淺談建模法分析和解決化工流程試題的策略

張大千 孫亞利

摘 要：研討高三總復習階段的化工流程問題，以“原料—雜質(zhì)—產(chǎn)品”三要素為核心思想內(nèi)容，以分離與提純相關(guān)知識為主體，建立模塊化分析策略，并對題型進行有效歸納，立足于學生課后反思和應(yīng)用訓練，達到提高學生化學綜合素養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞：“原料—雜質(zhì)—產(chǎn)品”三要素；分離與提純模塊化；試題歸類

【問題提出】

化工流程問題綜合性強，考點多樣，是高考中的熱點內(nèi)容。本文以高三總復習“化工流程”為基礎(chǔ)，指出從流程圖開始分析最終得到產(chǎn)品和計算產(chǎn)率的過程，尤其適合學生課后反思使用，是一種很高效的提分策略。

【建模思路】

化工流程問題是以元素與化合物為基礎(chǔ)，通過流程圖將一個化學工業(yè)生產(chǎn)過程中的主要生產(chǎn)流程表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中涉及的化學知識設(shè)計試題。

一、試題分析

1.“原料—雜質(zhì)—產(chǎn)品”三要素：先尋找化工流程題目中給出的原料、雜質(zhì)和產(chǎn)品

化工流程的原料的來源有三種途徑：天然礦石、回收廢料、天然可利用的其他資源（簡稱天然資源）。只需注意生產(chǎn)原料含有的主要元素和產(chǎn)品相同，即可準確判斷。雜質(zhì)是指流程中需要通過分離與提純的手段除去的物質(zhì)。產(chǎn)品就是需要制備的物質(zhì)。三者相結(jié)合，就可以推斷出流程圖設(shè)計的大致思路。以此為基礎(chǔ)，再來處理化工流程的流程圖，學生有了一個處理化工流程問題的明確思路和整體上解決問題的感覺。以這個思路去指引學生分析流程，不僅緩解了學生面對化工流程的心理壓力，更有利于學生解完題目之后的反思。

2.分離與提純模塊化（建模）：尋找分離和提純產(chǎn)品的模塊和目的

化工流程問題的重點就在于中間流程圖的分離與提純部分。很多實驗基礎(chǔ)操作、分離提純操作都在這里以不同的考法呈現(xiàn)給學生。所以在這一部分，模塊化的作用就是將化工流程問題分解成若干個小流程，先提取出學生常見的、在復習中練習熟練了的考點，然后從易到難加以分析。這樣做的目的是進一步緩解學生心理壓力，增強學生的信心。此時更重要的是學生能夠結(jié)合題目，推斷出所需要的信息，并且在考試中，并不需要推斷出全部物質(zhì)，而是根據(jù)設(shè)問推斷。推斷全部物質(zhì)是解完題目，進行檢查、總結(jié)、反思需要進行的任務(wù)。

模塊化的方法以流程圖表示如下圖。

3.試題歸類：分析每一道題目的考查類型

化工流程的考查題型主要分為三類：知識型（可以直接通過學生所學習的基礎(chǔ)知識獲取答案）、技能型（需要經(jīng)過一系列的設(shè)計、推導和計算）、信息型（通過題目給予的圖、表等信息可以較迅速地獲取答案），將每一道題目分類歸納，再輔以相應(yīng)解題技法，學生熟練之后即可對癥下藥，快速解出題目，以此來訓練學生的解題速度。

【例題分析】

一、題目

從原料—雜質(zhì)—產(chǎn)品三要素中，我們發(fā)現(xiàn)：最終需要得到K2Cr2O7固體，因而含Cr元素的物質(zhì)為原料，F(xiàn)eO和硅、鋁為雜質(zhì)。由于硅和鋁都是親氧元素，所以進一步研判：含有硅和鋁的雜質(zhì)為SiO2、Al2O3。因此，本化工流程最主要的目的是實現(xiàn)對Fe、Si、Al三種元素的除雜。

對問題（1）和問題（2）的分析：制備熔塊的過程是使鐵和鉻兩種元素的化合價升高。由于是水浸，所以Fe2O3和SiO2不能進入溶液，就成為濾渣1。也因此，防止發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2是很有必要的。配平化學方程式使用化合價升降法即可很快配平。難度較低。而濾渣2指出了含硅雜質(zhì)和另外一種雜質(zhì)，則在已經(jīng)除去了鐵元素之后，就只有鋁沒有涉及了，而濾渣2又是從溶液中得到，不難推斷它是氫氧化鋁。問題（1）和問題（2）均屬于技能型問題。

對問題（3）的分析：2CrO42-+2H+？葑Cr2O72-+H2O脫胎于選修四教材26頁中的一個實驗。這屬于知識型問題，但學生往往對這個平衡不是很熟悉，所以極易造成丟分。

對問題（4）的分析：結(jié)合圖表的問題往往屬于信息型問題，從圖中的溶解度信息可以發(fā)現(xiàn)，當溶液中存在Na+、K+、Cl-、Cr2O72-時，容易在低溫下析出K2Cr2O7固體，這類似于侯氏制堿法生成NaHCO3的過程。

對問題（5）的分析：計算題屬于技能型問題，需要結(jié)合原子守恒進行分析。

三、點評

本題對學生的綜合素質(zhì)考查有著較高要求，其中，緊扣人教版教材知識體系的知識型問題對學生的得分影響很大，除此之外，學生在整體分析的基礎(chǔ)上結(jié)合試題考查點進行精準分析的能力、準確獲取信息和應(yīng)用信息的能力也得到了十分重要的鍛煉。

在解決本題的過程中，使用模型法對流程圖進行模塊化概括，并以此為依據(jù)對題目分三類討論，有助于學生從試題構(gòu)建的角度理解并深入討論題目。

參考文獻：

[1]陸文玉.“定”“變”思維模型在化學教學中的應(yīng)用[J].中學化學教學參考，2014（10）.

[2]張發(fā)新.利用模型建構(gòu)促進學生化學學習[J].化學教學，2017（5）.

[3]姬君.基于“模型”方法的化學教學設(shè)計研究[D].天津師范大學，2010.

[4]張曙光.抓線索 拆難點 拓思維 重歸納：概念思維建模在離子反應(yīng)教學中的踐行[J].中學化學教學參考，2014（4）.

[5]邱美虹，鐘建坪.模型觀點在化學教科書中的角色與對化學教學之啟示[J].化學教學，2014（1）.

[6]陳群，董軍.高三化學復習中建模思想滲透的實踐與研究[J].中學化學教學參考，2013（4）.