化工工艺流程题的必备知识和解题策略

摘 要：化工工艺流程题通常以化工生产流程框图的形式呈现，将陌生元素及其化合物作为载体考查知识内容，引导学生按照题目要求书写对应的方程式、实验流程分析、产率计算、实验方案的评价等，题目素材主要来源于真实的工业生产和生活情境。本文将对该类试题的必备知识和解题策略进行探索和分析，引导学生在解决问题过程中强化化学学科思维意识，最终实现学科关键能力和核心素养的有效提升。

关键词：化工工艺流程题;必备知识;解题策略

化工工艺流程题具体表现为服务人才、强化教学和立德树人，以学科素养和核心价值为落脚点，重视对学生的专业知识与学科关键能力的考查。化工流程题能够对学生的综合能力水平进行全面的考查，其以能力为宗旨，目的在于为了让学生能够学会如何将化学基础知识运用到实践生产过程中，使得学生的实践能力水平得到全面的锻炼和培养[1]。

一、化工工艺流程题概述

化工工艺流程题作为化学高考的必考题型之一，该类型题目通常会涉及诸多方面的知识内容并且整体难度偏高。此类题一般情况下都是信息给予题，需要学生利用题给信息再结合已有的化学知识解决实际问题，考查学生的识别图表、图形能力，模型认知能力和知识整合能力[2]。从现阶段常见的题型来看，主要包括物质分离提纯型和物质制备型两类，前者指的是按照要求将混合物中的某种物质进行提纯;后者考查内容为根据题目中给定的物质，用于制备新的物质。从近期各地高考化学科目的考查内容来看，其中属于物质分离提纯型的题目包括：2019年天津第10题粗硅提纯、2017年天津第7题固体混合物分离等。而属于物质制备型的题目包括：2021年全国乙卷第26题回收利用炼铁高钛炉渣、2021年广东第18题回收利用废催化剂、2021年山东第17题制备红矾钠、2021年湖南第17题制备Ce2（CO3）3·nH2O、2021年河北第15题制备高价铬盐的新工艺、2020年全国卷I第26题由黏土钒矿制备NH4VO3、2020年全国卷III第27题制备硫酸镍晶体、2020年山东第27题用软锰矿制备高纯碳酸锰、2019年全国卷I第27题利用废铁制备硫酸铁铵等。

二、化工工艺流程题的常见考查知识点暨必备知识

化工工艺流程题对考生的能力要求较高，其中涵盖的知识点相对繁杂且题目篇幅较大，可以从宏观层面对试题进行系统性分析，将整个工艺流程合理划分为多个阶段，具体包括：一是原料的预处理，在该环节内通常包括煅烧、溶解等步骤，主要目的在于对化合物进行提纯。二是核心化学反應，该环节主要对学生掌握的理论知识进行考查。三是产品的提纯，在该环节内利用过滤、结晶、蒸馏等一系列操作步骤，按照要求进行提纯以得到相应的物质，而在这一过程中需要对分离条件重点考虑与分析。

（一）原料的预处理

1.研磨、粉碎、喷洒

（1）进行上述操作的目的在于促进反应物接触面积的扩大，尽可能提供接触空间，以起到增强化学反应的效果，促进原料利用率的显著提升。

（2）通常来讲，现阶段扩大反应物接触面积的方式有：以固体反应物为例，大多选择研磨、粉碎的手段;液体反应物主要以喷洒手段为主;而针对气体反应物，通常会借助多孔分散器。

2.溶浸

（1）水浸，进行该步骤的主要目的在于实现对水溶性物质与非水溶性物质的分离。

（2）酸浸作用在于对金属及其氧化物的溶解，通过对溶液酸碱性的调节实现特定离子的水解。

（3）碱浸的适用对象主要为溶解酸性氧化物、铝及其化合物等，其同样具有调节酸碱性的作用。

（4）选择醇浸的主要目的在于对有机物的溶解提取。

3.灼烧（煅烧、焙烧）指的是通过加热的方式以达到分解固体反应物的目的，另外在这一过程中还可能会使其内部成分发生变化。

（二）核心化学反应中的条件控制

1.控制PH的作用在于实现对金属离子的有效分离。例如：向在Cu2+中混有Fe3+的溶液中加入能和H+发生反应的物质且不会导致新的物质产生，可供选择的物质包括：CuO、Cu（OH）2等。

