李 鵬

(福建省廈門大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué) 363123)

1 模型構(gòu)建

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》提出化學(xué)的學(xué)科核心素養(yǎng)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值理念、必備品格和關(guān)鍵能力，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”，“變化觀念與平衡思想”，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”，“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”5個方面，其中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”要求學(xué)生通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律.為了與高中的新課程標(biāo)準(zhǔn)變化相互銜接，近年來各地中考試題中考查學(xué)生信息獲取和解決實(shí)際問題能力的化學(xué)工藝流程圖題型頻繁出現(xiàn)，重點(diǎn)考查的是學(xué)生能夠?qū)W(xué)到的知識運(yùn)用到具體的工藝流程中，學(xué)生不僅要掌握本學(xué)科綜合知識還需要學(xué)生的解決實(shí)際化學(xué)問題的能力，而且設(shè)計比較新穎，所以該題型逐漸成為各地中考的必考題，但是學(xué)生在解題的過程缺乏解題的策略而導(dǎo)致失分，學(xué)生僅憑掌握的零散知識點(diǎn)去解題往往會事倍功半，如再碰到陌生情境就更加束手無策.本文通過構(gòu)建化學(xué)工藝流程題模型，著重構(gòu)建反應(yīng)線、除雜線、分離線為基礎(chǔ)的化學(xué)工藝流程題解題模型如圖1所示，學(xué)生通過建立該題型的認(rèn)知模型，就能應(yīng)用模型解答此類題型中的設(shè)問，做到舉一反三，事半功倍.

圖1

2 解題策略

2.1原料處理環(huán)節(jié)粉粹的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率以及提高原料利用率.

2.2反應(yīng)、除雜和分離環(huán)節(jié).

2.2.1 反應(yīng)線,見表1.

表1 原料處理工藝

2.2.2 除雜線:分析產(chǎn)物的組成，通過元素守恒進(jìn)行判斷，把難溶性雜質(zhì)進(jìn)行過濾以濾渣形式除去，而可溶性雜質(zhì)可以利用復(fù)分解反應(yīng)，題目所給的反應(yīng)信息生成沉淀、氣體等進(jìn)行轉(zhuǎn)化除雜，涉及到的比較多的操作名稱為過濾，玻璃儀器為燒杯，漏斗，玻璃棒.

2.2.3 分離線，見表2.

表2 常見的分離和提純

3 例題解析

例1(2020年廣州 節(jié)選)某工廠生產(chǎn)硼砂產(chǎn)生的固體廢料，主要含有MgCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3等，其中MgCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%.回收鎂的工藝流程如圖2所示.

圖2

(1)“酸浸”時MgCO3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為____.

(2)“調(diào)pH”前濾液I的pH____7(填“>”或“<”).

(3)濾液Ⅲ中可回收的主要物質(zhì)____(填化學(xué)式).

(4)已知固體廢料質(zhì)量為m，理論上可生產(chǎn)Mg(OH)2的質(zhì)量為____.

本題是2020年的廣州中考試題，是由2009年的廣東高考題經(jīng)過改編而成，在情境設(shè)置和能力要求的考查水平對于初三學(xué)生來講已經(jīng)屬于較難題型，但是考生可以利用工藝流程題的解題模型把本題分逐一分割為三部分的知識點(diǎn)，化整為零，輕松解題.首先“酸浸”為原料處理環(huán)節(jié)，MgCO3與過量的H2SO4發(fā)生反應(yīng)，初中已有的能與酸反應(yīng)的有堿，部分符合復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律的鹽和金屬氧化物，本題干中MgCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3都可以與H2SO4反應(yīng)，學(xué)生可以輕松寫出MgCO3與硫酸的化學(xué)方程式；酸浸時H2SO4要過量，自然容易得出濾液的pH<7.其次酸浸之后是反應(yīng)、除雜和分離環(huán)節(jié)，本題的主要反應(yīng)為復(fù)分解反應(yīng)，分離的主要操作是過濾，濾液I中的溶質(zhì)有過量的H2SO4、MgSO4、Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3，加入NaOH后H2SO4先和NaOH反應(yīng)產(chǎn)生H2O和Na2SO4；Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3和NaOH發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀、氫氧化鐵沉淀和Na2SO4；然后是MgSO4和NaOH反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鎂沉淀和Na2SO4，所以濾液Ⅲ中可回收的主要物質(zhì)是Na2SO4.第四小題的計算要考慮元素守恒，碳酸鎂中的鎂元素全部轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2固體廢料中MgCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%；根據(jù)質(zhì)量守恒定律，設(shè)可生產(chǎn)Mg(OH)2的質(zhì)量為x，則：

MgCO3～ Mg(OH)2

84 58

63%·mx

答案:

(2)<

(3)Na2SO4

(4)0.435m

例2(2020年江西)2019年諾貝爾化學(xué)獎授予對鋰離子電池研究作出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家.圖是從鈷酸鋰廢極片[主要成分為鈷酸鋰(LiCoO2)]中回收得到Co2O3和Li2CO3的一種工藝流程.

圖3

(1)操作1中，粉碎廢極片的目的是____；

(2)實(shí)驗(yàn)室中完成操作2時，需用到的玻璃儀器是____(填一種即可)；

(3)操作4中，在高溫條件下，CoC2O4在空氣中反應(yīng)生成Co2O3和二氧化碳，化學(xué)方程式為____；

(4)操作5中，Li2CO3晶體用熱水洗滌比用冷水洗滌損耗更少，說明Li2CO3的溶解度隨溫度升高而____.

本題考查的是廢棄鋰離子電池中鋰的回收，是基于真實(shí)情境的工藝流程題，近年來在高考的考試中也是考查的重點(diǎn)，借助工藝流程圖的模型，第一小題出于原料處理環(huán)節(jié)的粉粹，目的是可以增大反應(yīng)物之間的接觸面積，使反應(yīng)更充分，屬于標(biāo)準(zhǔn)答題模式；第二小題是除雜分離環(huán)節(jié)常用到的過過濾操作達(dá)到固液分離的目的，需要用到的玻璃儀器是：燒杯、漏斗、玻璃棒；第三小題出現(xiàn)了焙燒專業(yè)工藝名稱，根據(jù)解題策略中焙燒是物料與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以在書寫化學(xué)反應(yīng)方程式的時候，反應(yīng)物必須要有氧氣，再根據(jù)題意不難得出在高溫條件下，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

操作5中，Li2CO3晶體用熱水洗滌比用冷水洗滌損耗更少，說明Li2CO3晶體在熱水中溶解度較大，故Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小.

答案：

(1)增大反應(yīng)物之間的接觸面積，使反應(yīng)更充分

(2)燒杯(或漏斗、玻璃棒)

(4)減小