流程結(jié)構(gòu)透視 策略探究思考

王幼琴

[摘? ?要]化工流程題成為近幾年高考化學(xué)的熱點問題，該類問題以工業(yè)上物質(zhì)的制取與提煉為背景，融合眾多的知識內(nèi)容，信息量大、邏輯性強，注重考查學(xué)生的信息提取和綜合分析能力。以一道化工流程題為例，剖析流程題的解題思路，探究考題的結(jié)構(gòu)，并提出相應(yīng)的教學(xué)建議。

[關(guān)鍵詞]化工流程題;結(jié)構(gòu);解題思路

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標(biāo)識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）11-0064-02

一、題目呈現(xiàn)

題目：在化學(xué)工業(yè)中一般使用電石渣[主要成分為Ca（OH）2和CaCO3]為主要原料來制取KClO3，圖1是制備的主要工藝流程。

請據(jù)圖回答下列問題：

（1）氯化過程的電石渣控制

在制備的氯化過程中需要控制電石渣過量，溫度在75 ℃左右。氯化的原理是Cl2與Ca（OH）2反應(yīng)生成Ca（ClO）2，而Ca（ClO）2進一步轉(zhuǎn)化為Ca（ClO3）2，同時有少量的Ca（ClO）2會分解為CaCl2和O2。

①試寫出Ca（ClO）2生成的化學(xué)方程式：________________________;

②在制取過程中為提升Cl2轉(zhuǎn)化為Ca（ClO3）2的轉(zhuǎn)化率，下列方法可以采用的是___________;

A.降低Cl2通入的速率

B.反應(yīng)過程充分?jǐn)嚢?/p>

C.加水使Ca（OH）2完全溶解

（2）氯化過程的方程式分析

氯化過程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的總的反應(yīng)方程式為6Ca（OH）2+6Cl2=Ca（ClO3）2+5CaCl2+6H2O，之后進行過濾操作。

①試分析濾渣的主要成分：___________;

②濾液中的物質(zhì)呈現(xiàn)一定的物質(zhì)的量之比，則n（Ca（ClO3）2）∶n（CaCl2） _________1∶5（填寫“大于”“小于”或“等于”）。

（3）產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化分析

已知向濾液中加入過量的KCl固體，能夠?qū)a（ClO3）2轉(zhuǎn)化為KClO3。如果KClO3的含量為100 g/L，圖2所示是部分物質(zhì)的溶解度與溫度的關(guān)系，試分析要從溶液中盡可能多地析出KClO3固體（設(shè)KClO3的含量為100 g/L），可以采用的方法是_________。

二、解法剖析

上述考題是典型的化工流程題，題干以工藝流程框圖的形式呈現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品的主要提煉步驟，并搭配適當(dāng)?shù)奈淖置枋鰜砜疾橄嚓P(guān)的化學(xué)工藝知識。分析題干的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)所有的流程步驟都是為問題服務(wù)的，主線是電石渣到KClO3的轉(zhuǎn)化過程。流程可細分為前處理、化學(xué)轉(zhuǎn)化和產(chǎn)品析出三個階段，分析時需要充分利用考題的信息。

本題根據(jù)流程設(shè)置為三個問題，問題（1），分析氯化過程，其中第①問考查化學(xué)方程式的書寫。根據(jù)題干信息可知反應(yīng)物為Ca（OH）2和Cl2，而生成物為Ca（ClO）2、CaCl2和H2O，利用化合價的變化來配平方程式即可。第②問是基于轉(zhuǎn)化率考查固氣反應(yīng)，需要結(jié)合化學(xué)反應(yīng)的原理來分析：A選項，適當(dāng)降低Cl2通入的速率可以使氯氣充分被吸收;B選項，充分?jǐn)嚢杩梢允狗磻?yīng)物充分接觸，因此利于氯氣被吸收;C選項，加水溶解Ca（OH）2反而會使其濃度降低，因此不利于轉(zhuǎn)化率的提升。選項A、B的方法正確。問題（2）是基于總的氯化反應(yīng)方程式展開的問題分析。第①問分析濾渣的主要成分，首先需要理解過濾的原理，進而明確濾渣就是難溶或微溶于水的物質(zhì)，然后結(jié)合電石渣的主要成分，很容易得知CaCO3難溶于水且不與氯氣反應(yīng)，為濾渣之一;同時，上一步的反應(yīng)過程中必然有一定的Ca（OH）2殘留，故為濾渣之二。第②問相對而言存在一定的難度，要分析化學(xué)反應(yīng)中相關(guān)物質(zhì)的量之比，不能僅僅根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式草率地得出結(jié)論，需要著重分析氯化反應(yīng)的過程。根據(jù)題干信息可知Cl2與Ca（OH）2進行反應(yīng)還會有Ca（ClO）2生成，因此其實際之比應(yīng)該小于理論之比，即小于1∶5。問題（3），根據(jù)圖像確定物質(zhì)析出的方法，解決實際問題。圖像呈現(xiàn)的是相關(guān)物質(zhì)隨溫度變化的溶解度，要將KClO3從對應(yīng)的溶液中析出，需要充分分析KClO3的溶解度特點。觀察圖像可知，KClO3的溶解度受溫度的影響最大，因此可以采用“先蒸發(fā)濃縮，再冷卻結(jié)晶”的方法。

參考答案：（1）①2Cl2+2Ca（OH）2= Ca（ClO）2+CaCl2+2H2O，②AB;（2）①CaCO3和Ca（OH）2，②小于;（3）先蒸發(fā)濃縮，再冷卻結(jié)晶。

