工艺流程图分析思维构建

凌鸿

摘 要：化学工艺流程题已成为化学高考的热点题型，具有较强的选拔功能。在元素化合物知识复习时，注意构建工艺流程的思维模型、渗透工艺思维，有助于学生对工艺流程图的分析、理解，提高学生提高从反应理论到实际工艺应用的能力。

关键词：工艺流程;思维构建;元素化合物复习

一、问题的提出

化学工艺流程题已成为化学高考的热点题型，分值大，在高考中有着重要地位[1]。工艺流程题以无机化工产品的工艺流程为载体，对元素化合物、化学反应原理、计算、实验等知识进行融合考查[2]，综合性强，具有较强的选拔功能。

化学工艺流程的命题热点是与流程图中紧密相关的知识，近三年全国Ⅰ卷都考查了试剂的作用、实验条件的选择、化学方程式的书写、化学计算等，具有横向相似性的命题特点[1]。

化学工艺流程题还会考查一些与流程图不直接相关的知识：如电子式的书写、电解规律的运用、速率影响因素等。2019年全国Ⅰ卷26题考查了电离平衡常数的应用，Ⅱ卷26题考查了滴定原理的应用，2018年全国Ⅰ卷27题考查了电解原理的应用等。工艺流程题对流程外知识考查拓展了命题广度，实现对化学主干知识的关注。

高三工艺流程题的复习一般是在复习完元素化合物和反应原理的知识之后。由于距离元素化合物的复习有一段时间，学生对之前复习的内容会有一定程度的遗忘，复习效果不理想。若在元素化合物知识复习时，注意构建工艺流程图分析的思维模型、渗透工艺思维，会在工艺流程专题复习取得更好的效果。元素化合物中的从海带中提取碘、海水中镁的提取、铝土矿中提取铝、硫酸工业生产等，都是构建思维的模板，在复习时可以适当挖掘和拓展。

二、构建工艺流程解题思维

1、熟悉工艺流程题的出题模式：

（1）通用模型[3]，见图1：

工艺流程的核心路径是“原料一反应一产品”，每个框图流程的关键問题是“物质一反应一操作[1]。设问角度可以是物质转化、条件控制、循环物质、pH变化、方程式书写、Ksp计算、产率计算等。我们要以物质进出为线索，以工艺操作为重点，以产品获取为目标，从而理解工艺技术，读体流程框图，突破工艺流程题[1]。

例1（2019年全国Ⅰ卷26题）以硼镁矿（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程见图2：

这种类型呈现的信息是工艺生产中提取产品所涉及的操作。分析时要根据物质分类的基本性质，判断滤渣、滤液的成分，结合化合价的变化，判断氧化、还原反应之后的产物。高考中，此类类型的工艺流程题居多。这种类型隐含物质间的转化关系，要求学生具有较扎实的元素化合物知识，难度较大。这也体现了高考出题的思想，立足于元素化合物基础知识。

例2（2017年全国Ⅰ卷27题）利用钛铁矿（主要成分是FeTiO3，还含有少量的MgO、SiO2等杂质）来制备Li4Ti5O12和LiFePO4。工艺流程见图3：

这种类型呈现的信息是工艺流程中物质的转化。题中所涉及的物质是高中学生所不太熟悉的，为了能让学生更好的解读题目，就会采用这种形式。

2、抓住原型，深度教学：

基于对流程题模式的分析，下面以元素化合物中海带提碘、铝土矿提铝、候氏制碱法、硫酸工业制备等为原型，探讨流程思维的构建和工艺思维的渗透。

（1）铝土矿提取氧化铝：

在复习完铝及其化合物的性质后，可以引导学生书写两种类型的流程。

工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2）提取氧化铝冶炼单质铝

学生通过画流程图，充分体会物质之间的转化关系、物质的状态与所选择的分离方式之间的关系，构建转化—状态—操作之间的联系，熟悉流程分析的基本思维模式。在分析其他的流程图时，就能够很自然的将状态和分离方式联系起来，再进行综合分析。

（2）海带提碘：

利用海带提碘的基本流程，可以熟悉除了过滤、蒸发之外的萃取、蒸馏等操作，有利于学生巩固基础知识。海带提碘的传统流程见图6。

海带提碘中最后一步碘的苯溶液的分离，用蒸馏法一直存在争议[4]，2015年浙江卷29题，采用了另外一种分离方法[2]，见图7：

用NaOH溶液将碘从碘的CCl4溶液中反萃取出来，最后是用过滤的方法将碘从碘的悬浊液中过滤出来。在复习海带提碘的时候，将这两种流程对比分析，既能够深入复习碘的物理、化学性质，培养学生运用所学知识，从不同角度、不同层次进行思考，有助于他们发散思维、科学探索精神的提升。

3、抓住原型，渗透工艺思维：

工艺流程的分析，还会涉及富集（如海水提溴），循环物质、副产物、母液（如侯氏制碱法）;催化剂条件选择、工艺设备的复杂性（如工业制硫酸）等。在元素化合物的复习中，注意这些工艺思维的渗透，更有助于学生将理论知识与实际工业生产联系起来。

（1）侯氏制碱法，见图8：

复习碳酸钠的性质时，可以利用联合制碱法，让学生更深刻的理解物质溶解性的应用。再结合流程，渗透物质循环、副产物等工艺思维。合成氨工厂和制碱工厂是联合在一起的，这样有利于降低生产成本。产生的母液中有NaHCO3和NH4Cl，可以循环利用，还可以提取副产品。NaHCO3分解生成的CO2也可以循环利用，提高产率等。

（2）硫酸的工业生产，见图9：

复习硫酸的工业生产时，可以渗透节约能源、降低成本、环境保护的思想，简单介绍接触室的热交换器。合成三氧化硫是放热反应，放出的能量能够通过热交换器得到充分利用。尾气主要成分是二氧化硫，可以生产副产品石膏等，减少酸雨的形成。

复习课培养学生的核心素养与关注高考并不矛盾，二者互相融合，有机渗透，更利于调动学生发展核心素养的积极性[2]。

三、反思总结

以上所述，是在元素化合物复习中，利用原型构建工艺流程的解题思维，能使学生更好的理解流程图。化学教学中，应关注学生思维过程以及思维的层次，可根据知识进阶的要求，在不同学习阶段建构不同的学习模型[2]。此外，要解好工艺流程题，还需要扎实的化学反应原理的知识，如电解、热化学、化学平衡、水溶液等。老师们在进行高三知识复习时，应深入研究高考试题，体会高考试题如何考查主干知识，才能引领学生既立足于高考，取得优异成绩，又能激发学生的学习潜能和创新精神，提升学生的化学学科核心素养[2]。

参考文献

[1]刘孝元，廖传珠，肖中荣.2019年高中化学复习备考研究（一）[J].中学化学教学参考，2019（1）：43-63.

[2]徐军.指向高考的深度学习研究—以无机工艺流程题复习为例[J].中学化学教学参考，2018（8）：46-49.

[3]王涵荣，衷明华.浅析广东高考工艺流程题解题策略[J].江西化工，2015（2）：226-228.

[4]张金水.浅议高考化学实验能力考查的趋势[J].化学教学.2018（1）：82-86.