初中化學工藝流程題解題策略研究

文 /陳慶華

引 言

化學工藝流程題就是以化工生產(chǎn)中的真實情景為素材，把生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，圍繞生產(chǎn)流程中有關的化學知識進行設問，要求學生根據(jù)題目提取能夠解決問題的有用信息。重在考查學生的概括、觀察、分析判斷、信息提取和應用能力，是近年來各省市化學中考常見的一種題型。

一、流程題結構及考查目標

工藝流程題一般采取流程圖的形式，形式各異，流程主線中有以操作名稱作框的，有以物質作框的，也有以設備作框的。工藝流程題是對物質制備、除雜、回收利用等進行定性、定量分析的一種實驗題型包含三部分：文字題頭、流程圖、回答問題[1]。

工藝流程題主要從以下七個方面考查學生的知識水平與能力。一是化學方程式的書寫及其反應類型的判斷；二是分析流程中涉及的實驗基本操作步驟；三是分析流程中得到的濾液和濾渣的成分；四是分析流程中可循環(huán)利用的物質；五是設計流程中檢驗、提純物質的方法；六是對流程的簡單評價和改進方法；七是判斷流程中反應條件的控制[2]。

二、解題思路與方法

（1）閱讀題頭中的文字說明和所給的信息資料，理解命題背景，找出關鍵信息，明確所用的原料（反應物）、目標產(chǎn)品（生成物），讀懂工藝流程的目的。

（2）解讀流程圖，分析流程。圖1是一般工藝流程圖。一要看流程圖中的“三線”：出線、進線、回頭線。其中，出線和進線均表示物料流向；回頭線表示可循環(huán)再利用的物質。二要解析流程圖，思考從原料到產(chǎn)物依次進行什么反應、利用什么原理；每步操作進行到什么程度最佳，每步除目標物質外，還產(chǎn)生了什么雜質，怎樣除去。對于一些初中階段未學習的知識，題目中會給予信息提示。學生應特別重視這些信息提示。

圖1

三、核心考點解讀

（1）對原材料預處理的方法及其作用。①粉碎、研磨的目的：增大反應物之間的接觸面積是加快反應速率；②金屬表面打磨是除去表面的污物或氧化膜；③加洗滌劑是利用乳化原理除去油污。

（2）流程中化學方程式的書寫及其反應類型的判斷。箭頭指向方框（設備）的物質是反應物，箭頭離開方框（設備）的物質是生成物。根據(jù)元素種類、原子種類與個數(shù)守恒及其反應規(guī)律，判斷沒有給出的反應物或生成物。如果化學方程式配不平，就要從反應物或生成物一方所缺的原子，判斷是否添加氧氣或水等物質。反應類型要依據(jù)反應的特征判斷，如“多變一”“一變多”等。

（3）加入的物質往往要過量，目的是將原料中的物質轉化完全或將原料中的雜質完全除去。需要注意的是，在下一個流程步驟中，該過量的物質還留在濾液或濾渣中，不要漏寫。

（4）流程中可循環(huán)利用的物質。一是指流程圖中有箭頭回轉指向前面方框的物質；二是作為反應物參與流程反應，但在后面流程中生成的物質（副產(chǎn)品）與原料是相同的物質。

（5）工藝流程的評價和改進。一般可從以下五個方面進行分析。一是科學性：能否達到目的，雜質是否完全除去，是否引入新的雜質等。二是安全性：盡量選用較溫和的反應條件，避免高溫、高壓條件。三是簡便性：操作簡單、利于分離、提純物質。四是對環(huán)境的影響：是否符合綠色化學理念，是否產(chǎn)生有毒氣體等。五是節(jié)約性：原料利用率要高、耗能少。

（6）流程中反應條件的控制?？販氐哪康耐ǔＪ欠乐刮镔|因溫度過高而分解、揮發(fā)、熔化或防止一些副反應的發(fā)生；調節(jié)溶液的pH目的是控制溶液的酸堿度，使化學反應朝需要的方向發(fā)生，或某些金屬離子開始產(chǎn)生沉淀或沉淀完全；溶液趁熱過濾的目的是防止溫度降低，溶液中的某溶質結晶析出。

