基于模型構建的中考化學工藝流程解題策略

李 鵬

(福建省廈門大學附屬實驗中學 363123)

1 模型構建

《普通高中化學課程標準(2017年版)》提出化學的學科核心素養(yǎng)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值理念、必備品格和關鍵能力，化學學科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”，“變化觀念與平衡思想”，“證據(jù)推理與模型認知”，“科學探究與創(chuàng)新意識”，“科學態(tài)度與社會責任”5個方面，其中“證據(jù)推理與模型認知”要求學生通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質和規(guī)律.為了與高中的新課程標準變化相互銜接，近年來各地中考試題中考查學生信息獲取和解決實際問題能力的化學工藝流程圖題型頻繁出現(xiàn)，重點考查的是學生能夠將學到的知識運用到具體的工藝流程中，學生不僅要掌握本學科綜合知識還需要學生的解決實際化學問題的能力，而且設計比較新穎，所以該題型逐漸成為各地中考的必考題，但是學生在解題的過程缺乏解題的策略而導致失分，學生僅憑掌握的零散知識點去解題往往會事倍功半，如再碰到陌生情境就更加束手無策.本文通過構建化學工藝流程題模型，著重構建反應線、除雜線、分離線為基礎的化學工藝流程題解題模型如圖1所示，學生通過建立該題型的認知模型，就能應用模型解答此類題型中的設問，做到舉一反三，事半功倍.

圖1

2 解題策略

2.1原料處理環(huán)節(jié)粉粹的目的是增大反應物的接觸面積，加快反應速率以及提高原料利用率.

2.2反應、除雜和分離環(huán)節(jié).

2.2.1 反應線,見表1.

表1 原料處理工藝

2.2.2 除雜線:分析產(chǎn)物的組成，通過元素守恒進行判斷，把難溶性雜質進行過濾以濾渣形式除去，而可溶性雜質可以利用復分解反應，題目所給的反應信息生成沉淀、氣體等進行轉化除雜，涉及到的比較多的操作名稱為過濾，玻璃儀器為燒杯，漏斗，玻璃棒.

2.2.3 分離線，見表2.

表2 常見的分離和提純

3 例題解析

例1(2020年廣州 節(jié)選)某工廠生產(chǎn)硼砂產(chǎn)生的固體廢料，主要含有MgCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3等，其中MgCO3質量分數(shù)為63%.回收鎂的工藝流程如圖2所示.

圖2

(1)“酸浸”時MgCO3發(fā)生反應的化學方程式為____.

(2)“調pH”前濾液I的pH____7(填“>”或“<”).

(3)濾液Ⅲ中可回收的主要物質____(填化學式).

(4)已知固體廢料質量為m，理論上可生產(chǎn)Mg(OH)2的質量為____.

本題是2020年的廣州中考試題，是由2009年的廣東高考題經(jīng)過改編而成，在情境設置和能力要求的考查水平對于初三學生來講已經(jīng)屬于較難題型，但是考生可以利用工藝流程題的解題模型把本題分逐一分割為三部分的知識點，化整為零，輕松解題.首先“酸浸”為原料處理環(huán)節(jié)，MgCO3與過量的H2SO4發(fā)生反應，初中已有的能與酸反應的有堿，部分符合復分解反應規(guī)律的鹽和金屬氧化物，本題干中MgCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3都可以與H2SO4反應，學生可以輕松寫出MgCO3與硫酸的化學方程式；酸浸時H2SO4要過量，自然容易得出濾液的pH<7.其次酸浸之后是反應、除雜和分離環(huán)節(jié)，本題的主要反應為復分解反應，分離的主要操作是過濾，濾液I中的溶質有過量的H2SO4、MgSO4、Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3，加入NaOH后H2SO4先和NaOH反應產(chǎn)生H2O和Na2SO4；Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3和NaOH發(fā)生復分解反應產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀、氫氧化鐵沉淀和Na2SO4；然后是MgSO4和NaOH反應產(chǎn)生氫氧化鎂沉淀和Na2SO4，所以濾液Ⅲ中可回收的主要物質是Na2SO4.第四小題的計算要考慮元素守恒，碳酸鎂中的鎂元素全部轉化為Mg(OH)2固體廢料中MgCO3質量分數(shù)為63%；根據(jù)質量守恒定律，設可生產(chǎn)Mg(OH)2的質量為x，則：

MgCO3～ Mg(OH)2

84 58

63%·mx

答案:

(2)<

(3)Na2SO4

(4)0.435m

例2(2020年江西)2019年諾貝爾化學獎授予對鋰離子電池研究作出貢獻的三位科學家.圖是從鈷酸鋰廢極片[主要成分為鈷酸鋰(LiCoO2)]中回收得到Co2O3和Li2CO3的一種工藝流程.

圖3

(1)操作1中，粉碎廢極片的目的是____；

(2)實驗室中完成操作2時，需用到的玻璃儀器是____(填一種即可)；

(3)操作4中，在高溫條件下，CoC2O4在空氣中反應生成Co2O3和二氧化碳，化學方程式為____；

(4)操作5中，Li2CO3晶體用熱水洗滌比用冷水洗滌損耗更少，說明Li2CO3的溶解度隨溫度升高而____.

本題考查的是廢棄鋰離子電池中鋰的回收，是基于真實情境的工藝流程題，近年來在高考的考試中也是考查的重點，借助工藝流程圖的模型，第一小題出于原料處理環(huán)節(jié)的粉粹，目的是可以增大反應物之間的接觸面積，使反應更充分，屬于標準答題模式；第二小題是除雜分離環(huán)節(jié)常用到的過過濾操作達到固液分離的目的，需要用到的玻璃儀器是：燒杯、漏斗、玻璃棒；第三小題出現(xiàn)了焙燒專業(yè)工藝名稱，根據(jù)解題策略中焙燒是物料與空氣發(fā)生化學反應，所以在書寫化學反應方程式的時候，反應物必須要有氧氣，再根據(jù)題意不難得出在高溫條件下，該反應的化學方程式為：

操作5中，Li2CO3晶體用熱水洗滌比用冷水洗滌損耗更少，說明Li2CO3晶體在熱水中溶解度較大，故Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小.

答案：

(1)增大反應物之間的接觸面積，使反應更充分

(2)燒杯(或漏斗、玻璃棒)

(4)減小