化工工藝流程題的必備知識和解題策略

摘 要：化工工藝流程題通常以化工生產流程框圖的形式呈現，將陌生元素及其化合物作為載體考查知識內容，引導學生按照題目要求書寫對應的方程式、實驗流程分析、產率計算、實驗方案的評價等，題目素材主要來源于真實的工業(yè)生產和生活情境。本文將對該類試題的必備知識和解題策略進行探索和分析，引導學生在解決問題過程中強化化學學科思維意識，最終實現學科關鍵能力和核心素養(yǎng)的有效提升。

關鍵詞：化工工藝流程題;必備知識;解題策略

化工工藝流程題具體表現為服務人才、強化教學和立德樹人，以學科素養(yǎng)和核心價值為落腳點，重視對學生的專業(yè)知識與學科關鍵能力的考查?；ち鞒填}能夠對學生的綜合能力水平進行全面的考查，其以能力為宗旨，目的在于為了讓學生能夠學會如何將化學基礎知識運用到實踐生產過程中，使得學生的實踐能力水平得到全面的鍛煉和培養(yǎng)[1]。

一、化工工藝流程題概述

化工工藝流程題作為化學高考的必考題型之一，該類型題目通常會涉及諸多方面的知識內容并且整體難度偏高。此類題一般情況下都是信息給予題，需要學生利用題給信息再結合已有的化學知識解決實際問題，考查學生的識別圖表、圖形能力，模型認知能力和知識整合能力[2]。從現階段常見的題型來看，主要包括物質分離提純型和物質制備型兩類，前者指的是按照要求將混合物中的某種物質進行提純;后者考查內容為根據題目中給定的物質，用于制備新的物質。從近期各地高考化學科目的考查內容來看，其中屬于物質分離提純型的題目包括：2019年天津第10題粗硅提純、2017年天津第7題固體混合物分離等。而屬于物質制備型的題目包括：2021年全國乙卷第26題回收利用煉鐵高鈦爐渣、2021年廣東第18題回收利用廢催化劑、2021年山東第17題制備紅礬鈉、2021年湖南第17題制備Ce2（CO3）3·nH2O、2021年河北第15題制備高價鉻鹽的新工藝、2020年全國卷I第26題由黏土釩礦制備NH4VO3、2020年全國卷III第27題制備硫酸鎳晶體、2020年山東第27題用軟錳礦制備高純碳酸錳、2019年全國卷I第27題利用廢鐵制備硫酸鐵銨等。

二、化工工藝流程題的常見考查知識點暨必備知識

化工工藝流程題對考生的能力要求較高，其中涵蓋的知識點相對繁雜且題目篇幅較大，可以從宏觀層面對試題進行系統(tǒng)性分析，將整個工藝流程合理劃分為多個階段，具體包括：一是原料的預處理，在該環(huán)節(jié)內通常包括煅燒、溶解等步驟，主要目的在于對化合物進行提純。二是核心化學反應，該環(huán)節(jié)主要對學生掌握的理論知識進行考查。三是產品的提純，在該環(huán)節(jié)內利用過濾、結晶、蒸餾等一系列操作步驟，按照要求進行提純以得到相應的物質，而在這一過程中需要對分離條件重點考慮與分析。

（一）原料的預處理

1.研磨、粉碎、噴灑

（1）進行上述操作的目的在于促進反應物接觸面積的擴大，盡可能提供接觸空間，以起到增強化學反應的效果，促進原料利用率的顯著提升。

（2）通常來講，現階段擴大反應物接觸面積的方式有：以固體反應物為例，大多選擇研磨、粉碎的手段;液體反應物主要以噴灑手段為主;而針對氣體反應物，通常會借助多孔分散器。

2.溶浸

（1）水浸，進行該步驟的主要目的在于實現對水溶性物質與非水溶性物質的分離。

（2）酸浸作用在于對金屬及其氧化物的溶解，通過對溶液酸堿性的調節(jié)實現特定離子的水解。

（3）堿浸的適用對象主要為溶解酸性氧化物、鋁及其化合物等，其同樣具有調節(jié)酸堿性的作用。

（4）選擇醇浸的主要目的在于對有機物的溶解提取。

3.灼燒（煅燒、焙燒）指的是通過加熱的方式以達到分解固體反應物的目的，另外在這一過程中還可能會使其內部成分發(fā)生變化。

（二）核心化學反應中的條件控制

1.控制PH的作用在于實現對金屬離子的有效分離。例如：向在Cu2+中混有Fe3+的溶液中加入能和H+發(fā)生反應的物質且不會導致新的物質產生，可供選擇的物質包括：CuO、Cu（OH）2等。

2.對體系外界環(huán)境的調節(jié)

