无机化工流程题的特点及解答思路

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  摘要:近几年高考化学中,无机化工流程题已成为高考命题的热点和难点,这类题侧重考查学生运用化学知识来解决化工生产中实际问题的能力,体现能力立意的命题指导思想.本文将从高考化工流程题的特点、作用入手,谈谈此类题的解题思路和方法.
  关键词:化工流程题;高考化学;解题思路
  无机化工流程题是近年江苏化学高考的热点、难点,所占分值相当大.但由于这类试题的信息新颖、情境陌生,文字量大,涉及的知识点多,综合性强,对学生而言,题中所蕴含的信息加工及问题解决方面的知识与能力在目前高中化学教学中习得较少,因此不少考生感到解题困难,所以这类题的得分率较低.为此,本文以近年江苏化学高考的第16题为基础,谈谈化工流程题的特点、解题思路.
  一、试题背景
  无机化工流程题在高考中之所以备受青睐主要有两个原因:
  1.这类试题以真实的工业生产作为背景,陌生度大,起点高,结构新颖,提问灵活,有较好的区分度.且题材多,无法猜题,能较好的体现公平、公正的高考选拔原则.
  2.这类试题能很好体现《考试说明》中的相关要求.《2013年考试说明》在命题指导思想中提出:要求重点考查考生的信息获取与加工、化学实验探究、从化学视角分析解决问题和创新思维等能力,要求进一步体现高中化学课程的“基础性、应用性、时代性”的特征,进一步体现化学科(江苏卷)的“宽基础、厚实践、重能力”的特色,这些要求在化工流程题中都能很好的体现,突出能力的考查.
  二、试题的特点和作用
  1.试题源于生产实际,以解决化学实际问题作思路进行设问,使问题情境真实,以培养学生理论联系实际,学以致用的学习观.
  2.试题内容丰富, 涉及多方面的化学基础,能考查学生化学双基知识的掌握情况和应用双基解决化工生产中有关问题的迁移推理能力.
  3.试题新颖,一般较长,阅读量大,能考查学生的阅读能力和信息加工能力.这类试题在背景材料上体现化学新内容,本质上还是落实在双基上,即常说的“起点够,落点低”,我们千万不能被新包装所迷惑,所吓倒.
  三、解题思路及方法
  1.粗读流程懂目的.粗略读题,通过对比分析流程图中的第一种物质与最后一种物质,弄清从原料出发,要得到最终产品,必须除去什么元素、引进什么元素?初步知道题目中的问题设置.
  2.细品过程推用意.结合题设问题,精心研究流程中的某些相关步骤.可分析如下问题:反应物是什么?加入了什么试剂,其目的是什么?发生了什么反应?利用了什么原理?产生了什么杂质或副产物……对于某些不太理解的步骤,可以结合下文大胆去预测,重点关注其产物,如果这一步骤在后面的问题设置没有涉及则可以“难得糊涂”,大胆跳过.
  3.迁移知识解问题.在整体理解题意的基础上,将一道大题化为相对独立的小题,明确问题设置的意图.这类试题实际考查的是元素化合物的转化、氧化还原反应规律、化学反应原理的应用、绿色化学观点等知识,常通过书写氧化还原反应或离子反应方程式、叙述实验操作和步骤、分析操作目的、数据分析和处理等形式表现出来.问题的解决需要我们运用已有的基础知识,根据学习过的化学反应原理,联系实际工业生产及题目信息等进行知识的整合,从而推出结论.同时也考查了学生对知识的灵活掌握、综合应用及迁移能力.
  4.规范表达写答案.答题这一步很关键,答题时要看清问题,切记答非所问.答题时要注意语言表达的科学性、规范性,注意评价或比较实验方案要全面,从化学原理的角度、用化学语言作答;要抓住主要问题,针对具体问题作具体分析,注意归纳答题的套路.
  四、例题分析
  工业上常回收冶炼锌废渣中的锌,并用来生产Zn(NO3)2•6H2O晶体,其工艺流程如图1所示.
  图1有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如表1.
  表1氢氧化物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Cu(OH)2Zn(OH)2开始沉淀的pH3.31.56.54.25.4沉淀完全的pH5.23.79.76.78.0(1)在“酸浸”步骤中,为提高锌的浸出速率,除通入空气“搅拌”外,还可采取的措施是.
  (2)上述工艺流程中多处涉及“过滤”,实验室中过滤操作需要使用的玻璃仪器有.
  (3)在“除杂Ⅰ”步骤中,需再加入适量H2O2溶液,H2O2与Fe2+反应的离子方程式为.为使Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀完全,而Zn(OH)2不沉淀,应控制溶液的pH范围为.检验Fe3+是否沉淀完全的实验操作是.
  (4)加入Zn粉的作用是,“操作A”的名称是.
  答案:(1)适当提高反应温度(或增大硝酸浓度、将锌废渣
  
