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        基于思維建模的高考化學工藝流程題解題策略

        2020-09-10 02:01:52洪德容洪耀輝
        高考·下 2020年1期
        關(guān)鍵詞:高考化學解題策略

        洪德容 洪耀輝

        摘 要:化學工藝流程題與真實化工生產(chǎn)為命題背景,全面考查學生的綜合能力,考試區(qū)分度高。通過解題方法的思維模型構(gòu)建,讓學生掌握解答此類題目的思路、技巧,建立規(guī)范的答題模式,從而提高得分率。

        關(guān)鍵詞:思維建模;高考化學;工藝流程題;解題策略

        從2017年開始,全國高考做了一個大的變動,把化學工藝流程題從選考題中刪除,但是列為必修內(nèi)容,作為主干知識進行考查[1]。化學工藝流程題是以真實的工業(yè)生產(chǎn)過程為背景,將化工生產(chǎn)流程用框圖形式表現(xiàn)出來,并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學知識設(shè)問,考查內(nèi)容涵蓋原料預處理、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護等,綜合考查學生化學基礎(chǔ)知識的掌握情況及靈活應用知識解決問題的能力,對學生綜合能力有更高的要求。因此,分析化學工藝流程題命題特點,建立解題方法的思維模型,對幫助學生提高解題能力具有重要的意義。

        一、化學工藝流程題的命題特點

        化學工藝流程題的生產(chǎn)流程框架通常以一個核心化學反應為基礎(chǔ),以原料預處理、產(chǎn)品分離提純、獲得產(chǎn)品為主線,考查內(nèi)容涵蓋反應條件控制、副產(chǎn)品生產(chǎn)、排放物處理、原料循環(huán)利用等內(nèi)容。題目包含三個要素[1]:題頭、題干、題尾。題頭:簡要介紹該生產(chǎn)原料和工藝生產(chǎn)的目的,即預期產(chǎn)品(包含副產(chǎn)品)。題干:用框圖形式將原料到產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝流程表示出來。題尾:根據(jù)生產(chǎn)過程中涉及的化學知識,設(shè)置一系列問題。上述生產(chǎn)流程框架可用圖1表示。

        二、化學工藝流程題解題思維模型構(gòu)建

        解答化學工藝流程題的一般思路是,首先粗讀題目,盡量弄懂流程圖,但不一定一下子就將整個流程全部弄懂。其次是帶著問題逐一分析流程圖,利用所學的化學基礎(chǔ)知識,結(jié)合題中有關(guān)文字描述、表格信息及關(guān)鍵字眼整合,從而作出回答。同時由于流程圖中一般會出現(xiàn)超綱知識,要求學生要開拓思維,善于將所學知識與實際相聯(lián)系,提高分析和解決問題的能力。另外,有些問題根本不需要理清生產(chǎn)流程圖就可以答題,比如原料預處理時提高原料利用率的方法或者提高反應速率的方法等。工藝流程題的一個特點即前后問題不一定有聯(lián)帶關(guān)系,所以解題時應注意分步得分,不可因前面問題答不上來,就放棄了后面的內(nèi)容。遇到某一空不會要及時放棄,以免影響其他問題的作答。

        教師要幫助學生構(gòu)建化學工藝流程題解題思維模型,讓學生掌握解題的規(guī)律和方法,拓寬思路,從而提高解決這類題目的能力。所謂思維模型構(gòu)建(簡稱“思維建?!保┦峭ㄟ^抽象概括,將研究的問題轉(zhuǎn)化歸納普遍的規(guī)律方法,從而再利用這個規(guī)律方法解決更多類似問題的思維方法[2]?;瘜W工藝流程題解題的思維建模,如圖2所示。

        此外,學生答題還要注意規(guī)范性。教學中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學生在文字敘述類題目的答題時,存在下筆千言,離題萬里的現(xiàn)象,明明知道問題的所在,但就是答不到點上,因此在解答化學工藝流程題時,應明確答題的規(guī)范性,以下是常見的一些答題模版。

