突破“工藝流程題”難點

化工模擬又稱工藝流程模擬，通俗地說，就是師生根據特定的信息情景，以工程師的身份根據生產的需求設定專用的化工生產過程，并對生產過程關鍵的操作進行選定、分析和評價。其關鍵問題包括有效信息的獲取、整合和有效遷移，關鍵操作的選定，關鍵現象的評價和原理的應用；化工推理指在化工模擬過程中掌握一定化工流程信息（事實）、必要數據和物料及產物相關性的基礎上，通過因果關系、特定關系等順次地、逐步地推理，最后得出新結論的過程。化工流程推理可采用聯想推理法、綜合推理法、因果推理法、反向推理法、假設推理法、類比推理法、預測推理法、輻射推理法、回溯推理法；在心理學中，遷移是指在一種情境中獲得的技能、知識或態度對另一種情境中技能、知識的獲得或態度的形成的影響，在“工藝流程”題備考中，遷移是重要的一環。

一、工業流程題的主要特點

化工流程圖試題成了各省高考必考題型，也是學生備考中最為“恐懼”、失分相對較多的題型。其實這種試題就是將化工生產過程中的主要操作步驟或物質轉換用框圖（流程圖）形式表示出來，將其中相關的信息以文字、表格或圖像呈現出來，然后根據流程中涉及的化學知識進行設問，從而形成與化工生產緊密聯系的試題。因而此類試題具有較強的“理論和實踐相結合”特點，集中體現為信息處理量大，靈活性強，思維跨越性大，綜合度大，區分度大。

總體來看，這類試題具有以下兩個顯著特點：①源于生產實際，命題者模擬再現工業生產的情景，給出必要信息，編制精簡流程，設計充分情景，提出核心問題，從定性分析和定量計算兩個層次上尋求原因和解決方案。要求考生綜合應用所學的“基礎知識和基本技能”，結合信息分析問題實質、進而解決問題。因而這類試題能充分體現理論和實踐結合的觀點；②試題內容（選材、信息、情景、設疑等）豐富多樣，靈活多變，能全面考查學生應用所學的知識解決實際問題的綜合能力：閱讀審題進而獲取信息的能力、對比分析進而解決問題的能力、應用知識和原理進而描述“操縱、現象、原因、結論”的語言表達能力。

二、 2009年至2013年廣東化工流程圖試題的考查知識點

對比分析廣東近5年高考化工流程圖試題，該類試題從化工工藝分，可分為基礎化學工藝題（如2010年，以β-鋰輝石為原料制備碳酸鋰）和精細化工工藝題（如2011年，粗鋁的吹氣精煉以及鋼材鍍鋁）；從生產過程的主要工序分，可分為除雜提純工藝流程題（如2009年，生產硼砂的固體廢料回收鎂）、原材料化學轉化工藝流程題（2012年，用飽和石灰水溶浸“呆礦”制取硫酸鉀）、電解工藝流程題（如2011年，粗鋁的吹氣精煉以及鋼材鍍鋁等；2013年，從切割廢料中回收銀并制備銅化工產品）。

對比近5年的高考流程題，不難發現，此類試題雖然靈活多變，但所考查的知識點還是具有高度的共性，一般而言，流程題設置5個小問，主要考查的知識點有以下幾種：

1. 元素化合物，包括物質的性質和應用、物質轉化條件及反應。設置的問題主要有化學方程式書寫、

試劑的選擇和現象描述、物質轉換的條件選擇、“除雜”及“轉化”原理闡述等。

2. 基本理論和原理，包括氧化還原反應及離子反應、反應速率及平衡移動、能量轉換及蓋斯定律、

原電池和電解池等。設置的問題主要有以下幾種：氧化還原反應方程式書寫、離子方程式書寫、離子檢驗、化學反應速率及其影響因素、數據或圖像分析、速率計算、化學平衡移動及其影響因素、蓋斯定律及熱化學方程式書寫；能量（ΔH）常規計算、原電池和電解池的基本原理、電極方程式書寫、金屬腐蝕和保護。

