初中化学工艺流程题解题策略研究

文 /陈庆华

引 言

化学工艺流程题就是以化工生产中的真实情景为素材，把生产流程用框图形式表示出来，围绕生产流程中有关的化学知识进行设问，要求学生根据题目提取能够解决问题的有用信息。重在考查学生的概括、观察、分析判断、信息提取和应用能力，是近年来各省市化学中考常见的一种题型。

一、流程题结构及考查目标

工艺流程题一般采取流程图的形式，形式各异，流程主线中有以操作名称作框的，有以物质作框的，也有以设备作框的。工艺流程题是对物质制备、除杂、回收利用等进行定性、定量分析的一种实验题型包含三部分：文字题头、流程图、回答问题[1]。

工艺流程题主要从以下七个方面考查学生的知识水平与能力。一是化学方程式的书写及其反应类型的判断；二是分析流程中涉及的实验基本操作步骤；三是分析流程中得到的滤液和滤渣的成分；四是分析流程中可循环利用的物质；五是设计流程中检验、提纯物质的方法；六是对流程的简单评价和改进方法；七是判断流程中反应条件的控制[2]。

二、解题思路与方法

（1）阅读题头中的文字说明和所给的信息资料，理解命题背景，找出关键信息，明确所用的原料（反应物）、目标产品（生成物），读懂工艺流程的目的。

（2）解读流程图，分析流程。图1是一般工艺流程图。一要看流程图中的“三线”：出线、进线、回头线。其中，出线和进线均表示物料流向；回头线表示可循环再利用的物质。二要解析流程图，思考从原料到产物依次进行什么反应、利用什么原理；每步操作进行到什么程度最佳，每步除目标物质外，还产生了什么杂质，怎样除去。对于一些初中阶段未学习的知识，题目中会给予信息提示。学生应特别重视这些信息提示。

图1

三、核心考点解读

（1）对原材料预处理的方法及其作用。①粉碎、研磨的目的：增大反应物之间的接触面积是加快反应速率；②金属表面打磨是除去表面的污物或氧化膜；③加洗涤剂是利用乳化原理除去油污。

（2）流程中化学方程式的书写及其反应类型的判断。箭头指向方框（设备）的物质是反应物，箭头离开方框（设备）的物质是生成物。根据元素种类、原子种类与个数守恒及其反应规律，判断没有给出的反应物或生成物。如果化学方程式配不平，就要从反应物或生成物一方所缺的原子，判断是否添加氧气或水等物质。反应类型要依据反应的特征判断，如“多变一”“一变多”等。

（3）加入的物质往往要过量，目的是将原料中的物质转化完全或将原料中的杂质完全除去。需要注意的是，在下一个流程步骤中，该过量的物质还留在滤液或滤渣中，不要漏写。

（4）流程中可循环利用的物质。一是指流程图中有箭头回转指向前面方框的物质；二是作为反应物参与流程反应，但在后面流程中生成的物质（副产品）与原料是相同的物质。

（5）工艺流程的评价和改进。一般可从以下五个方面进行分析。一是科学性：能否达到目的，杂质是否完全除去，是否引入新的杂质等。二是安全性：尽量选用较温和的反应条件，避免高温、高压条件。三是简便性：操作简单、利于分离、提纯物质。四是对环境的影响：是否符合绿色化学理念，是否产生有毒气体等。五是节约性：原料利用率要高、耗能少。

（6）流程中反应条件的控制。控温的目的通常是防止物质因温度过高而分解、挥发、熔化或防止一些副反应的发生；调节溶液的pH目的是控制溶液的酸碱度，使化学反应朝需要的方向发生，或某些金属离子开始产生沉淀或沉淀完全；溶液趁热过滤的目的是防止温度降低，溶液中的某溶质结晶析出。

四、知识能力储备

（一）熟悉常见物质的性质及其转化原理

熟悉氧气、常见氧化物、铁等金属单质以及常见酸、碱、盐的性质，理解常见物质特别是金属、酸、碱、盐的化学性质及其转化原理尤为重要。比如，镁、铝、铁、铜等金属单质能与氧气发生化学反应，生成对应的金属氧化物；镁、铝、锌、铁等金属单质能与稀盐酸、稀硫酸发生置换反应，生成盐和氢气。酸、碱、盐发生的化学反应若以生成物进行分类，有盐生成的反应共有八种情况。其中，酸与碱、氧化物与酸或碱反应生成盐和水；活泼的金属与稀酸发生反应，生成盐和氢气。

（二）关于流程设计中的基本操作及其目的

（1）溶解。溶解的目的是将可溶性物质分散到溶剂中形成溶液，是与蒸发反向的操作过程。

（2）过滤。过滤的目的是将不溶性物质与可溶性物质分离，通过过滤得到两部分物质，其中滤渣的成分是所有不溶性的物质，滤液是可溶性物质形成的溶液，即流程图的箭头离开方框得到了固体与液体，必然是经过了过滤操作。

（3）蒸发。蒸发的目的是除去溶液中的溶剂，得到可溶性的固态溶质，即蒸发是从溶液中得到晶体的一种实验基本操作。

（4）洗涤。洗涤的目的是洗去固体表面上残留的溶液。常见的洗涤方法有水洗、醇洗、饱和溶液洗涤等。

（5）烘干（干燥）。烘干的目的是除去固体表面上残留的水分。

（三）关于流程设计中检验物质（离子）的方法

检验，即用实验的方法验证是不是某物质（离子）或有没有某物质（离子）的问题。工业流程题往往涉及检验流程中的沉淀是否完全，或所加的试剂是否足量。检验的方法：静置，取上层清液，往清液中继续滴加与之前相同的试剂，如果没有沉淀产生，就说明沉淀完全或所加的试剂足量。