        洗滌沉淀:往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀,待水自然流下后,重復操作2~3次。

        檢驗沉淀是否洗干凈:取最后一次洗滌液少量,加入XX試劑,出現(xiàn)什么現(xiàn)象,通過檢驗其中是否含某一種離子,從而判斷是否洗滌干凈。

        從溶液中得到晶體:蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾、洗滌、干燥;或者蒸發(fā)結(jié)晶,趁熱過濾、洗滌、干燥。

        在寫某一步驟是為了除雜時,應該注明“是為了除去XX雜質(zhì)”,不能只寫“除雜”等萬金油式的答法。

        控溫:(用水浴或油浴控溫)

        使催化劑的活性達到最好;防止某種物質(zhì)溫度過高時會分解或揮發(fā);為了使某物質(zhì)達到沸點揮發(fā)出來;防止副反應的發(fā)生;降溫或減壓可以減少能源成本,降低對設(shè)備的要求,達到綠色化學的要求。

        通過答題的規(guī)范性要求訓練,學生就可以更加科學準確地答題,避免不必要的失分。

        三、例題分析

        (2019年高考全國Ⅲ卷第26題)高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料,工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦(還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制備,工藝如下圖所示?;卮鹣铝袉栴}:

        相關(guān)金屬離子[c0(Mn+)=0.1mol·L?1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下:

        (1)“濾渣1”含有S和__________________________;寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應的化學方程式__________________________。

        (2)“氧化”中添加適量的MnO2的作用是__________________________。

        (3)“調(diào)pH”除鐵和鋁,溶液的pH范圍應調(diào)節(jié)為_______~6之間。

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

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

        (6)寫出“沉錳”的離子方程式__________________________。

        (7)層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料,其化學式為LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4。當x=y=時,z=____________________________________________________。

        本題利用上述思維建模解題,首先粗略瀏覽全題。明確實驗目的和原理,即利用天然二氧化錳粉與硫化錳礦制備高純硫酸錳。接下來精讀試題,根據(jù)問題詳審流程,帶著問題分析流程圖,將問題逐個突破。第一個問題“濾渣1”中所含成分可從原料通過酸浸預處理分析,由于原料中含有硅元素,結(jié)合元素化合物知識可以聯(lián)想到不溶于硫酸的可能是SiO2或是硅酸鹽,同時由于“濾渣1”含有S,利用元素的價態(tài)觀,可得出加入H2SO4時,存在氧化還原反應,MnS中硫元素被氧化,則MnO2中錳元素應當被還原為+2價的Mn2+,于是就不難寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應的化學方程式。目標產(chǎn)物是MnSO4,因而其它元素都是雜質(zhì),需要逐一除去,變價金屬鐵存在的形式可能有Fe2+的形式,因此根據(jù)題中表格信息可知要將Fe2+轉(zhuǎn)化為較易形成沉淀而除去的Fe3+,則“氧化”中添加適量的MnO2的作用就不言而喻了。第三問“調(diào)pH”除鐵和鋁,溶液的pH范圍考查的就是學生信息加工的能力,并明確控制溶液酸堿性的意義。第五問溶液酸度過高,Mg2+沉淀不完全,原因是什么?解決這個問題就要從題目中的關(guān)鍵字眼分析,酸度過高,則說明此時溶液中H+溶液大,從沉淀溶解平衡的角度思考,就可找到解題的突破口。最后一步則無需根據(jù)流程,只要根據(jù)元素化合物的相關(guān)知識就可解決。

        四、結(jié)語

        近幾年高考中化學工藝流程題是一個熱點,年年都考,而且分值較大。因此復習備考時,應重視化學工藝流程題,教師可設(shè)置微專題進行專題訓練。通過幫助學生建立解答化學工藝流程題思維模型,使學生突破此類題目的難點,提高解題的思維邏輯能力。

        參考文獻

        [1]歐陽述敏.一道高考化工流程題的評析和啟示[J].中學化學教學參考,2018(10):69-71.

        [2]李琳,葉成興.基于多重建模的高考化學綜合實驗題解題策略研究[J],教學參考,2018(5):58-61.

        [3]劉寶強,嚴業(yè)安.化學工藝流程題型解題模型建構(gòu)及教學啟示[J].福建基礎(chǔ)教育研究,2019(7):116-118.

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