基于思维导图在高考工艺流程试题中的应用研究 论文

基于思维导图在高考工艺流程试题中的应用研究

----以“2021年高考理综第26题”为例

摘要:以新高考工艺流程试题为例，挖掘高三复习课中应用系统思维分析试题，并以此建立相关元素化合物知识思维导图。为高三工艺流程试题教学模块复习教

学提供新思路，实现意识引领，核心知识的网络建构，对学生化学学科的认识发展和解决真实问题的系统思维综合能力产生较大的进阶提升。

关键词:思维导图;高考化学;工艺流程系统思维一、研究背景

新课改背景下，高考化学更加注重考查学生应用知识解决问题的综合思维能力，试题灵活性逐渐增强。而高中化学概念深奥，物质种类繁多，同时知识节点

间关系复杂，知识面广点多。如何在高三较短的时间里能够高效的复习透彻高中三年化学内容，需要寻求更科学的复习方法和策略。系统思维在化学教学中的应

用实践证明：无论对提高教学效率还是改善学生思维品质均具有现实意义。系统[1]

思维是将整体思维与分析思维有机融合的一种高阶思维能力。各种复杂问题的分析解决都离不开系统思维。笔者认为思维导图的应用就是一种系统思维。

思维导图作为一种能有效地改变学生的认知方式的教学策略，能帮助学生将零散的化学知识建构成结构化、条理化和系统化。让复杂问题变得简单，可以在

将思维发展痕迹在纸上或者计算机上用图画和线条等形成发散性的结构，从而呈现出一个容易记忆的顺应大脑发散性思维的表达过程。科学证明思维导图的应用

能够很好得解决学生在复习过程中遇到的问题，有效地提高复习的效率、提升记忆力和激发创造力，从而较快地提高学生的学习热情和学习效果。

为了引导广大教师在教学过程中如何指导学生使用思维导图，笔者以2021年全国高考理综（Ι）卷第26题为例，来阐述基于思维导图在高考化学工艺流程

试题教学模块中的应用。试题

26

磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有

TiO

SiOAl

O

MgO、CaO

以及少量的

Fe

O

。

2、2、

23、

23为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：金属离子

Fe3+Al3+

Mg2Ca2

1++开始沉淀的pH

2.23.5

4.79.5

12.4-5

-1沉淀完全（c=1.0×10mol·L

）的

pH

3.2

11.113.8回答下列问题：

(1)“焙烧”中，TiOSiO

几乎不发生反应，Al

O

MgO、CaO、Fe

O

转化为相应的硫酸盐，

、22、

2

3、

2

3

写出AlO转化为NH

Al(SO)的化学方程式_____________________。

42234(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节

pH至11.6，依次析出的

金属离子是_______。+(3)“母液①"中

Mg

浓度为_______mol/L。

(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”最适合的酸是_______。“酸溶渣”的成分是_______、_______。2+

5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO

水解析出

TiO

·xHO

沉淀，该反应的离子方22

(程式是_______。

(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得_______，循环利用。焙烧

()2NHAl

SO4

+

6NH

-

+3H

O

-

243

2

AlO

+

4(NH4

)SO4

232答案（1）

3+3+

2+-6

（3）（4）硫酸；SiO2、

CaSO4Fe、Al、Mg

1.0´10（（2）

5）+ΔTiO+(x+1)H

O

@TiO+2×xH

O¯

+2H

（6）(NH

)

SO42242二、思维导图运用案例

.工艺流程题型思维导图解读首先在高三化学复习工艺流程题习题课模块，需要深入研究这类试题的出题

1模型,再根据这类题型涉及到的知识进行思维导图模型建构。经过大量的试题归

纳总结，建构出工艺流程题过程解读图（如图1）。图

1

化学工艺流程题思维导图

2从图1可以发现，化学工艺流程图实际就是一个思维导图，原料的预处理，核心

化学反应以及产品的提纯等三个环节。首先可以让学生先认识已有的工业流程题思维导图，化学反应在工业流程题思维导图制作时，指导学生读流程图：工业流

程图转换为反应物为投料，生成物为主产物和副产物，与实际接轨，载体环境不同；还有线条在思维导图中表示物料流向以及操作流程，物质的循环则用逆线箭

头表示。另外能解决好这类题型，需要学生在思维导图基础上把控好解题要点，例如审题、反应原理（反应条件，物质成分等）、物质分离提纯等操作以及答题

的注意切入要点等。.真题解析思维导图应用

(1)考查的已知原料反应物和重要产物提示，学生能根据流程图中的投料提示写出其反应的化学方程式

Al

O+4(NH

)

SO4

焙烧2NH

Al(SO

)