（1）在蒸發(fā)或結晶流程當中，可添加適量的酸或堿以避免因鹽類水解降低產率。

（2）需要在酸性氣流中對含結晶水晶體進行干燥處理，以削弱水解效果，同時還能實現對水蒸氣的有效處理。

（3）還原性氛圍，避免還原性物質出現氧化反應。在對Fe2+的防氧化處理中一般會選擇加入鐵粉。

3.控制溫度

（1）通過加熱能夠提高溶解效率，加快化學反應速率。

（2）利用溫度調節(jié)的方式，能夠避免物質出現溶解或分解等情況，以保障某種物質的穩(wěn)定存在。

（3）將溫度控制在合理范圍內，有利于反應速率的加快，對平衡移動有著顯著的調節(jié)作用，同時還能保證催化劑的效果得到充分發(fā)揮。

（三）產品的洗滌

1.冰水洗滌：洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗[3]。

2.用有機物（如用乙醇）洗滌產品：在兼具上述功能的基礎上，還能夠對產品起到一定的干燥作用。

（四）循環(huán)操作與副產物利用

1.如果某物質在實際反應中，既屬于輔助原料同時也是副產品，那么可以采取循環(huán)利用的方式。

2.需要對部分隱含物質保持高度關注，如果經過多次重復操作其濃度超出正常水平，往往會對產品純度造成影響。

三、化工工藝流程題的解題策略

在處理化工工藝流程題時要讓學生學會審題，通讀工藝流程題，可以把工藝流程題分為題頭、題干和題問三部分。題頭對工藝流程所需的原材料及目標進行說明;題干顯示了從原材料到目標產物的工藝流程;最后設計了一些工藝流程問題考查學生解決問題的能力[4]。在處理第一部分題頭時，要讓學生學會抓住關鍵字、關鍵詞和關鍵句找出題頭中的有效信息明確該工藝流程目的，解決“想要干什么”。對于第二部分題干需要解析流程圖，注意題目中的每一個關鍵點，盡可能讀懂流程解決“怎么制備”（要告知學生哪些流程可能超出學生的現有知識范圍，在做題時需要模糊處理）。最后讀題看清問題要求，逐空規(guī)范作答，處理提問時常見的分析思路有：

（一）相對獨立題設問題可以定點爆破，這種提問是獨立的，沒有連帶效應，一個問題解決不了，不會影響下一個問題解決，可以讓學生直接根據現有的知識內容去完成，既節(jié)約時間，又能夠提高有效得分。示例如下：

2021年廣東化學第18題：

“焙燒”中，有Na2MoO4生成，其中Mo元素的化合價為+6。

（二）就對應題設問題返回題干流程尋找答案，因為學生已經通讀試題大致了解工藝流程，就能快速找到對應的框圖，結合題目中的信息弄懂相應的流程步驟，題目中問什么就需要推導什么，但不一定需要將每一種物質都推導出來。示例如下：

2020年山東化學第16題：

MnO2與BaS溶液反應轉化為MnO的化學方程式為MnO2+BaS+H2O=Ba（OH）2+MnO+S（結合題干信息可推出生成物有氫氧化鋇和硫磺）。

碳化過程中發(fā)生反應的離子方程式為Mn2++HCO3-+NH3·H2O=MnCO3↓+NH4++H2O。（結合框圖信息可推出參與反應的微粒）。

（三）首尾信息相結合分析的方法，首先對比分析生產流程示意圖中的第一種物質原料與最后一種物質產品，通過對比分析找出原料與產品之間的關系，弄清生產流程過程中原料轉化為產品的基本原理和除雜、分離、提純產品的化工工藝，然后再結合題設問題進行推敲解答。示例如下：

2021年山東化學第17題：

蒸發(fā)結晶時，過度蒸發(fā)將導致所得溶液中含有大量Na2SO4·10H2O;冷卻結晶所得母液中，除Na2Cr2O7外，可在上述流程中循環(huán)利用的物質還有H2SO4。

（四）全面分析題干攻克題設問題的方法，需要對比分析生產流程示意圖中的原材料和產品，盡量讀懂工藝流程圖中每一步的框圖，從對比分析中找出原料與產品之間的關系，以及前后每一步的聯系，然后結合題設的問題進行精準解答，這種方法需要對整個流程有一定的理解，主要是針對題設中的難點問題。示例如下：

2020年山東省等級考第二次模擬化學第18題：

精制Ⅱ中加入CaCl2溶液除去磷酸鹽，pH過小時影響除磷效果的原因是形成溶解度較大的酸式鹽或形成溶解度較大的磷酸氫鈣或磷酸二氫鈣;pH過大時，沉淀量增大的原因是產生了Ca（OH）2沉淀。

2021年河北化學第15題：

熱解工序產生的混合氣體最適宜返回工序②（填空“①”“②”“③”或“④”）參與內循環(huán)。

結束語

化工工藝流程題通常以元素化合物知識作為載體，以化工工藝流程圖的形式直觀呈現，通過原料預處理、核心反應、產品分離提純等諸多考點考查學生的化學必備知識，以及學科關鍵能力。高中生應注重積累相關的生活經驗，對操作流程中的每一部分進行了解，明確其目的，對相關的化學元素、化學實驗基礎、化學反應類型進行認知，提升自己的化學信息的整理能力，以及相應的化學素養(yǎng)[5]。平時學習過程中教師要引導學生對化學必備知識的學習與掌握，同時鍛煉學生的學科關鍵能力，提升學生的化學學科素養(yǎng)，引導學生進一步深化對問題的認識，才能在真正意義上讓學生對化工工藝流程題進行有效解決。

參考文獻

[1]張鵬程.高考化學化工流程題的解題策略[J].學周刊，2019（21）.

[2]李春文.無機化工流程題的解題策略[J].中學化學（8）：4.

[3]王曉波.化工流程題的解題指導[J].數理化解題研究：高中版，2017，（12）：79-81.

[4]夏宜瀟.高考化工流程題試題分析與解題思路[J].高考（2）：1.

[5]趙欣欣.高考化工流程題試題分析與解題思路[J].試題與研究，2019（30）.

作者簡介：吳東國（1981— ），男，漢族，山東惠民人，山東省濱州市惠民縣第一中學，本科，中學一級。研究方向：高中化學教學。