化学工艺流程图题的命题特点和应对策略

王保强

摘要： 认识化学工艺流程图题的命题特点是解题的基础。指出在分析化学工艺流程图题时，可以从流程图的呈现方式、流程图中的化学知识和问题解决的一般方法三个部分建立分析框架。以高考试题为例，按照工艺流程图题的分析框架进行解析。提出了解答化学工艺流程图题的教学策略。

关键词：化学工艺流程图题；习题解析；教学策略；中学化学教学

文章编号：1005–6629（2013）8–0064–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学知识在工业生产和生活实际中，有着广泛的应用。在高考命题中为了体现化学学科知识的实用性，试题有时会以流程图的形式出现。这类习题往往以真实的化学工业生产过程为命题素材，体现能力立意的高考命题指导思想。工艺流程图题能够综合考查学生的基础知识及应用解决实际问题的能力[1]。解答这类习题需要学生既要熟知工业生产的基本反应原理，同时要能对流程图中所给出的关键信息进行解读，理解有关的反应原理，对学生的能力要求较高。特别是江苏高考试题Ⅱ卷中有2道大题都是以真实的化学工艺流程图呈现出来，给考生答题带来了不小的压力。研究化学工艺流程图题的命题特点，并有针对性地采用适当的应对策略，已是摆在广大师生面前的课题。李新勇、刘全明等人对江苏高考试题进行评价，指出流程图的结构、特点和分类，孙国虎、王滋曼等结合命题趋势，尝试从命题的角度分析流程图，许国霞等分析了无机流程图的常见解法。结合教学实践，本文试图分析工艺流程图题的命题特点，提出分析的方法和技巧，给出教学建议，从而提高课堂教学质量。

1 认识化学工艺流程图题的命题特点

课程标准明确指出高中化学要使学生能够运用所学知识解释生产、生活中的化学现象，解决与化学有关的一些实际问题[2]。化学工艺流程图题由于它更能体现生产实际，得到命题专家的青睐而逐渐成为一种流行的题型。化工流程图题就是对化工生产过程进行概括和抽象，将主要操作步骤或物质转化用框图和箭头连接起来，并以文字、表格或图像补充相关的信息，然后根据流程中涉及的中学化学知识进行设问，从而构成与化工生产紧密联系的试题。从考查内容上看，工艺流程图题以原料到产物转化为线索背景，以物质性质和物质的转化为考查重点；从呈现方式上看，流程图其基本结构包括题头、题干和题尾三个部分，其核心部分是用框图、箭头和文字等形式将操作或物质转换或反应设备等主要生产工艺流程表示出来；从设问形式上看，流程图比较新颖并且隐含的知识量较大，往往把化学理论、实验设计、基本操作和元素化合物知识与流程融合在一起，问题设问对学生的能力要求明显高于单一的图表题，因而在教学中学生普遍反映化学工艺流程图题较难解答[3]。针对这种情况，教学中要引导学生抓住命题特点，建立分析框架，总结出流程图分析的一般思路，从而弄清和完成命题者的设问要求。

2 解析化学工艺流程图题的方法和技巧

流程图题包含的信息量比较大，需要在分析时理清解决问题的基本框架，避免“只见树木不见森林”和“眉毛胡子一把抓”的现象。在面对大信息量的流程图题时，要抓住流程图的关键词语，准确解读其化学含义，同时要抽象出问题分析的本质特征，建立起信息分析的基本模型，即构建分析框架。

2.1 建立流程图题的分析框架

通过抽象、简化、假设、归纳等处理过程后，可以将某类实际问题用具体方式表达、建立起分析框架，然后用类比的方法对具体问题进行处理，找出解题的方法和思路。结合流程图的命题特点，可以建立流程图题的分析框架如下（图1）：

从上图可以看出，化学工艺流程图题从结构上看是由三个部分组成，这三个部分都能提供不同的化学信息。在解题时可以先全面认识流程图的基本结构，明确题中关键词的基本含义，进而理解由多个化学反应组成的实验流程。教师在对这类习题进行归纳提炼时，可以从流程图题呈现方式、化学规律和知识及解题方法进行剖析，提升学生对流程图的整体认识，培养学生的思维品质。

