高考化学工艺流程题解题方法详解

高考化学工艺流程题解题方法详解

高考化学中的工艺流程题是近年来的考试热点，这类题目通常分值较大，但因其涉及的知识面广、综合性强，常常令学生感到棘手。本文将系统介绍三种解题方法：首尾分析法、逆向思维法和以点带面法，并通过具体高考真题进行解析，帮助学生掌握解题思路和策略。

1 方法与解析

1.1 首尾分析法

首尾分析法是以原料与产品之间的联系入手，以共同元素为链进行分析，中间步骤是关于核心反应溶解、除杂、净化、分离、投料等，但目的都是为了得到产品，可通过首尾结合考虑流程链。首尾呼应是解决流程问题的基本方法，适用于中间步骤中物质判断有难度或粒子多而复杂的试题。工艺流程试题通常是以提取或生产某种产品为目标所呈现的实验方案、实验结果为基础，根据给定的内容，选择合适的试剂和步骤，补充过程中未被呈现的内容。试题取材广泛，构思独特新颖，内容复杂多样，要求学生会首尾分析，综合运用所学知识解决实际问题。

例1.（2018年全国II卷节选）以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和量FeS、CdS、PdS杂质）为原料制备金属锌的流程如图1所示。

相关金属离子[C0(Mnn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH值范围如表1。

解析：在复杂步骤分析中，采用首尾分析法可使思路清晰，从首尾入手，整体把握原料闪锌矿和产物单质锌的生产链，不管中间步骤如何复杂，保证Zn不流失，最后得到纯净的单质锌。流程中产生了气体和滤渣，这些一定是不含锌元素的物质，因为从经济的角度分析，不应将目的产物浪费。金属元素经过焙烧形成金属氧化物不是气体，只有非金属硫元素在高温焙烧状态下与氧气反应产生SO2。酸浸把固体物质溶解，除杂是把Zn2+以外的金属离子以沉淀形式除去。滤渣1是不溶于H2SO4的SiO2和PbO与H2SO4生成的PbSO4固体，加入ZnO与过量的H2SO4反应，调节pH使Fe3+沉淀，通入氧气才使Fe2+氧化为Fe3+，滤渣2为氢氧化铁。溶液中还剩下Cd2+未除去，加入锌粉发生置换反应Cd2++Zn=Cd+Zn2+，溶液中金属离子只有Zn2+存在，通过电解溶液得到Zn。

1.2 逆向思维法

逆向思维法是用反向思维来解决常规思路难以解决的问题。逆向思维孕育着创造性思维的萌芽，培养学生创新能力，而中学阶段又是学生思维能力发展的关键时期。把逆向思维应用于工艺流程问题的解决，有利于试题的解答，逆着流程链往回推测物质和成分，往往能事半功倍。此法要求在认真领会的基础上，选准切入点，多角度思考，多层次分析，多方位解答。这种方法适用于对原材料已知比较少或成分混合复杂，中间步骤反应条件很清楚，对目标产物很熟悉的试题。

例2.（2017年全国II卷节选）水泥主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图2所示：

解析：水泥的成分比较复杂，除钙以外的元素多，正向分析要分别考虑每种氧化物的成分，铁有三种氧化物，分析起来复杂，思路容易混乱。采用逆向分析，从草酸钙和高锰酸钾滴定开始，就无需考虑原物质的成分，节省时间，分析流程步骤简单化。（NH4）2C2O4与滤液反应生成CaC2O4，说明此时的滤液中已无其他金属离子，在pH值=4～5时Fe3+、Al3+可水解成Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，且加热可提高反应速率，加快沉淀生成。沉淀A是不溶于酸的SiO2，在分解水泥样品过程中加入具有氧化性的HNO3，将分解的Fe2+完全氧化成Fe3+，便于后续沉淀处理，也可用其他氧化剂代替。从后往前，不考虑如何反应，只把需要的元素提炼出来，就可轻松地解题。

1.3 以点带面法

以点带面是用一个单位或地方的成功经验来带动许多单位或成片地方的工作。工艺流程题要以某一步骤的分析带动整个题的分析，从某一个熟悉的经典反应类型或反应条件着手，挖掘反应流程的本质，抓住题中关键环节，寻找解题突破口，从而推断出整个流程链。以点带面适用于考察物质的性质、用途、特征、颜色、反应规律等命题，构建知识网络图，综合考查学生应用元素及其化合物知识解决实际问题的能力。

例3.（2017年江苏高考题节选）以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如图3（注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀）。

解析：以铝土矿为原料制备铝的工艺流程中，首先通过碱溶将铝土矿中的Al2O3转化为可溶性铝盐，同时SiO2转化为铝硅酸钠沉淀。然后通过酸溶将可溶性铝盐转化为Al3+，再通过一系列的除杂和沉淀操作，最终得到纯净的Al2O3。这个过程体现了以点带面的解题思路，即从碱溶和酸溶这两个关键步骤入手，分析整个流程的物质转化和分离过程。

2 考点与总结

（1）元素化合物知识点是工艺流程问题的基础，人教版化学教材必修一第三章和第四章分别介绍了金属和非金属元素结构、性质、参加的反应、用途，涉及到生产生活中的化学反应，要求考生将已学过的知识与试题结合，把握个体到整体，个性到共性，做到举一反三。

（2）化学方程式体现了学科素养中变化观念和平衡思想，需要判断反应物与生成物后进行配平，根据元素守恒、电荷守恒、得失电子守恒补充隐含的粒子。考察氧化还原配平法是出题的常见形式，要熟悉氧化还原反应知识，特别是得失电子守恒的理解，还要合理利用题干或流程图中给定的大量信息。

（3）电化学应用于流程中的电解步骤，要掌握电解池基本原理，分清阴阳两极放电粒子，阳极氧化反应的放电顺序：活泼电极先放电，惰性电极的溶液中存在S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子，由于弱电解质水会电离出OH-，有溶液存在含氧酸根就不参加反应，阴极还原反应放电顺序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Na+等。

（4）化学计算要掌握一般计算公式，流程题中常考滴定问题，包括酸碱中和滴定法、氧化还原滴定法、沉淀滴定法，选修四中提及酸碱中和滴定，H+和OH-反应物质的量比为1∶1，从而C酸V酸=C碱V碱。流程题中氧化还原滴定较多，可根据化合价的变化得出物质反应比例，再进行计算。

3 结束语

时代性和应用性高考化学试题已成为高考热点和亮点的新命题形式，更加注重考核知识与生活生产的联系，生活化教学将成为未来教学的重要模式。通过工业流程问题来考察应用化学知识分析和解决实际问题的能力，高考大纲更加注重培养学生创新的意识、方法和品质。因此，在教学中除了让学生掌握基础知识外，还要让学生养成科学态度、形成科学思维、掌握科学方法，培养理解能力，体验探究过程和乐趣，感悟学习化学的价值所在。