3. 基本實驗操作，包括原料的預處理工序、產品的分離和提純工序。設置的問題主要有研磨或粉碎

原因分析、原材料溶解（水溶、酸浸、堿浸）或熔融條件下的方程式書寫、過濾、分液、蒸發等基本操作和儀器的描述、調節溶液pH以促進離子水解而沉淀原理及條件考查、特殊操作（如趁熱過濾、重結晶）考核等。

4. 綠色化學原理，主要考查綠色化學原理和應用，設置的問題形式有物質循環及副產物回收描述、

諸如氯氣尾氣吸收之類的“工業三廢”處理的原理闡述。

5. 基本計算，主要是工業“定量”分析，設置的問題形式有概念應用型計算和當量“守恒”計算，

如溶度積的考核、速率計算等、濃度計算、質量百分數求解、產率和原料的轉化率計算等。

三、 “模擬—想象—遷移”復習突破化工流程圖試題“瓶頸”

在高三備考過程中，工業流程題是學生最“恐懼”的試題，無論怎樣復習，始終無法突破。原因較多，有諸如審題、分析等學生基礎知識能力薄弱因素，也存在諸如語言不規范、錯別字等“學習習慣不好”因素，但這些可以經過復習可以改善，那么一個隱性的客觀因素就是我們在引導學生復習或學習復習備考中采取了“脫離實踐”的“純理論”備考方式，致使學生在做題時靈活度不夠，信息整合不完善，知識遷移不到位[3]。在教學中，善于引導學生形成“模擬工業化”思維，“模擬”工業化生成過程，“推理”工業化生產過程中可能出現問題，進而“遷移”，形成解題思維。

1. “模擬—想象—再現”化工生產第一道工序：制定生產目的和選購原材料。

企業家創建化工廠，設定了生產目的：產品，工程師根據生產的需求選購原材料。這種“模擬”以“背景信息”形式給出，引導學生認真閱讀審題獲取即可，尤其是要獲取的是“原材料組成”信息，即主要成份、雜質成份及雜質的性質（如溶解性）等。如2010年32題，碳酸鋰廣泛應用于陶瓷和醫藥等領域，以β-鋰輝石（主要成分為Li2O·Al2O3·4SiO2）為原料制備Li2CO3。引導學生獲取如下信息：核心原料是Li2O，雜質是Al2O3（難溶于水，但和硫酸反應，擬采用離子沉淀過程分離）和SiO2（難溶于水，且和硫酸不反應，以濾渣形式分離），產品是Li2CO3。在考題中，此處并不設置問題，但直接影響后續問題設置。

2. “模擬—想象—再現”化工生產第二道工序：原材料的“預處理”。

工程師選購原材料，原則上采取以下工序對原材料“預處理”：

2010年32題（1）步驟I前，以β-鋰輝石要粉碎成細顆粒的目的是 。

參考答案：增大β-鋰輝石表面積，提高反應速率。

2011年32題（1）精煉前，需清除坩堝表面的氧化鐵和石英砂，防止精煉時它們分別與鋁發生置換反應產生新的雜質，相關的化學方程式為① 和② 。

參考答案：2Al + Fe2O3 ■ 2Fe + Al2O3 ；4Al + 3SiO2 ■ 3Si + 2Al2O3 。

廢舊鐵屑制備綠礬首先要用熱的純堿溶液浸泡目的分別是 。

參考答案：熱的純堿溶液因水解程度大，堿性強，和油污發生“皂化反應”以除掉油污。

3. “模擬—想象—再現”化學工業生產第三道工序：原材料的“加工轉化”。

工程師對凈化除雜后的原材料進行“加工轉化”以制備所需要的“產品”，這是化工流程的核心，也是關鍵，工程師必須從以下幾個方面充分考慮并設置相應的方案；

[2008年19題（5）]