2.2 理解流程图中常用的关键词

工艺流程图题中给出部分文字信息，是流程图中化学反应的关键提示信息，可能是具体物质，可能是实验操作。对这些信息要进行仔细解读，特别是表示相应的化学实验操作的文字信息。因为这些操作目的是使相关的物质发生相应的物理或化学变化。表1列出了流程图题中常见的有关实验操作的关键词[4]。

2.3 利用流程图解题的常用方法

在解答流程图题时，由于题干中大都是教材中没有出现过的物质，学生容易被陌生情景和专业术语吓倒，甚至造成很多学生放弃解答。其实，很多设问都是各自独立，无连带效应的，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。而且每题中都有与流程图无关的问题，可以直接根据已有的知识去完成。尽管流程图题有不同的解题方法，在教学中首尾分析法是最常用的解题方法。它是指在了解工艺流程试题的题干结构后，对比分析流程示意图中的初始原料与目标产品，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，如纯度、浓度、成分等不同的变化。这样就需要弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂分离提纯产品的化工工艺，然后结合题设的问题回答相关的化学原理或化学操作内容。

3 典型例题解析

从2012年高考试题中有关流程图试题来看，工艺流程图题常常以元素化合物知识为依托，以反应原理、实验操作为考查重点，以物质制备为主要实验目的。现以2012年部分高考试题为例，分析其命题特点，剖析其解题的思维过程。

例题1 （2012·广东）难溶性杂卤石（K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O）属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：

K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O（s） 2Ca2++2K++ Mg2++4SO4

为能充分利用钾资源，用饱和Ca（OH）2溶液浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程（见图2）如下：

（1）滤渣的主要成分有 和 以及未溶杂卤石。

（2）用化学平衡移动原理解释Ca（OH）2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因： 。

（3）“除杂”环节中，先加入 溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入 溶液调滤液pH至中性。

分析：此题是以杂卤石为原料经过一系列物理、化学反应制取硫酸钾的工艺流程图题。从呈现方式来看，试题是以物质转化的操作为主线的原料转化工艺流程图。题中溶浸操作是用Ca（OH）2溶液与杂卤石进行充分反应，加入Ca（OH）2实际上包含Ca2+和OH-，Ca2+可以与杂卤石中SO4 2-反应，OH-可以与Mg2+反应，生成Mg（OH）2、CaSO4两种沉淀然后进行过滤操作。在剩下的滤液中需要加入一种物质除去Ca（OH）2，根据首尾分析法的原理，加入的物质可以与Ca（OH）2发生反应，同时根据此题的实验目的是制取硫酸钾，这种加入的物质必须为钾盐，分析应该是K2CO3。滤液中剩余的是硫酸钾溶液，进行蒸发浓缩得到固体硫酸钾。

答案：（1）根据题目给出的可逆溶解平衡，加Ca（OH）2后，Mg2+变成Mg（OH）2。硫酸钙是微溶物，因此滤渣成分是Mg（OH）2 、CaSO4和未溶杂卤石；（2）根据勒夏特列原理，加入Ca（OH）2后，Mg2+不断沉淀，硫酸钙也析出，平衡正向移动，因此浸出K+；（3）为了使生成的K2SO4纯净，要除去加入的过量Ca（OH）2，因此加入K2CO3，最后用H2SO4除去过量的K2CO3并调节溶液的pH。

例题2 （2012·江苏）废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。实验室利用废旧电池的铜帽（Cu、Zn 总含量约为99%）回收Cu并制备ZnO的部分实验过程如下（见图3）：

（1）①铜帽溶解时加入H2O2 的目的是

（用化学方程式表示）。②铜帽溶解完全后，需将溶液

中过量的H2O2除去。除去H2O2的简便方法是

。

（2）已知pH>11 时Zn（OH）2 能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）4]2-。表2列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH 按金属离子浓度为1.0 mol·L-1计算）。

实验中可选用的试剂：30% H2O2、1.0 mol·L-1 HNO3、1.0 mol·L-1 NaOH。由除去铜的滤液制备ZnO 的实验步骤依次为：① ；② ；③过滤；④ ；⑤过滤、洗涤、干燥；⑥900℃煅烧。

