能力。

參考文獻(xiàn)

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[3]劉寶強(qiáng)，嚴(yán)業(yè)安.化學(xué)工藝流程題型解題模型建構(gòu)及教學(xué)啟示[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2019（7）：116-118.