基于思维建模的高考化学工艺流程题解题策略

洪德容 洪耀辉

摘 要：化学工艺流程题与真实化工生产为命题背景，全面考查学生的综合能力，考试区分度高。通过解题方法的思维模型构建，让学生掌握解答此类题目的思路、技巧，建立规范的答题模式，从而提高得分率。

关键词：思维建模;高考化学;工艺流程题;解题策略

从2017年开始，全国高考做了一个大的变动，把化学工艺流程题从选考题中删除，但是列为必修内容，作为主干知识进行考查[1]。化学工艺流程题是以真实的工业生产过程为背景，将化工生产流程用框图形式表现出来，并根据生产流程中有关的化学知识设问，考查内容涵盖原料预处理、生产成本、产品提纯、环境保护等，综合考查学生化学基础知识的掌握情况及灵活应用知识解决问题的能力，对学生综合能力有更高的要求。因此，分析化学工艺流程题命题特点，建立解题方法的思维模型，对帮助学生提高解题能力具有重要的意义。

一、化学工艺流程题的命题特点

化学工艺流程题的生产流程框架通常以一个核心化学反应为基础，以原料预处理、产品分离提纯、获得产品为主线，考查内容涵盖反应条件控制、副产品生产、排放物处理、原料循环利用等内容。题目包含三个要素[1]：題头、题干、题尾。题头：简要介绍该生产原料和工艺生产的目的，即预期产品（包含副产品）。题干：用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来。题尾：根据生产过程中涉及的化学知识，设置一系列问题。上述生产流程框架可用图1表示。

二、化学工艺流程题解题思维模型构建

解答化学工艺流程题的一般思路是，首先粗读题目，尽量弄懂流程图，但不一定一下子就将整个流程全部弄懂。其次是带着问题逐一分析流程图，利用所学的化学基础知识，结合题中有关文字描述、表格信息及关键字眼整合，从而作出回答。同时由于流程图中一般会出现超纲知识，要求学生要开拓思维，善于将所学知识与实际相联系，提高分析和解决问题的能力。另外，有些问题根本不需要理清生产流程图就可以答题，比如原料预处理时提高原料利用率的方法或者提高反应速率的方法等。工艺流程题的一个特点即前后问题不一定有联带关系，所以解题时应注意分步得分，不可因前面问题答不上来，就放弃了后面的内容。遇到某一空不会要及时放弃，以免影响其他问题的作答。

教师要帮助学生构建化学工艺流程题解题思维模型，让学生掌握解题的规律和方法，拓宽思路，从而提高解决这类题目的能力。所谓思维模型构建（简称“思维建模”）是通过抽象概括，将研究的问题转化归纳普遍的规律方法，从而再利用这个规律方法解决更多类似问题的思维方法[2]。化学工艺流程题解题的思维建模，如图2所示。

此外，学生答题还要注意规范性。教学中经常发现学生在文字叙述类题目的答题时，存在下笔千言，离题万里的现象，明明知道问题的所在，但就是答不到点上，因此在解答化学工艺流程题时，应明确答题的规范性，以下是常见的一些答题模版。

洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次。

检验沉淀是否洗干净：取最后一次洗涤液少量，加入XX试剂，出现什么现象，通过检验其中是否含某一种离子，从而判断是否洗涤干净。

从溶液中得到晶体：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤、洗涤、干燥;或者蒸发结晶，趁热过滤、洗涤、干燥。

在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去XX杂质”，不能只写“除杂”等万金油式的答法。

控温：（用水浴或油浴控温）

使催化剂的活性达到最好;防止某种物质温度过高时会分解或挥发;为了使某物质达到沸点挥发出来;防止副反应的发生;降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求。

通过答题的规范性要求训练，学生就可以更加科学准确地答题，避免不必要的失分。

三、例题分析

（2019年高考全国Ⅲ卷第26题）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。回答下列问题：

相关金属离子[c0（Mn+）=0.1mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

（1）“滤渣1”含有S和__________________________;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式__________________________。

（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是__________________________。

（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______～6之间。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是__________________________。

（6）写出“沉锰”的离子方程式__________________________。

（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时，z=____________________________________________________。

本题利用上述思维建模解题，首先粗略浏览全题。明确实验目的和原理，即利用天然二氧化锰粉与硫化锰矿制备高纯硫酸锰。接下来精读试题，根据问题详审流程，带着问题分析流程图，将问题逐个突破。第一个问题“滤渣1”中所含成分可从原料通过酸浸预处理分析，由于原料中含有硅元素，结合元素化合物知识可以联想到不溶于硫酸的可能是SiO2或是硅酸盐，同时由于“滤渣1”含有S，利用元素的价态观，可得出加入H2SO4时，存在氧化还原反应，MnS中硫元素被氧化，则MnO2中锰元素应当被还原为+2价的Mn2+，于是就不难写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式。目标产物是MnSO4，因而其它元素都是杂质，需要逐一除去，变价金属铁存在的形式可能有Fe2+的形式，因此根据题中表格信息可知要将Fe2+转化为较易形成沉淀而除去的Fe3+，则“氧化”中添加适量的MnO2的作用就不言而喻了。第三问“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围考查的就是学生信息加工的能力，并明确控制溶液酸碱性的意义。第五问溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是什么？解决这个问题就要从题目中的关键字眼分析，酸度过高，则说明此时溶液中H+溶液大，从沉淀溶解平衡的角度思考，就可找到解题的突破口。最后一步则无需根据流程，只要根据元素化合物的相关知识就可解决。

四、结语

近几年高考中化学工艺流程题是一个热点，年年都考，而且分值较大。因此复习备考时，应重视化学工艺流程题，教师可设置微专题进行专题训练。通过帮助学生建立解答化学工艺流程题思维模型，使学生突破此类题目的难点，提高解题的思维逻辑能力。

参考文献

[1]欧阳述敏.一道高考化工流程题的评析和启示[J].中学化学教学参考，2018（10）：69-71.

[2]李琳，叶成兴.基于多重建模的高考化学综合实验题解题策略研究[J]，教学参考，2018（5）：58-61.

[3]刘宝强，严业安.化学工艺流程题型解题模型建构及教学启示[J].福建基础教育研究，2019（7）：116-118.