三、探究思考

化工流程題作為應(yīng)用性較強的綜合性考題，雖然知識拓展性強，難度相對較大，但考題的基本問題均來自化學(xué)的基礎(chǔ)知識點，可通過對應(yīng)知識的綜合分析來解決。該類考題的題型特點、知識結(jié)構(gòu)和解題思路存在一定的規(guī)律。下面將對其進行深入探究。

1.題型特點

化工流程題最為顯著的特點是給出一些提示性信息，配合工藝流程圖進行知識考查，其中對于流程圖的理解是破題的關(guān)鍵。在對流程圖進行分析時，可以采用分段處理的方式，即根據(jù)流程的作用及物質(zhì)的變化將其分解為不同的階段。總體而言，對于化工產(chǎn)品的制備題，可以將其分為原料預(yù)處理階段、核心化學(xué)反應(yīng)階段和產(chǎn)品的分離提純階段，如圖3所示。其中，核心反應(yīng)中有時會涉及轉(zhuǎn)化率的提升和原料的循環(huán)利用，而產(chǎn)品的分離提純則涉及排放物的無害化處理，因此化工流程題也特別注重對綠色環(huán)保、循環(huán)利用主題的考查。如上述考題，打漿之前的流程就屬于原料的預(yù)處理階段，而用Cl2氯化到加KCl的轉(zhuǎn)化流程則屬于核心反應(yīng)階段，最后的提純方法分析則屬于產(chǎn)品的分離提純階段。

2.知識結(jié)構(gòu)

化工流程題的命制是在工藝流程基礎(chǔ)上對眾多化學(xué)考點的融合，因此其考查的知識內(nèi)容存在一定的共性。根據(jù)化工流程的框圖階段分割可知，其主要內(nèi)容涉及對原材料的預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)的基本原理（氧化還原、化學(xué)平衡、離子反應(yīng)等）、綠色化學(xué)理念和化工安全操作等知識。

對應(yīng)工藝流程題的考查內(nèi)容，又涉及眾多小的知識點，如預(yù)處理內(nèi)容的溶解、灼燒、研磨等，化學(xué)反應(yīng)中的條件控制、平衡移動、pH調(diào)節(jié)、方程式書寫和濃度分析等，而最后的物質(zhì)分離和提純涉及對應(yīng)的方法，如過濾、結(jié)晶、蒸餾、升華、鹽析等。充分掌握這些化學(xué)名詞和原理，對于工藝流程的分析是十分有利的。

3.解題思路

研究考題最為關(guān)鍵的一點是對其解題思路的分析，通過思路分析不僅可以充分掌握解題的方法，還可以形成基本的解題策略，這才是考題探究學(xué)習(xí)的意義所在。對于化工流程題可以采用如下解題思路：明晰整個化工流程的主要目的→結(jié)合信息分析每一步發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)→結(jié)合相應(yīng)的化學(xué)知識思考對應(yīng)的問題。

在具體分析時，首先可以大略讀題，整體把握物質(zhì)的投入與產(chǎn)出;然后細致讀題，深入研究每一步的化學(xué)反應(yīng)和基本原理;最后結(jié)合問題分析流程，規(guī)范作答。需要注意的是，一般化工流程題是模塊式問題，前后問之間并不存在相互影響，因此不必糾結(jié)于部分問題。在分析時，對于一些較為模糊的流程步驟或復(fù)雜的框圖，可以選擇性跳過，只需要對其基本的流程目的和最終產(chǎn)物有所了解即可。而對于題干給出的文字信息和圖形信息要多加注意，以便隨時調(diào)用，配合答題。

四、教學(xué)啟示

本題是在“注重應(yīng)用，素質(zhì)拓展”背景下命制的，不僅涉及眾多的知識內(nèi)容，而且貼近生活生產(chǎn)實際。學(xué)習(xí)掌握該類題型對于學(xué)生的發(fā)展具有重大的意義。考題以工業(yè)上電石渣制取氯酸鉀的工藝為載體，融合方程式書寫、化學(xué)轉(zhuǎn)化率、物質(zhì)的濃度分析、物質(zhì)的提純方法等知識，綜合性、邏輯性較強，在解答時需要掌握一定的方法。

從化工流程題的結(jié)構(gòu)來看，其屬于信息閱讀類題型，解題時需要充分調(diào)用題干的文字信息和圖表信息，從中提取關(guān)鍵信息助力解題。因此，在解題教學(xué)中，教師的首要任務(wù)是指導(dǎo)學(xué)生掌握讀題的方法，可以采用重點提煉的方式，即引導(dǎo)學(xué)生對題干中的重點語句畫線，從中提煉關(guān)鍵詞。而對于化工流程圖則需要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注流程中的關(guān)鍵過程、反應(yīng)條件和控制方法等，指導(dǎo)學(xué)生解題時隨時調(diào)用提煉的信息，為解題服務(wù)。

從考題考查的內(nèi)容來看，大部分來源于教材的重點知識，因此扎實學(xué)生的基礎(chǔ)是教師教學(xué)的重要任務(wù)。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生回歸基礎(chǔ)，重視基礎(chǔ)問題的分析與解答，包括基本的反應(yīng)原理、化學(xué)方程和操作方法，以及規(guī)范的語言表達和準(zhǔn)確的術(shù)語描述;同時，引導(dǎo)學(xué)生進行知識的融合和體系的構(gòu)建，形成對化學(xué)知識的總體性認(rèn)識，促進學(xué)生知識遷移能力的提升。

（責(zé)任編輯 羅? ?艷）