構建答題模型提高復習效率

張盛

新課改以來的高考試題非常重視與生產、生活的密切聯系，充分體現化學是有用的.其中與化工生產實際相聯系的元素化合物流程題（化學工藝流程題）已逐漸成為近年來高考試題的新亮點.

1.題型特點

化學工藝流程題命題背景源于教材中的化學工業知識、實際化工物質生產流程和最新的科技及環境保護等知識素材，注重考查學生化學實驗基本操作能力、綜合運用知識（包括化學反應原理、元素化合物）解決實際問題的能力和獲取信息及加工信息的能力，具有信息量大、情境陌生、選材新穎、綜合性強等特點.

它取代了傳統的框圖題考查元素化合物轉化的形式，更貼近生產生活和科學研究實際，能節省大量文字去說明反應和操作步驟，清晰地表示出生產過程的相關步驟及其反應物的來源和生成物的去向.有利于學生迅速有效地掌握試題的相關信息.

試題通常在題干中給出化工生產流程圖（有時增加圖表數據信息），以填空題的形式呈現，考查內容涉及工業技術、實驗技術、元素及化合物知識及基本反應規律、化學反應原理、反應條件的控制（溫度、pH、投料比）、能量、綠色化工等多個方面.

流程圖中箭頭進入的是反應物（投料），箭頭出去的是生成物（產物、副產物），返回的箭頭一般是“循環利用”的物質.

化學工藝流程題根據生產流程一般可分為四個階段：初始階段——原材料混合溶解反應階段；中間階段——除去雜質階段；最后階段——產品分離提純階段；后續階段——產品分析階段等.各階段設置的常見問題見圖1.

除此以外的10種非金屬元素都存在數目不等同素異形體.在金屬元素中已發現的存在同素異形體的有Sn和Pb，這兩種元素處在周期表對角線附近，具有表現金屬性和表現非金屬性的兩種同素異形體，正是金屬與非金屬相互過渡的例證.絕大多數金屬都以金屬鍵形成密堆的金屬晶體，不存在同素異形體.

2.同素異形體的構成

同種元素可形成多種單質，其原因是原子間能以多種方式相結合，根據原子的結合方式，可把同素異形體的構成分為3種情況.

⑴分子構成不同，最常見的是O2和O3，N2和新制得的固態的N5、C60和C720等，C60是由60個碳原子構成的足球狀分子，C720則是更大的橢圓球狀分子，目前C60的衍生物C60H60、C60F60都已制得.我們知道，在有機化學里苯及其衍生物自成一家，被稱為芳香族化合物，那么C60的衍生物是否也能組成一個新的“大家族”呢？相信這些新的衍生物會使物質世界更加豐富多彩.

⑵晶體類型不同

碳有多種同素異形體，金剛石是原子晶體，C60是分子晶體，石墨等都屬于過渡型晶體；白磷是分子晶體，紅磷是鏈狀的，黑磷是層狀的，都屬于過渡性晶體；灰錫是原子晶體，白錫是金屬晶體.

⑶晶格類型不同

硫也有多種同素異形體，其中主要是菱形硫和單斜硫，這兩種單質都是由S8分子構成，但在晶體中分子的排列方式不同，所以宏觀上前者的晶體接近菱形，后者的則呈柱狀，它們的性質也略有差異.

通過以上分析可以看出，當元素的價電子數較多時，同一元素可形成不同分子，不同晶型或不同晶格的同素異形體.

三、同位素和同素異形體的比較

同位素和同素異形體是兩個不同范疇的概念，二者區別在于：

1.同位素是同種元素的不同核素；同素異形體是同一元素的不同單質.前者針對核素，后者則指向單質.

2.同位素化學性質基本相同，同素異形體的物理性質明顯不同.

3.同位素和同素異形體的存在原因，從原子結構的不同層面上看，出現多種同位素的原因是原子核內中子數不同，而產生同素異形體的原因是核外電子的成鍵方式不同.

4.利用化學反應無法證實同位素的存在，也不能實現同位素間的轉化；而通過化學實驗可以識別同素異形體，也可以實現同素異形體之間的轉化.

四、H2和D2是否屬于同素異形體

H2和D2都是雙原子分子，分子中化學鍵類型相同，鍵長、鍵能相同，不具備構成同素異形體的條件，不屬于同素異形體.對同素異形現象的研究先于同位素的發現，所以同素異形體的概念建立在元素概念的基礎上，并未考慮同位素的存在.換句話說，同位素的存在對同素異形體的確認沒有影響.