+6NH

↑+3H

O↑；

234244232(2)由题目表格数据提示开始沉淀和完全沉淀的pH可知，流程图中进出箭头涉及

过程溶液酸碱性控制进行沉淀，将pH约为2.0的滤液加入氨水调节溶液pH为116.3+时，铁离子首先沉淀、然后是铝离子、镁离子，钙离子没有沉淀，故答案为：Fe、

3+2+

Al、Mg；其中涉及到铁和铝及其化合物相关知识。(3)镁离子完全沉淀时，溶液

pH

为

11.1

可知，氢氧化镁的溶度积为

1×10

×(1×10-

-5-10.8

1´10

-2.42.92

-10.8=1×10-

)=1×10

，当溶液

pH

为

11.6

时，溶液中镁离子的浓度为（

21´10）

6mol/L，故答案为：1×10；-6

(4)增大溶液中硫酸根离子浓度，有利于使微溶的硫酸钙转化为沉淀，为了使微溶的硫酸钙完全沉淀，减少

TiOSO

溶液中含有硫酸钙的量，应加入浓硫酸加热

4到160℃酸溶；由分析可知，二氧化硅和硫酸钙与浓硫酸不反应，则酸溶渣的主

要成分为二氧化硅和硫酸钙，故答案为：硫酸；SiO、CaSO；24(5)酸溶后将

TiOSO

溶液加入热水稀释并适当加热，能使

TiOSO

完全水解生成

44TiO

·x

H

O

沉淀和硫酸，反应的离子方程式为

222Δ++TiO

·xHO+2H

；

22TiO+（x+1）H

O

2(6)由分析可知，尾气

为氨气，母液①为硫酸铵、母液②为硫酸，将母液①和母

液②混合后吸收氨气得到硫酸铵溶液，可以循环使用，故答案为：(NH

)

SO

。44根据解析，可以发现涉及到的元素化合物知识内容非常广，综合性强，教师可以

引导学生去探究发现该真题中的常见的重点元素进行分析归纳，绘制元素思维导图，从而分类整体把控复习。例如，(2)和(6)问涉及到(NH

)

SO

NH

Al(SO4)2、

424、

4NH

的含氮化合物思维导图如图

2

所示绘制，物质与物质之间的相互关系需要学

3生在下面一一对应书写方程式，打通导图主要关节。

图

2

氮元素及其化合物思维导图问题(1)和(2)涉及到

Al和Fe，以及氧化物溶解，离子沉淀等反应，教师可以引

导学生绘制该两种金属的无机化合物思维导图，例图3所示，学生画出铝及其含3铝化合物之间的关系转化过程展示学生根据导图可以更好地回忆物质变化的关

系，极大地提高化学学习的效率，同时能够较快地识别物质应用在实际工艺流程中，能够采取对应的方法解决具体问题。

图

3

铝元素及其化合物思维导图例图4-1和图4-2所示，学生还有可能画出不同类型的相关导图，物质之间的关

系转化展示等，可以激发新的创造力，培养学生的创新思维。图4-2导图又延伸出氧化还原系统知识，对于不熟悉氧化还原反应的学生，可以小组绘制图时进行

交流讨论，解读导图，从而达到深入理解的学习效果。

图

4-1

铁

元

素

及

其

化

合

物

思

维

导

图图

4-2

铁三角思维导图

问题(4)涉及物质的“酸溶”问题，考虑二氧化硅的特殊性，复习时顺势把硅及其化合物之间的转化思维导图建构出来，综合复习的同时，让学生意识到高考是

立足于教材，让学生回归书本学习。在真题复习中如果充分地对相关的知识点进行联系，对不同的知识点进行有效串联，构建出多方面知识的关系图，形成一定

[2]的知识体系。

4图

5

硅元素及其化合物思维导图

3.拓展研究--思维导图设计

针对该真题的思维导图应用复习，教师设计教学环节拓展应用：由铝土矿提取铝、不同的铁矿石中提取铁、锰矿石中提锰、海水提镁、溴碘等等，给学生试

设计实验方案，绘制提纯工艺流程图，设计相关中学元素化合物知识和反应原理重点内容，用思维导图绘制出来。通过学生自己绘制思维导图，能促进将所学化

学知识加以整理、归纳、演绎并建立网络系统关系图。对于难度系数比较大、环境陌生的情境流程题，小组合作建构思维导图，图示可以帮助小组理清知识线索、

[3]理解和表征问题、寻找解答问题的办法，最后提出解决方案。通过这些环节的

设计训练，学生能够很好地理解的高考工艺流程题模式的解题思路，对于问题解决所需要的知识也在思维导图绘制中得到提炼与巩固。

三、启示新高考试题以素养为本，以基础知识为起点，以工业生产中真实的产品生

产为情境载体，试题综合性与创新型较强。复习备考，将思维导图引入高考工艺流程题模块的复习教学，教师引导学生运用思维导图完成复习的重难点问题的突

破，使学生对于问题的理解更加透彻和真实。通过思维导图的方式进行高考复习，师生实现意识引领，核心知识的再建构