此外，工业流程题还涉及检验滤渣（固体物质）表面上残留的溶液是否洗涤干净。检验方法：取最后一次的洗涤液，滴加检验试剂，若无明显现象，则说明洗涤干净。

（四）关于流程设计中提纯物质的方法

提纯（除杂）是除去混合物中的杂质，得到混合物中的主要成分（纯净物）。提纯的方法有物理和化学两种，其中物理方法是用过滤、蒸发结晶或降温结晶等得到纯净物；化学方法是依据混合物中所含杂质的化学性质，加入除杂试剂与之反应而除去，所加的除杂试剂要遵循除杂的三大原则：“不增”“不减”“易分”。“不增”是指除杂过程中不能引入其他物质；“不减”是指加入的试剂不能与混合物中的主要成分（纯净物）反应；“易分”是指保留的纯净物易与杂质分离，反应后杂质应转化为保留的纯净物或者沉淀、气体、水等易分离的物质，即杂化纯、杂化沉、杂化气、杂化水。

（五）理解复分解反应的实质，助力能力提升

溶液中存在不能共存的离子（即离子能结合形成沉淀、气体或水），就会发生复分解反应。

五、经典范例剖析

通过列举两道工艺流程题来谈谈这类题型的具体解题思路与策略。

范例1：二氧化氯（ClO2）是国际公认的最新一代广谱、高效、安全、环保的杀菌消毒剂，可代替氯气用于饮用水的消毒。图2是用综合法制取二氧化氯（ClO2）的流程，根据题意回答下列问题。

图2

（1）燃烧器中，合成氯化氢（HCl）的化学方程式为________________________________________。

（2）二氧化氯（ClO2）发生器中的反应为2NaClO3＋4HCl＝2NaCl＋2X＋2ClO2↑＋Cl2↑， 其中X的化学式为__________。

（3）整个生产流程中，可循环使用的物质有 __________和__________。

【解题思路与策略】解题时要注意：一是明确目标产品是什么物质，通过阅读文字说明和题中的信息资料，得出制备的目标物质是二氧化氯。二是寻找在制备过程中所需的原料，电解氯化钠溶液产生的氢气通入燃烧器，在燃烧器中与通入的氯气燃烧合成氯化氢，化学方程式为根据元素种类、原子种类、个数守恒判断没有给出的生成物是H2O。流程中可循环利用的物质，一是指流程图中有箭头回转指向前面方框的物质，二是作为反应物参与流程反应。但在后面流程中，反应生成的物质（副产品）与原料是相同的物质。所以在整个生产流程中，可循环使用的物质有氯气和氯化钠。

范例2：氧化锌广泛用于皮肤病的治疗，工业氧化锌常含有少量杂质（CuO、FeO、SiO2等），不能直接使用。提纯、净化氧化锌的简易流程如图3所示。

图3

参考资料：SiO2既不溶于水也不与酸反应。

（1）反应器Ⅰ中加入足量稀硫酸，充分反应后，生成硫酸盐的化学式为__________。

（2）操作一、操作二和操作三采用的分离方法是________。

（3）残渣中除金属锌外，还有____________。

（4）操作四发生反应的化学方程式为______________________________。

【解题思路与策略】通过阅读题头的文字说明和所给的信息资料，纵观全局，明确此题核心考点是物质的提纯（除杂）。解题时，我们要明确目标产品，在熟悉常见物质的性质及其转化原理的基础上，理解所加试剂或操作的目的，认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成什么产物，依据除杂原则、方法，判断混有的杂质有哪些，从而决定用什么方法将杂质除去。

问题解析：（1）反应器Ⅰ中加入工业氧化锌和稀硫酸，硫酸与ZnO、CuO、FeO发生复分解反应，生成硫酸盐ZnSO4、CuSO4和FeSO4。（2）因为操作二后分别得到固体残渣与溶液，所以操作二是过滤，从而得出操作一、操作二和操作三采用的分离方法都是过滤。（3）要分析流程中得到的滤液和滤渣的成分物质。根据题中所给的信息资料，SiO2既不溶于水也不与酸反应，在操作一的过滤中SiO2就已除去，因此操作二后的残渣中无SiO2。又因为活泼的金属能够把不活泼的金属从它的盐溶液中置换出来，在反应器Ⅱ中，过量的锌粉能把CuSO4、FeSO4完全除去，所以操作二后的溶液中溶质只有ZnSO4，残渣中除金属锌外，还有金属铁和铜。（4）ZnSO4和Na2CO3满足复分解反应发生的条件，从而生成ZnCO3，通过过滤等操作得到固体滤饼。根据元素守恒及其反应规律判断，ZnCO3与CaCO3类似，在高温条件下，能发生分解反应，生成ZnO和CO2，化学方程式为

结 语

综上所述，工艺流程题能充分凸显学科特点，既可以考查学生初中化学基础知识、基本技能、学科核心素养，又能引导教师积极改革课堂教学模式，加强实验教学，提高课堂教学质量。教师通过对工艺流程题解题策略的研究，能加深学生在初中化学总复习阶段对化学整体知识的理解，增强课堂教学实效，实现学生的可持续发展。