2.对体系外界环境的调节

（1）在蒸发或结晶流程当中，可添加适量的酸或碱以避免因盐类水解降低产率。

（2）需要在酸性气流中对含结晶水晶体进行干燥处理，以削弱水解效果，同时还能实现对水蒸气的有效处理。

（3）还原性氛围，避免还原性物质出现氧化反应。在对Fe2+的防氧化处理中一般会选择加入铁粉。

3.控制温度

（1）通过加热能够提高溶解效率，加快化学反应速率。

（2）利用温度调节的方式，能够避免物质出现溶解或分解等情况，以保障某种物质的稳定存在。

（3）将温度控制在合理范围内，有利于反应速率的加快，对平衡移动有着显著的调节作用，同时还能保证催化剂的效果得到充分发挥。

（三）产品的洗涤

1.冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗[3]。

2.用有机物（如用乙醇）洗涤产品：在兼具上述功能的基础上，还能够对产品起到一定的干燥作用。

（四）循环操作与副产物利用

1.如果某物质在实际反应中，既属于辅助原料同时也是副产品，那么可以采取循环利用的方式。

2.需要对部分隐含物质保持高度关注，如果经过多次重复操作其浓度超出正常水平，往往会对产品纯度造成影响。

三、化工工艺流程题的解题策略

在处理化工工艺流程题时要让学生学会审题，通读工艺流程题，可以把工艺流程题分为题头、题干和题问三部分。题头对工艺流程所需的原材料及目标进行说明;题干显示了从原材料到目标产物的工艺流程;最后设计了一些工艺流程问题考查学生解决问题的能力[4]。在处理第一部分题头时，要让学生学会抓住关键字、关键词和关键句找出题头中的有效信息明确该工艺流程目的，解决“想要干什么”。对于第二部分题干需要解析流程图，注意题目中的每一个关键点，尽可能读懂流程解决“怎么制备”（要告知学生哪些流程可能超出学生的现有知识范围，在做题时需要模糊处理）。最后读题看清问题要求，逐空规范作答，处理提问时常见的分析思路有：

（一）相对独立题设问题可以定点爆破，这种提问是独立的，没有连带效应，一个问题解决不了，不会影响下一个问题解决，可以让学生直接根据现有的知识内容去完成，既节约时间，又能够提高有效得分。示例如下：

2021年广东化学第18题：

“焙烧”中，有Na2MoO4生成，其中Mo元素的化合价为+6。

（二）就对应题设问题返回题干流程寻找答案，因为学生已经通读试题大致了解工艺流程，就能快速找到对应的框图，结合题目中的信息弄懂相应的流程步骤，题目中问什么就需要推导什么，但不一定需要将每一种物质都推导出来。示例如下：

2020年山东化学第16题：

MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为MnO2+BaS+H2O=Ba（OH）2+MnO+S（结合题干信息可推出生成物有氢氧化钡和硫磺）。

碳化过程中发生反应的离子方程式为Mn2++HCO3-+NH3·H2O=MnCO3↓+NH4++H2O。（结合框图信息可推出参与反应的微粒）。

（三）首尾信息相结合分析的方法，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质原料与最后一种物质产品，通过对比分析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基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设问题进行推敲解答。示例如下：

2021年山东化学第17题：

蒸发结晶时，过度蒸发将导致所得溶液中含有大量Na2SO4·10H2O;冷却结晶所得母液中，除Na2Cr2O7外，可在上述流程中循環利用的物质还有H2SO4。

（四）全面分析题干攻克题设问题的方法，需要对比分析生产流程示意图中的原材料和产品，尽量读懂工艺流程图中每一步的框图，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，以及前后每一步的联系，然后结合题设的问题进行精准解答，这种方法需要对整个流程有一定的理解，主要是针对题设中的难点问题。示例如下：

2020年山东省等级考第二次模拟化学第18题：

精制Ⅱ中加入CaCl2溶液除去磷酸盐，pH过小时影响除磷效果的原因是形成溶解度较大的酸式盐或形成溶解度较大的磷酸氢钙或磷酸二氢钙;pH过大时，沉淀量增大的原因是产生了Ca（OH）2沉淀。

2021年河北化学第15题：

热解工序产生的混合气体最适宜返回工序②（填空“①”“②”“③”或“④”）参与内循环。

结束语

化工工艺流程题通常以元素化合物知识作为载体，以化工工艺流程图的形式直观呈现，通过原料预处理、核心反应、产品分离提纯等诸多考点考查学生的化学必备知识，以及学科关键能力。高中生应注重积累相关的生活经验，对操作流程中的每一部分进行了解，明确其目的，对相关的化学元素、化学实验基础、化学反应类型进行认知，提升自己的化学信息的整理能力，以及相应的化学素养[5]。平时学习过程中教师要引导学生对化学必备知识的学习与掌握，同时锻炼学生的学科关键能力，提升学生的化学学科素养，引导学生进一步深化对问题的认识，才能在真正意义上让学生对化工工艺流程题进行有效解决。

参考文献

[1]张鹏程.高考化学化工流程题的解题策略[J].学周刊，2019（21）.

[2]李春文.无机化工流程题的解题策略[J].中学化学（8）：4.

[3]王晓波.化工流程题的解题指导[J].数理化解题研究：高中版，2017，（12）：79-81.

[4]夏宜潇.高考化工流程题试题分析与解题思路[J].高考（2）：1.

[5]赵欣欣.高考化工流程题试题分析与解题思路[J].试题与研究，2019（30）.

作者简介：吴东国（1981— ），男，汉族，山东惠民人，山东省滨州市惠民县第一中学，本科，中学一级。研究方向：高中化学教学。