已知：Na2CO3·10H2O（s）=Na2CO3（s）+10H2O（g）；

ΔH1=+532.36 kJ·mol-1

Na2CO3·10H2O（s）=Na2CO3·H2O（s）+9H2O（g）；

ΔH1=+473.63 kJ·mol-1

寫出Na2CO3·H2O脫水反應的熱化學方程式 。

參考答案：Na2CO3·H2O（s）= Na2CO3（s） + H2O（g） ΔH = +58.73 kJ·mol-1

[2010年32題（4）]步驟Ⅲ中（硫酸鋰溶液蒸發濃縮變成飽和溶液，加入飽和碳酸鈉溶液），生成沉淀的離子方程 。

參考答案：2Li+ + CO32— = Li2CO3↓

[2011年32題（4）]鍍鋁電解池中，金屬鋁為 極，熔融鹽電鍍中鋁元素和氯元素主要以AlCl4― 和Al2Cl7―形式存在，鋁電極的主要電極反應式為 。

參考答案：陽極，Al - 3e— + 7AlCl4― = 4Al2Cl7―

[2012年32題（2）]請用化學平衡移動原理解釋用Ca（OH）2溶液溶浸雜鹵石浸出K+的原因 。

[2012年32題（4）]不同溫度下，K+的浸出濃度與溶浸時間的關系見圖1，由圖可得，隨著溫度升高，① ②

參考答案：（2）K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O（s）？葑2Ca2++2K++Mg2++4SO42—+2H2O ，加入Ca（OH）2溶液，OH—與Mg2+形成Mg（OH）2、Ca2+與SO42—形成CaSO4析出，平衡向右移動，雜鹵石溶解浸出K+。（4）K+浸出速度增大，K+浸出濃度增大。

[2013年32題（1）]電解精煉銀時，陰極反應式為 ；

[2013年32題（2）]濾渣A與稀HNO3反應，產生的氣體在空氣中迅速變為紅棕色，該氣體變色的化學方程式為 。

2013年32題（3）煅燒過程中一個反應的化學方程式： CuO + Al2O3 ■ CuAlO2 + （ ）↑。

參考答案：（1）Ag++e— = Ag。（2）2NO+O2 = 2NO2。（3）4CuO + 2Al2O3 ■ 4CuAlO2 + 1O2↑。

4. “模擬—想象—再現”化學工業生產第四道工序：產品和雜質的分離。

經過原材料的加工轉化反應，獲取的溶液含有產品，但也含有雜質，要進行雜質的分離。除雜的基本原則如下，除雜試劑選擇要合適，量要控制好，既要保證雜質全部被除去，也要保證不引入新的雜質，還要選擇合適除雜操作，力求簡單易操作，故工程師應該從以下幾個方面進行考慮。

[2010年32題（2）]步驟I中，酸浸后得到酸性溶液中含有Li+、SO42—，另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、 Ca2+、Na+等雜質，需在攪拌下加入 （填“石灰石”、“氯化鈣”或“稀硫酸”）以調節溶液的pH到6.0～6.5，沉淀部分雜質離子，然后分離得到浸出液。

[2010年32題（3）]步驟II中，將適量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的雜質金屬離子有 。

參考答案：（2）石灰石。（3）Fe2+、Mg2+、Ca2+。

[2011年32題（2）]將Cl2連續通入坩堝中的粗鋁熔體（有Na、Al、H2，注：NaCl熔點為801℃；AlCl3181℃升華），雜質隨氣泡上浮除去。氣泡的主要成分除Cl2外還含有 ；固態雜質粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在 。

參考答案：AlCl3、HCl；NaCl。

[2012年32題（1）]（雜鹵石加入足量的石灰水溶浸，過濾）濾渣的主要成份是 ， 和雜鹵石。2012年32題（3）“除雜”環節中，先加入 溶液，經攪拌等操作后，過濾，再加入 溶液調濾液PH至中性。

