浅谈建模法分析和解决化工流程试题的策略

张大千 孙亚利

（贵州省遵义市第四中学，贵州 遵义）

【问题提出】

化工流程问题综合性强，考点多样，是高考中的热点内容。本文以高三总复习“化工流程”为基础，指出从流程图开始分析最终得到产品和计算产率的过程，尤其适合学生课后反思使用，是一种很高效的提分策略。

【建模思路】

化工流程问题是以元素与化合物为基础，通过流程图将一个化学工业生产过程中的主要生产流程表示出来，并根据生产流程中涉及的化学知识设计试题。

一、试题分析

1.“原料—杂质—产品”三要素：先寻找化工流程题目中给出的原料、杂质和产品

化工流程的原料的来源有三种途径：天然矿石、回收废料、天然可利用的其他资源（简称天然资源）。只需注意生产原料含有的主要元素和产品相同，即可准确判断。杂质是指流程中需要通过分离与提纯的手段除去的物质。产品就是需要制备的物质。三者相结合，就可以推断出流程图设计的大致思路。以此为基础，再来处理化工流程的流程图，学生有了一个处理化工流程问题的明确思路和整体上解决问题的感觉。以这个思路去指引学生分析流程，不仅缓解了学生面对化工流程的心理压力，更有利于学生解完题目之后的反思。

2.分离与提纯模块化（建模）：寻找分离和提纯产品的模块和目的

化工流程问题的重点就在于中间流程图的分离与提纯部分。很多实验基础操作、分离提纯操作都在这里以不同的考法呈现给学生。所以在这一部分，模块化的作用就是将化工流程问题分解成若干个小流程，先提取出学生常见的、在复习中练习熟练了的考点，然后从易到难加以分析。这样做的目的是进一步缓解学生心理压力，增强学生的信心。此时更重要的是学生能够结合题目，推断出所需要的信息，并且在考试中，并不需要推断出全部物质，而是根据设问推断。推断全部物质是解完题目，进行检查、总结、反思需要进行的任务。

模块化的方法以流程图表示如下图。

3.试题归类：分析每一道题目的考查类型

化工流程的考查题型主要分为三类：知识型（可以直接通过学生所学习的基础知识获取答案）、技能型（需要经过一系列的设计、推导和计算）、信息型（通过题目给予的图、表等信息可以较迅速地获取答案），将每一道题目分类归纳，再辅以相应解题技法，学生熟练之后即可对症下药，快速解出题目，以此来训练学生的解题速度。

【例题分析】

一、题目

（2017年全国III）重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：

回答下列问题：

上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为_______。该步骤不能使用陶瓷容器______，原因是 。

2.滤渣1中含量最多的金属元素是______，滤渣2的主要成分是______及含硅杂质。

3.步骤④调滤液2的pH使之变______（填“大”或“小”），原因是______（用离子方程式表示）。

4.有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到______（填标号）得到的K2Cr2O7固体产品最多。

步骤⑤的反应类型是________________________。

5.某工厂用m1kg铬铁矿粉（含Cr2O340%）制备K2Cr2O7，最终得到产品m2kg，产率为________________________。

二、解题分析

原料 杂质 产品Cr2O3 FeO、SiO2、Al2O3 K2Cr2O7固体

从原料—杂质—产品三要素中，我们发现：最终需要得到K2Cr2O7固体，因而含Cr元素的物质为原料，FeO和硅、铝为杂质。由于硅和铝都是亲氧元素，所以进一步研判：含有硅和铝的杂质为SiO2、Al2O3。因此，本化工流程最主要的目的是实现对Fe、Si、Al三种元素的除杂。

对问题（1）和问题（2）的分析：制备熔块的过程是使铁和铬两种元素的化合价升高。由于是水浸，所以Fe2O3和SiO2不能进入溶液，就成为滤渣1。也因此，防止发生反应：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2是很有必要的。配平化学方程式使用化合价升降法即可很快配平。难度较低。而滤渣2指出了含硅杂质和另外一种杂质，则在已经除去了铁元素之后，就只有铝没有涉及了，而滤渣2又是从溶液中得到，不难推断它是氢氧化铝。问题（1）和问题（2）均属于技能型问题。

对问题（4）的分析：结合图表的问题往往属于信息型问题，从图中的溶解度信息可以发现，当溶液中存在时，容易在低温下析出K2Cr2O7固体，这类似于侯氏制碱法生成NaHCO3的过程。

对问题（5）的分析：计算题属于技能型问题，需要结合原子守恒进行分析。

三、点评

本题对学生的综合素质考查有着较高要求，其中，紧扣人教版教材知识体系的知识型问题对学生的得分影响很大，除此之外，学生在整体分析的基础上结合试题考查点进行精准分析的能力、准确获取信息和应用信息的能力也得到了十分重要的锻炼。

在解决本题的过程中，使用模型法对流程图进行模块化概括，并以此为依据对题目分三类讨论，有助于学生从试题构建的角度理解并深入讨论题目。