分析：此题是以废旧电池为原料经过综合利用回收铜并制备氧化锌的工艺流程图题。从呈现方式来看，试题是以物质转化的操作为主线的原料转化工艺流程图。（1）电池铜帽溶解在稀H2SO4和H2O2 中，说明单质铜可以转化为可溶于水的二价铜离子。根据电子守恒可知H2O2被还原为H2O。（2）此题的实验目的是制备ZnO，可以分析出步骤⑥是Zn（OH）2固体受热分解，步骤⑤应该是Zn（OH）2从溶液中析出，且不会有其他固体杂质析出。流程图中制备的原料是除去铜之后的滤液，其中含有Fe3+、Fe2+和Zn2+。①②两步应把Fe3+、Fe2+转化为沉淀，同时保持Zn2+不会沉淀。根据题目给出的离子生成沉淀所需pH的信息，可以得知应先将Fe2+氧化为Fe3+，然后调节pH使Fe3+全部沉淀，过滤后使Zn2+转化为沉淀。

答案：（1）①Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O；②加热（至沸）

（2）①向滤液中加入适量30% H2O2，使其充分反应；②滴加1.0 mol·L-1NaOH，调节溶液pH 约为5（或3.2≤pH<5.9），使Fe3+沉淀完全；③向滤液中滴加1.0 mol·L-1 NaOH，调节溶液pH 约为10（或8.9≤pH≤11），使Zn2+沉淀完全。

4 化学工艺流程图题的教学策略

要想准确、顺利地解答好工艺流程图题，一方面要掌握物质的性质及其相互转化规律，掌握除杂、分离提纯物质等基本化学实验技能；另一方面要应用行之有效的解题方法，提升分析工艺流程图题的能力。

4.1 注意对流程图题的整体解读

在教学中，有的学生拿到流程图后，立即对题中的所有关键词一个一个地进行解读，希望能挖掘出深刻的含义。其实通过对流程图结构进行分析可以知道，命题者对流程图题的信息是通过不同的结构部分给出的。教学中教师要训练学生从整体上把握命题者的意图，通过阅读题头，了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，进而明确生产目的——制备什么物质，找到制备物质时所需的原料及所含杂质，提取出所给的相关信息——物质反应的化学方程式、物质稳定性、物质溶解性等。然后对比分析生产流程示意图中的第一种物质原材料与最后一种物质产品，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的过程中依次进行的反应。在解读时要注意从整体上把握命题者的目的和意图，不要拘泥于一个小问题的疑问，应把握题目的主线，对整个流程形成完整、系统的理解。

4.2 注意基础知识和常用方法的归纳掌握

掌握常见问题的分析思路和方法，有利于化工流程题的解答。如在很多的工艺流程题中，经常标出温度、浓度等外界条件，对外界条件的分析主要从对反应速率和平衡转化率的影响两个角度入手。反应速率应从反应物接触面积、接触机会、温度、反应物浓度、催化剂等方面思考，同时要结合试题的实际情境和物质的性质。若为不同状态物质之间的反应，则会有接触面的问题，而增大接触面的具体措施又各不相同，如固体可以用粉碎的方法、液体可以用喷洒的方法等。温度措施在运用时须确保反应物或生成物的性质保持稳定，加热一般是加快反应速率或加速固体溶解；降温是防止某物质在高温时溶解，也可能是适当降低反应速率或使化学平衡向着放热方向移动等；控制一定的温度可能是防止某物质在高温时分解、挥发（如Br2）或发生副反应，也可能是使催化剂活性达到最高。

很多学生解答工艺流程图题时感到困难，这与学生平时基础知识未掌握好、方法不灵活有一定关系，同时这与工艺流程图题信息量较大，学生解读困难也不无关系。教学中，教师要结合各地的命题趋势，有针对性地解读和训练，帮助学生建立流程图题分析的一般框架结构，从而达到掌握流程图题的目的。

参考文献：

[1]李新勇.江苏省高考化学流程题的评析[J].化学教学，2012，（7）：53.

[2]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003：9.

[3]杨晓丽.对“化工流程图”题的几点思考[J].化学教与学，2011，（4）：79.

[4]刘全明. 化学工艺流程题的结构、特点、分类与解法[J].化学教学，2010，（3）：57.