  粉碎等)(2)烧杯、玻璃棒、漏斗(3)2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 5.2-5.4静置片刻,取少量上层清液,滴加KSCN溶液,若不出现血红色,表明Fe3+沉淀完全(4)除去溶液中的Cu2+冷却结晶
  解析:此题以熟悉“Zn(NO3)2•6H2O晶体”制备为背景,涉及了酸浸、反应速率、离子水解、氧化、过滤、反应条件的控制、除杂、冷却结晶等多个知识点,综合考查了学生运用反应原理、元素化合物、实验技术等熟悉知识解决实际问题的能力.
  讲解:先按照解题思路带学生粗读流程,明确流程目的,用锌废渣来生产Zn(NO3)2•6H2O晶体,引导学生思考引入了什么元素,该如何引入?又该除去什么元素,结合本题所给信息思考可以通过什么方法来除去.然后带着问题看:(1)问的命题意图是考查影响化学反应速率的因素,主要围绕反应物浓度、温度、压强、接触面积等因素综合分析.(2)问的命题意图是考查“过滤”这个熟悉的常考不衰的实验操作,引导学生复习过滤的操作、仪器、注意点等.(3)问的命题意图是利用控制pH分离除杂问题、氧化还原反应离子方程式的书写、沉淀完全的检验方法.“Fe2+的除去”也是此类型题中经常涉及的知识点,根据给出的“有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH”数据,了解到Fe3+优先于Zn2+沉淀,而Fe2+滞后,它开始沉淀时,Zn2+已经沉淀完全,所以先利用H2O2把Fe2+氧化为Fe3+再沉淀除去,利用KSCN溶液检验Fe3+是否除尽.(4)问的命题意图还是考查除杂问题,围绕除杂原则考虑,除去杂质不引入新杂质.当控制溶液的pH在5.2-5.4,使Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀完全,而Zn(OH)2不沉淀,此时溶液中的Cu2+部分沉淀,加入锌粉目的是除去溶液中的Cu2+.溶液中析出晶体,完整步骤是:加热浓缩、冷却结晶、过滤烘干.
  无机化工流程题在高考命题中得到广泛的关注,正是因为这类题型体现了新课程所要求的化学学科与工业生产和日常生活的紧密联系,同时考查了学生综合运用化学知识解决实际问题的能力.在高三的复习中,教师应该精选试题,由易到难,巩固基础,再攻难点,逐步帮助学习克服畏惧心理,建立解决此类题型的信心.同时加强对这类题型所涉及知识的归纳总结,积累工业流程中常见的工艺手段、化工术语、操作的名称和目的等.只有掌握了化工流程题的一般特点和解题思路及方法,在高考中即使遇到情境陌生的流程题,也能够驾驭自如,迎刃而解.
  参考文献:
  [1]王朝银.2014步步高大一轮复习讲义[M].哈尔滨:黑龙江教育出版社,2013:59.
  [2]刘金明.化学工艺流程题的结构、特点、分类与解法[J].化学教学,2010(3):57.
  [江苏省外国语学校(215104)]
  
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