四、知識能力儲備

（一）熟悉常見物質的性質及其轉化原理

熟悉氧氣、常見氧化物、鐵等金屬單質以及常見酸、堿、鹽的性質，理解常見物質特別是金屬、酸、堿、鹽的化學性質及其轉化原理尤為重要。比如，鎂、鋁、鐵、銅等金屬單質能與氧氣發(fā)生化學反應，生成對應的金屬氧化物；鎂、鋁、鋅、鐵等金屬單質能與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生置換反應，生成鹽和氫氣。酸、堿、鹽發(fā)生的化學反應若以生成物進行分類，有鹽生成的反應共有八種情況。其中，酸與堿、氧化物與酸或堿反應生成鹽和水；活潑的金屬與稀酸發(fā)生反應，生成鹽和氫氣。

（二）關于流程設計中的基本操作及其目的

（1）溶解。溶解的目的是將可溶性物質分散到溶劑中形成溶液，是與蒸發(fā)反向的操作過程。

（2）過濾。過濾的目的是將不溶性物質與可溶性物質分離，通過過濾得到兩部分物質，其中濾渣的成分是所有不溶性的物質，濾液是可溶性物質形成的溶液，即流程圖的箭頭離開方框得到了固體與液體，必然是經(jīng)過了過濾操作。

（3）蒸發(fā)。蒸發(fā)的目的是除去溶液中的溶劑，得到可溶性的固態(tài)溶質，即蒸發(fā)是從溶液中得到晶體的一種實驗基本操作。

（4）洗滌。洗滌的目的是洗去固體表面上殘留的溶液。常見的洗滌方法有水洗、醇洗、飽和溶液洗滌等。

（5）烘干（干燥）。烘干的目的是除去固體表面上殘留的水分。

（三）關于流程設計中檢驗物質（離子）的方法

檢驗，即用實驗的方法驗證是不是某物質（離子）或有沒有某物質（離子）的問題。工業(yè)流程題往往涉及檢驗流程中的沉淀是否完全，或所加的試劑是否足量。檢驗的方法：靜置，取上層清液，往清液中繼續(xù)滴加與之前相同的試劑，如果沒有沉淀產(chǎn)生，就說明沉淀完全或所加的試劑足量。

此外，工業(yè)流程題還涉及檢驗濾渣（固體物質）表面上殘留的溶液是否洗滌干凈。檢驗方法：取最后一次的洗滌液，滴加檢驗試劑，若無明顯現(xiàn)象，則說明洗滌干凈。

（四）關于流程設計中提純物質的方法

提純（除雜）是除去混合物中的雜質，得到混合物中的主要成分（純凈物）。提純的方法有物理和化學兩種，其中物理方法是用過濾、蒸發(fā)結晶或降溫結晶等得到純凈物；化學方法是依據(jù)混合物中所含雜質的化學性質，加入除雜試劑與之反應而除去，所加的除雜試劑要遵循除雜的三大原則：“不增”“不減”“易分”?！安辉觥笔侵赋s過程中不能引入其他物質；“不減”是指加入的試劑不能與混合物中的主要成分（純凈物）反應；“易分”是指保留的純凈物易與雜質分離，反應后雜質應轉化為保留的純凈物或者沉淀、氣體、水等易分離的物質，即雜化純、雜化沉、雜化氣、雜化水。

（五）理解復分解反應的實質，助力能力提升

溶液中存在不能共存的離子（即離子能結合形成沉淀、氣體或水），就會發(fā)生復分解反應。

五、經(jīng)典范例剖析

通過列舉兩道工藝流程題來談談這類題型的具體解題思路與策略。

范例1：二氧化氯（ClO2）是國際公認的最新一代廣譜、高效、安全、環(huán)保的殺菌消毒劑，可代替氯氣用于飲用水的消毒。圖2是用綜合法制取二氧化氯（ClO2）的流程，根據(jù)題意回答下列問題。