[2012年32題（5）]有人以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過程中會發生：CaSO4（s） + CO32— ？葑CaCO3（s） + SO42— 已知298K時，Ksp（CaCO3）= 2.80×10—9，Ksp（CaSO3）= 4.90×10—5，求此溫度下該反應的平衡常數K= （計算結果保留三位的效數字）。

參考答案：（1）Mg（OH）2、CaSO4 。（3）K2CO3、稀H2SO4。（5）1.75×104 。

[2013年32題（2）]固體混合物B的組成為 ；在生成固體B的過程中，要控制NaOH的加入量，若NaOH過量，則因過量引起的反應的離子方程式為 。

參考答案：Al（OH）3和CuO。 Al（OH）3+OH—=AlO2—+2H2O

5. “模擬—想象—再現”化學工業生產第五道工序：產品的獲取的純化。

經過了核心反應，產品除雜，所得產品溶液應該是很稀的溶液，工程師要考慮獲得產品，應該從以下幾個方面考慮：①把稀溶液通過“蒸發濃縮”變成飽和溶液；②從飽和溶液中通過結晶獲得晶體；③通過對晶體的過濾、洗滌、干燥獲得純凈的晶體；④利用相關計算工具計算產率等。

[2003年32題（4）]若銀銅合金中銅的質量分數為63.5%，理論上5.0kg廢料中的銅可完全轉化為 mol CuAlO2，至少需要1.0mol·L-1的Al2（SO4）3溶液 L。

[2003年32題（5）]CuSO4溶液也可用于制備膽礬，其基本操作是 、過濾、洗滌和干燥。

參考答案：⑷ 由銅元素守恒得5000g×63.5%÷64 g.mol—=50.0 mol。則CuAlO2為50.0 mol，由Al元素守恒，得Al2（SO4）3為25.0 mol，所以需要體積為25.0 L。⑸蒸發濃縮、冷卻結晶。

三、 用“模擬—推理—遷移”分析2013年廣東高考化學32題

[2003年32題（16分）]，銀銅合金廣泛用于航空工業。從切割廢料中回收銀并制備銅化工產品的工藝如下，將其流程進行模擬，并推理和遷移。

（注：Al（OH）3和Cu（OH）2開始分解的溫度分別為450℃和80℃）

1. 工程師將原料銀銅合金進行洗滌、干燥、粉碎等預處理；

工程師需要測定銀銅合金的組成，可能含有的雜質，并盡可能為提高速率做好準備。

2. 置于熔煉爐中，通入空氣進行熔煉，在此過程中，Cu轉化成CuO，而Ag絕大部分熔化為“銀熔體”；工程師需要了解銅銀的熔點及活潑性，在熔煉時需要控制溫度，空氣通入速率也需要適當控制，以確保銅轉化為氧化銅，而銀熔融為液體。

