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

（貴州省遵義市第四中學，貴州 遵義）

【問題提出】

化工流程問題綜合性強，考點多樣，是高考中的熱點內容。本文以高三總復習“化工流程”為基礎，指出從流程圖開始分析最終得到產品和計算產率的過程，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，通過流程圖將一個化學工業生產過程中的主要生產流程表示出來，并根據生產流程中涉及的化學知識設計試題。

一、試題分析

1.“原料—雜質—產品”三要素：先尋找化工流程題目中給出的原料、雜質和產品

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）。只需注意生產原料含有的主要元素和產品相同，即可準確判斷。雜質是指流程中需要通過分離與提純的手段除去的物質。產品就是需要制備的物質。三者相結合，就可以推斷出流程圖設計的大致思路。以此為基礎，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。很多實驗基礎操作、分離提純操作都在這里以不同的考法呈現給學生。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，而是根據設問推斷。推斷全部物質是解完題目，進行檢查、總結、反思需要進行的任務。

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知識獲取答案）、技能型（需要經過一系列的設計、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

（2017年全國III）重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質。制備流程如圖所示：

回答下列問題：

上述反應配平后FeO·Cr2O3與NaNO3的系數比為_______。該步驟不能使用陶瓷容器______，原因是 。

2.濾渣1中含量最多的金屬元素是______，濾渣2的主要成分是______及含硅雜質。

3.步驟④調濾液2的pH使之變______（填“大”或“小”），原因是______（用離子方程式表示）。

4.有關物質的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl，蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到______（填標號）得到的K2Cr2O7固體產品最多。

步驟⑤的反應類型是________________________。

5.某工廠用m1kg鉻鐵礦粉（含Cr2O340%）制備K2Cr2O7，最終得到產品m2kg，產率為________________________。

二、解題分析

原料 雜質 產品Cr2O3 FeO、SiO2、Al2O3 K2Cr2O7固體

從原料—雜質—產品三要素中，我們發現：最終需要得到K2Cr2O7固體，因而含Cr元素的物質為原料，FeO和硅、鋁為雜質。由于硅和鋁都是親氧元素，所以進一步研判：含有硅和鋁的雜質為SiO2、Al2O3。因此，本化工流程最主要的目的是實現對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，防止發生反應：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指出了含硅雜質和另外一種雜質，則在已經除去了鐵元素之后，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（4）的分析：結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現，當溶液中存在時，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，需要結合原子守恒進行分析。

三、點評

本題對學生的綜合素質考查有著較高要求，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上結合試題考查點進行精準分析的能力、準確獲取信息和應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，并以此為依據對題目分三類討論，有助于學生從試題構建的角度理解并深入討論題目。