在化學上H2和D2，H2O和D2O都可稱為同位素分子.2.解題策略

要解好這一類題，首先要盡量弄懂流程圖，把握文字材料和方框中有效信息，明確各步的反應原理和操作目的.善于利用題給信息和運用化學原理思考以下問題：①生產過程的目的、作用，設計的原理；②化學反應條件控制的原理；③實驗基本操作（物質的分離操作、除雜試劑的選擇、生產條件的控制等）；④資源的回收和利用；⑤綠色化學原理與環境保護等.

帶著問題精心研究工藝流程的目的和過程，明確所需解答的問題，不糾纏于無關步驟，作答時要注意化學用語（化學式、化學方程式、離子方程式）的準確表達，文字表達要精準、到位.

3.構建模型

注意積累各類操作的固定答題模式，注重提升表達能力.工藝流程題主要涉及到以下一些常考問題：

（1）初始階段，常設置采取的一些措施的原因或目的，例如加熱的原因、通入水蒸氣的目的、酸浸等.答題時可從加快反應速度和使反應充分進行、防止副反應的發生等角度回答.

例如：控制溫度的目的（原因）：防止反應速度太快；防止某些物質分解、揮發；使某些反應能充分進行；

（2）中間階段——雜質除去階段，一般采用將雜質逐一除去的考查方式.除雜時常采用的方法有調節pH、促進水解，加入某種試劑等，答題時從含有的雜質有哪些？結合題給信息與所掌握的元素化合物等相關知識，將這些雜質除去.

例如：調節pH的目的：使某些離子完全水解以沉淀的形式除去；防止某些離子水解；防止發生某些反應；

常見離子的檢驗（如沉淀是否洗凈、離子的鑒定）答題模型：取少量（上層清液、最后一次洗滌液、濾液）溶液于一試管中，加入（檢驗的試劑，如BaCl2、AgNO3等）溶液，出現（或不出現）（現象如白色沉淀、血紅色等），則含有（不含有、洗凈）（結論）.

重點關注：Cl-、SO2-4、Fe3+、NH+4離子的鑒定

（3）最后階段——產品分離提純階段，得到產品的一般步驟：反應得到含產物的溶液→濃縮→結晶→過濾→洗滌→干燥.主要考查蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾（或趁熱過濾）、洗滌、干燥等基本實驗操作及相關問題.描述時還應注意采取的適當條件，如濃縮時是否應加入某物質抑制水解；描述過程“加熱濃縮、冷卻結晶”還是采用“加熱濃縮、趁熱過濾”；洗滌時為“水洗、熱水洗還是乙醇洗”等.乙醇洗滌的作用可從以下三個方面考慮：除去雜質、降低溶解度、便于干燥等.

回答原因（目的）時也可用比較的方法，如真空干燥的目的與空氣比較后可得防止空氣中有關成分對產品的影響.

（4）后續階段——產品分析，主要為氧化還原反應的配平、滴定終點的判斷、計算等.

另外還有一些工藝的評價問題，回答主要從環境保護、資源利用、原料的利用率、產品的產率等角度.

4.典例分析

例1（2009年江蘇卷第16題、2010年起江蘇《考試說明》典型示例部分試題）

以氯化鉀和鈦白廠的副產品硫酸亞鐵為原料生產硫酸鉀、過二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高.其主要流程如下：

（1）反應Ⅰ需控制反應溫度低于35℃，其目的是.

（2）工業生產上常在反應Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是.

解析從流程圖可以看出反應Ⅰ處于流程的初始階段，該階段采取的措施主要是為了提高原料的利用率，防止副反應的發生.此處應該為了提高FeSO4的利用率，故NH4HCO3過量.根據答題模型：控制反應溫度“低于35℃”可從比較的方式回答，即溫度高會出現什么情況？顯而易見溫度高可導致NH4HCO3分解、Fe2+的水解程度變大，分析到此答案自會瓜熟蒂落了.

反應Ⅲ處于流程圖的核心階段，該階段采取的措施主要是為了多得產品.此處產品為K2SO4.根據答題模型：加入一定量的醇類溶劑的目的是降低K2SO4的溶解度，使其利于析出.

參考答案：

（1）防止NH4HCO3分解（或減少Fe2+的水解）

（2）降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出.

常見離子的檢驗（如沉淀是否洗凈、離子的鑒定）答題模型：取少量（上層清液、最后一次洗滌液、濾液）溶液于一試管中，加入（檢驗的試劑，如BaCl2、AgNO3等）溶液，出現（或不出現）（現象如白色沉淀、血紅色等），則含有（不含有、洗凈）（結論）.

