论建模思想在化学工艺流程专题复习的应用.doc

论建模思想在化学工艺流程专题复习的应用-高考化工流程专题复习教学设计 宁海县正学中学（315600） 张巧莉 化学工艺流程题是高考中比较难得分的一类题型。这类题联系工农业生产的实际问题，往往题材新颖，无法猜题，能较好地体现公平、公正的选拔原则。特点是文字多；生产流程比较陌生；其中渗透化学概念和化学理论，与实际操作、化学分析相结合（实验操作包括物质的分离、提纯、除杂；化学分析结合定性和定量分析）；问题设计灵；，综合难度较大。学生面对陌生的情境和大量文字，容易产生畏难情绪。建 “模”就是“模式”、“模型”,建模思想就是将复杂的化学问题去掉非本质的东西，抽象出解决问题的思维方式，即“模然后运用这一模式去解决相关问题。按钱学森的观点：“模型就是通过我们对问题的分析，利用我们考察来的机理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所创造出来的一副图画。”因此，笔者提出的“建模思想”就是把研究对象（原型）的一些次要细节及非本质的联系舍去，从而以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系的一种科学思想。因此我的教学设计是从最熟悉的典型实验-从海带中提取碘单质的流程图为模型，总结和整理一般流程图的过程步骤,然后找到问题的归属地，从而学会解答问题。再以一个陌生的流程图为例题，按照“模型”理解流程，整理思路，边讲解边给学生时间吸收，边思考边提问，从而进一步巩固解题思路。此类题目的关键是解题思路，因为题量很大，而且题材很新，学会如何解题才可以跳出题海，提高解题应变能力，从而提高得分率。一、 海带中提取碘单质的流程图1. 从理解流程图1含义着手海带 水硫酸Cl2 CCl4蒸馏含CCl4的I2萃取分液氧化过滤水浸灼烧 I2 滤渣 水层 图1 从海带中提取碘单质的流程图流程图一般将原料到产品的主要工艺流程用框图形式表示出来，归纳为：原料核心反应所需产品。主线箭头方向一般为操作手段和主要的物质成分。一般框上面的箭头表示加入或者参加反应的物质，框下面的箭头表示除去的物质或者副产品。2.从工艺角度理解如何得到产品？理想的产品要符合哪些特征？好的工艺流程有哪些特征？如何得到产品：一般我们需要的产品都是通过化学反应得到，原材料进行预处理，然后通过核心反应，得到粗产品，然后通过分离和提纯得到相对较纯净的产品。理想的产品应该有以下几个特征：产量高、纯度高、速度较快。好的工艺流程的特征：成本低（原材料便宜、工艺步骤比较简单、设备相对实惠）、绿色化学（生产过程中不产生有毒、有污染、腐蚀性强的三废）、原材料转化率高、反应条件易实现（节能，节水，节材料）、控制反应条件减少副反应等等。3.答对题，找到问题的归属地。根据上述2中的思路，我们可以找到一些问题的归属地。核心反应一般是针对高中阶段学习的几个反应类型，氧化还原反应，复分解反应和电化学反应。解答此类问题的关键就是物质中所含元素的化合价有无变化，若有化合价的变化，则思考的依据就以氧化还原反应原理入手，若没有化合价的变化，则以复分解反应或者其它反应入手。分离和提纯产品中会涉及分离和提纯方法原理的选择和具体的实验操作。理想的产品：如要产量高，就意味着转化率要高，每一个步骤尽量减少损失，比如在题目中常常会有这样的问题：为什么要趁热过滤？趁热过滤的目的一般是为了得到滤液，这是为了不使目标产物因温度下降导致溶解度降低，致使目标产物以固体形式析出，导致目标产物损失。对于一些可逆反应，可以应用平衡移动原来来解释给出的问题。条件的控制为了减少副反应或者反应物挥发导致转化率降低等等。纯净的产品：涉及物质的分离和提纯，除去含有不相关元素的物质，这也为流程图的理解带来很大的便利，问题设置一般是分离和提纯方法的选择，比如沉淀的洗涤，洗涤剂的选择和如何证明得到的产物已洗涤干净。二、工艺流程题的建模明确工艺流程题的中心思想为：原料核心反应产品。从元素角度分析，观察留在主线箭头的是什么元素，除去的是什么元素，这个过程是为了明确每个步骤的目的，是除杂还是核心反应？是中间产物还是对于下一步的预处理？。若是除杂问题，思考依据为化学实验中分离与提纯原理和实验操作过程。具体的实验操作细节处理的宗旨是为了得到更多和更纯的目标产品；若是核心反应，核心反应一般是针对高中阶段学习的几个反应类型，氧化还原反应，复分解反应和电化学反应。其它的问题则从生产条件控制、平衡移动、具体的生产措施、绿色化学、成本控制、工艺步骤、设备腐蚀等这些角度思考，从而找到解题思路。三、小试牛刀-用建模思想解决问题例1.某地有软锰矿和闪锌矿两座矿山，组成如下：软锰矿，MnO2含量65%，SiO2含量约含20%，Al2O3含量约含4%,其余为水分；闪锌矿，ZnS含量80%，FeS、CuS、SiO2含量之和约7%，其余为水分。科研人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺，工艺流程如图2所示。 图2 工艺流程分析：该题比较综合，要综合分析流程图信息和题目设问的信息。根据上述二的建模，分析如下：反应从元素角度分析，一开始加入的物质有MnO2、 SiO2 、Al2O3、 FeS、CuS、 H2SO4这几种物质，除去的是S和SiO2，说明这一步的主要目的是出去S和SiO2，价态分析，S元素本来的存在形式是-2价，而除去的是0价，说明其中发生了氧化还原反应，根据加入的物质中观察，应该是MnO2氧化剂氧化的结果。留在主线上的物质有Mn2+、Zn2+ 、Fe2+ 或者Fe3+、Cu2+、SO42-。反应加入适量Zn，除去Cu，说明Zn把Cu置换出来，但是根据金属活动顺序表，也可以将铁置换出来，但是没有置换出来，也可以理解为什么要加适量的原因。反应中，加入MnO2 MnCO3 ZnCO3三种物质后，铁元素以沉淀Fe(OH)3析出，铝元素以沉淀Al(OH)3形式析出，还有CO2气体放出，这是因为Fe3+、 Al3+在水中比较容易发生水解，调节溶液PH,使这两种元素以沉淀形式完全沉淀下来，而Mn2+还是以离子形式存在，所以加入MnCO3 ZnCO3的目的是通过复分解反应除去溶液中的H+, MnO2的加入主要目的是为了将Fe2+ 氧化成Fe3+。反应要生成产品，所以属于核心反应：Na2CO3+ H2SO4= Na2SO4+ CO2+H20。反应也要生成产品，所以属于核心反应，通过电解得到，阳极反应是Mn2+-2e-+2H2O= MnO2+4H+,阴极反应是Zn2+2e-+=Zn。四、形成清晰的解题思路教师引导学生上述所示思路进行分析：全局性分析大题干的原料和目标产品，确定哪一步是核心反应，前几步和后几步的作用（目的）大致是什么；分析留在流程主线中的元素，抓住物质类别的通性和具体物质的特性，分析物质所含元素化合价的可变性（即物质的氧化性和还原性），判断哪些物质之间能发生反应，生成物是什么；明确离开主线流程（支线）的物质，与加入试剂比较，找出可循环利用的物质及副产物，即