圖2

（1）燃燒器中，合成氯化氫（HCl）的化學方程式為________________________________________。

（2）二氧化氯（ClO2）發(fā)生器中的反應為2NaClO3＋4HCl＝2NaCl＋2X＋2ClO2↑＋Cl2↑， 其中X的化學式為__________。

（3）整個生產(chǎn)流程中，可循環(huán)使用的物質有 __________和__________。

【解題思路與策略】解題時要注意：一是明確目標產(chǎn)品是什么物質，通過閱讀文字說明和題中的信息資料，得出制備的目標物質是二氧化氯。二是尋找在制備過程中所需的原料，電解氯化鈉溶液產(chǎn)生的氫氣通入燃燒器，在燃燒器中與通入的氯氣燃燒合成氯化氫，化學方程式為根據(jù)元素種類、原子種類、個數(shù)守恒判斷沒有給出的生成物是H2O。流程中可循環(huán)利用的物質，一是指流程圖中有箭頭回轉指向前面方框的物質，二是作為反應物參與流程反應。但在后面流程中，反應生成的物質（副產(chǎn)品）與原料是相同的物質。所以在整個生產(chǎn)流程中，可循環(huán)使用的物質有氯氣和氯化鈉。

范例2：氧化鋅廣泛用于皮膚病的治療，工業(yè)氧化鋅常含有少量雜質（CuO、FeO、SiO2等），不能直接使用。提純、凈化氧化鋅的簡易流程如圖3所示。

圖3

參考資料：SiO2既不溶于水也不與酸反應。

（1）反應器Ⅰ中加入足量稀硫酸，充分反應后，生成硫酸鹽的化學式為__________。

（2）操作一、操作二和操作三采用的分離方法是________。

（3）殘渣中除金屬鋅外，還有____________。

（4）操作四發(fā)生反應的化學方程式為______________________________。

【解題思路與策略】通過閱讀題頭的文字說明和所給的信息資料，縱觀全局，明確此題核心考點是物質的提純（除雜）。解題時，我們要明確目標產(chǎn)品，在熟悉常見物質的性質及其轉化原理的基礎上，理解所加試劑或操作的目的，認真分析當加入某一試劑后，能與什么物質發(fā)生反應，生成什么產(chǎn)物，依據(jù)除雜原則、方法，判斷混有的雜質有哪些，從而決定用什么方法將雜質除去。

問題解析：（1）反應器Ⅰ中加入工業(yè)氧化鋅和稀硫酸，硫酸與ZnO、CuO、FeO發(fā)生復分解反應，生成硫酸鹽ZnSO4、CuSO4和FeSO4。（2）因為操作二后分別得到固體殘渣與溶液，所以操作二是過濾，從而得出操作一、操作二和操作三采用的分離方法都是過濾。（3）要分析流程中得到的濾液和濾渣的成分物質。根據(jù)題中所給的信息資料，SiO2既不溶于水也不與酸反應，在操作一的過濾中SiO2就已除去，因此操作二后的殘渣中無SiO2。又因為活潑的金屬能夠把不活潑的金屬從它的鹽溶液中置換出來，在反應器Ⅱ中，過量的鋅粉能把CuSO4、FeSO4完全除去，所以操作二后的溶液中溶質只有ZnSO4，殘渣中除金屬鋅外，還有金屬鐵和銅。（4）ZnSO4和Na2CO3滿足復分解反應發(fā)生的條件，從而生成ZnCO3，通過過濾等操作得到固體濾餅。根據(jù)元素守恒及其反應規(guī)律判斷，ZnCO3與CaCO3類似，在高溫條件下，能發(fā)生分解反應，生成ZnO和CO2，化學方程式為

結 語

綜上所述，工藝流程題能充分凸顯學科特點，既可以考查學生初中化學基礎知識、基本技能、學科核心素養(yǎng)，又能引導教師積極改革課堂教學模式，加強實驗教學，提高課堂教學質量。教師通過對工藝流程題解題策略的研究，能加深學生在初中化學總復習階段對化學整體知識的理解，增強課堂教學實效，實現(xiàn)學生的可持續(xù)發(fā)展。