3. 采用特殊過濾分離技術將銀熔體和渣料（主要是CuO，少量Ag）分離；

工程師需要考慮分離的方法，選用合適的儀器，并在分離過程中分析檢測渣料的組成和含量。

4. 將所得銀熔體冷凝形成粗銀銀錠，采用電解技術進行精煉；

工程師需要考慮粗銀精煉的原理（陽極：Ag-e—=Ag+，陰極：Ag++e—=Ag），核心裝置（粗銀作陽極、純銀作陰極，硝酸銀作電解液，用直流電電解）等。

5. 將渣料置于反應裝置中，加入足量稀硫酸，攪拌，充分反應，CuO和硫酸作用轉化為易溶性CuSO4，少量Ag則成為濾渣A，采用過濾技術將其分離；

工程師需要考慮渣料的分離和轉化方法及原理（CuO+H2SO4=CuSO4+ H2O），硫酸加入量控制（過量），反應速率控制等。

6. 工程師將所得CuSO4溶液置于反應器中，加入適量硫酸鋁溶液及稀NaOH溶液，煮沸，充分反應后過濾，得不溶性固體和硫酸鈉溶液；

工程師需要熟悉反應原理、測定硫酸銅溶液的濃度、硫酸鋁溶液及稀NaOH溶液的加入量、反應條件的優化、產物的分離方法等。

反應原理確定：Cu2++2OH—=Cu（OH）2↓、Al3++3OH—=Al（OH）3↓、Cu（OH）2■ CuO+H2O

物料數量關系：2CuAlO2 ∽ 2CuSO4 ∽ Al2（SO4）3 ∽ 2CuO ∽ 2Cu（OH）2 ∽ 2Al（OH）3 ∽10NaOH 燒堿加多的后果：Al（OH）3+OH—=AlO2— + H2O

7. 將固體B轉移至特殊反應裝置，在惰性氣體中煅燒，獲得產品CuAlO2。

工程師需要熟悉反應原理，并進行反應條件選擇（惰性氣體做保護器，采用煅燒），反應時間控制，并計算物料和產品之間的數量關系。

8. 其它因素分析，如多余的硫酸銅溶液還可以采用蒸發濃縮（變飽和溶液）、冷卻結晶、過濾等技術制備膽礬晶體。

2013年廣東高考32題設問基本上都在上述“模擬、推理及遷移”分析過程中。

五、“模擬—想象—再現”著重培養考生的“問題解決”能力

在復習備考中，要善于利用“模擬—想象—再現”策略，引領學生關注“理論”和“實踐”緊密結合，同時也善于引導學生加強以下綜合能力的培養和訓練。

1. 提高學生善于利用和挖掘有效信息解題的能力。

化工流程圖題將所要表達的信息以文字、框圖、表格、圖像等形式呈現出來，而解題就需要對這些信息進行閱讀、整理、分析、理解、組合和應用。①增強學生對信息重要性的認識，培養學生養成利用信息解題的習慣；②善于從關鍵詞中挖掘信息。審題時應認真讀題，扣住關鍵詞，正確理解題意，弄清測試意圖，以防答非所問；③信息隱含于思維定勢中，有些試題的已知條件是出題者將教材中的有關知識，學生平時已做過的試題、接觸過的某些提法稍作更動后呈現出來的，目的在于檢驗學生是否具有善于發現問題的能力；④挖掘信息的實質，將信息向深層拓寬，進行信息整合，為正確解答創造條件。

2. 建構元素化合物知識網絡。

工業流程所涉及的核心就是元素化合物性質及其相互轉化，在復習中要引領學生多層次建構元素化合物的知識網絡，進而強化物質之間的轉化條件和轉化過程。①在元素及其化合物復習時我們可以有意識地采用“知識問題化，問題情境化”的復習策略，將重要的化學方程式滲透在流程圖的形式呈現出來；②針對某些重要的常見物質的制備讓學生自己設計化工流程圖。

3. 培養學生嚴謹的答題習慣，爭取得高分

在平時的備考復習中注意提升學生表達能力，如計算的規范化，答題要有模式和要點，書寫的準確性等。例如參考答案與平衡移動有關的問題應該遵循以下步驟：闡明體系中存在的核心平衡→所采取的措施、改變的條件→導致平衡如何移動移動、產生什么結果。

4. 鼓勵學生挖掘“舊題”，創造“新題”。

縱觀歷年高考工業流程題，無論素材怎樣，無論形式如何，但基本考點具有高度的一致性，如果能引領學生充分挖掘“舊題”，“模擬—想象—再現”創編新題，讓學生充當“工程師”的身份，對舊題素材充分開發再利用，不僅能使命題背景資源更加豐富，也促使學生逐漸形成“問題解決”的習慣和思維，進而把學生從茫無頭緒的“題海”中解脫出來。

（作者單位：廣州市第二中學）

責任編校 李平安