重點關注：Cl-、SO2-4、Fe3+、NH+4離子的鑒定

（3）最后階段——產品分離提純階段，得到產品的一般步驟：反應得到含產物的溶液→濃縮→結晶→過濾→洗滌→干燥.主要考查蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾（或趁熱過濾）、洗滌、干燥等基本實驗操作及相關問題.描述時還應注意采取的適當條件，如濃縮時是否應加入某物質抑制水解；描述過程“加熱濃縮、冷卻結晶”還是采用“加熱濃縮、趁熱過濾”；洗滌時為“水洗、熱水洗還是乙醇洗”等.乙醇洗滌的作用可從以下三個方面考慮：除去雜質、降低溶解度、便于干燥等.

回答原因（目的）時也可用比較的方法，如真空干燥的目的與空氣比較后可得防止空氣中有關成分對產品的影響.

（4）后續階段——產品分析，主要為氧化還原反應的配平、滴定終點的判斷、計算等.

另外還有一些工藝的評價問題，回答主要從環境保護、資源利用、原料的利用率、產品的產率等角度.

4.典例分析

例1（2009年江蘇卷第16題、2010年起江蘇《考試說明》典型示例部分試題）

以氯化鉀和鈦白廠的副產品硫酸亞鐵為原料生產硫酸鉀、過二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高.其主要流程如下：

（1）反應Ⅰ需控制反應溫度低于35℃，其目的是.

（2）工業生產上常在反應Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是.

解析從流程圖可以看出反應Ⅰ處于流程的初始階段，該階段采取的措施主要是為了提高原料的利用率，防止副反應的發生.此處應該為了提高FeSO4的利用率，故NH4HCO3過量.根據答題模型：控制反應溫度“低于35℃”可從比較的方式回答，即溫度高會出現什么情況？顯而易見溫度高可導致NH4HCO3分解、Fe2+的水解程度變大，分析到此答案自會瓜熟蒂落了.

反應Ⅲ處于流程圖的核心階段，該階段采取的措施主要是為了多得產品.此處產品為K2SO4.根據答題模型：加入一定量的醇類溶劑的目的是降低K2SO4的溶解度，使其利于析出.

參考答案：

（1）防止NH4HCO3分解（或減少Fe2+的水解）

（2）降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出.

常見離子的檢驗（如沉淀是否洗凈、離子的鑒定）答題模型：取少量（上層清液、最后一次洗滌液、濾液）溶液于一試管中，加入（檢驗的試劑，如BaCl2、AgNO3等）溶液，出現（或不出現）（現象如白色沉淀、血紅色等），則含有（不含有、洗凈）（結論）.

重點關注：Cl-、SO2-4、Fe3+、NH+4離子的鑒定

（3）最后階段——產品分離提純階段，得到產品的一般步驟：反應得到含產物的溶液→濃縮→結晶→過濾→洗滌→干燥.主要考查蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾（或趁熱過濾）、洗滌、干燥等基本實驗操作及相關問題.描述時還應注意采取的適當條件，如濃縮時是否應加入某物質抑制水解；描述過程“加熱濃縮、冷卻結晶”還是采用“加熱濃縮、趁熱過濾”；洗滌時為“水洗、熱水洗還是乙醇洗”等.乙醇洗滌的作用可從以下三個方面考慮：除去雜質、降低溶解度、便于干燥等.

回答原因（目的）時也可用比較的方法，如真空干燥的目的與空氣比較后可得防止空氣中有關成分對產品的影響.

（4）后續階段——產品分析，主要為氧化還原反應的配平、滴定終點的判斷、計算等.

另外還有一些工藝的評價問題，回答主要從環境保護、資源利用、原料的利用率、產品的產率等角度.

4.典例分析

例1（2009年江蘇卷第16題、2010年起江蘇《考試說明》典型示例部分試題）

以氯化鉀和鈦白廠的副產品硫酸亞鐵為原料生產硫酸鉀、過二硫酸銨和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高.其主要流程如下：

（1）反應Ⅰ需控制反應溫度低于35℃，其目的是.

（2）工業生產上常在反應Ⅲ的過程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是.

解析從流程圖可以看出反應Ⅰ處于流程的初始階段，該階段采取的措施主要是為了提高原料的利用率，防止副反應的發生.此處應該為了提高FeSO4的利用率，故NH4HCO3過量.根據答題模型：控制反應溫度“低于35℃”可從比較的方式回答，即溫度高會出現什么情況？顯而易見溫度高可導致NH4HCO3分解、Fe2+的水解程度變大，分析到此答案自會瓜熟蒂落了.

反應Ⅲ處于流程圖的核心階段，該階段采取的措施主要是為了多得產品.此處產品為K2SO4.根據答題模型：加入一定量的醇類溶劑的目的是降低K2SO4的溶解度，使其利于析出.

參考答案：

（1）防止NH4HCO3分解（或減少Fe2+的水解）

（2）降低K2SO4的溶解度，有利于K2SO4析出.