《化工流程题解题策略》 教学设计
长乐一中 肖敦林
一、教学内容分析
化工流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。所以这类题成为近年来高考的必考题型。该类试题内容丰富，一般较长，阅读量大，涉及多方面的化学基础，但本质上还是落实在双基上，即常说的“起点够，落点低”。考查的学生化学双基知识的掌握情况和应用双基解决化工生产中有关问题的迁移推理能力.
二、设计思路
经过一段时间的复习，学生已经初步掌握了氧化还原原理、离子反应、元素及其化合物和物质的分离提纯的实验基本操作等基础知识，具备了解决无机化工生产流程题的基本知识储备。本节课从无机化工生产流程题的结构主线和核心目的，通过分析无机化工生产流程的两条主线：产品线和杂质线。通过对高考真题的分析解读，引导学生初步掌握无机化工生产流程题的分析方法，了解化工流程的核心考点，并进一步复习巩固有关实验基本操作知识和答题的规范化。
三、教学目标
知识与技能
1、学会用“两线法”对化工流程题进行分析；
2、通过高考真题分析，了解化工流程题的核心考点；
3、了解常见的工艺流程操作；
过程与方法
培养发散、联想、归纳、整合、提炼知识的能力
情歌态度价值观
培养学生对化学工业的兴趣，树立环保绿色的化工生产观念。
教学重点
两线法分析化工流程；反应方程式的书写和生产条件的选择。
教学难点
反应方程式的书写和生产条件的选择。
教学方法
讲授、讨论、归纳、练习等。
教学过程
教师活动：
[讲述]
化学工艺流程图是高考的必考题型，它所占的分值较大。这种题型以工业生产为背景，综合考查了关于化学实验、元素化合物性质、电化学、沉淀溶解平衡、氧化还原反应等知识。该种题型既很好地体现了化学知识与工业生产紧密联系的新课程理念，又能考查学生综合运用化学知识的能力，因此高考命题者钟爱这类题目。对于工艺流程题，很多同学心里有畏惧心里，总觉得无法弄透整个流程，做题是也总觉得心中没底。那么本节课我们就一起来探讨一下化学工艺流程图的解题方法。
[PPT]
一、 “两线法”分析高考流程题：产品线、杂质线
产品线：
（原料和杂质 ） （产品）
杂质线：
学生活动：认真倾听
教师活动：以2015年和2017年高考题为例讲解两线法分析化工流程
学生活动：倾听、思考、讨论
教师活动：引导分析，总结
核心问题：1、原料中的有效成分是通过什么反应生成产品物质的？
2、原料中的杂质成分是通过什么方式在什么地方下车的？
核心考点：1、反应方程式的书写；2、生产条件的控制
例题1．【2017新课标1卷】（14分）
Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为___________________。
（2）“酸浸”后，钛主要以 形式存在，写出相应反应的离子方程式_______________ ___。
（3）TiO2•xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2•xH2O转化率% 92 95 97 93 88
分析40 ℃时TiO2•xH2O转化率最高的原因__________________。
（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为__________________。
（5）若“滤液②”中，c(Mg2+)=0.02mol•L-1加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1×10-5mol•L-1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？ （列式计算）。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为 。
（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 。
例题2．【2015新课标1卷】（14分）硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5•H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
（1）写出Mg2B2O5•H2O与硫酸反应的化学方程式_____________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度浓度外，还可采取的措施有_________（写出两条）。
（2）利用 的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是______（写化学式）。
（3）“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是_______。然后再调节溶液的pH约为5，目的是________。
（4）“粗硼酸”中的主要杂质是 （填名称）。
（5）以硼酸为原料可制得硼氢化钠（NaBH4），它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为_______。
（6）单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程___________。
练习：实验室以一种工业废渣（主要成分为MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物）为原料制备MgCO3•3H2O。实验过程如下：
（1）酸溶过程中主要反应的热化学方程式为
MgCO3(s)+2H+(aq)===Mg2+(aq)+CO2(g)+H2O(l) ΔH=－50.4 kJ•mol–1
Mg2SiO4(s)+4H+(aq)===2 Mg2+(aq)+H2SiO3(s)+H2O(l) ΔH=－225.4 kJ•mol–1
酸溶需加热的目的是______；所加H2SO4不宜过量太多的原因是_______。
（2）加入H2O2氧化时发生发应的离子方程式为___________。
（3）用右图所示的实验装置进行萃取分液，以除去溶液中的Fe3+。
①实验装置图中仪器A的名称为_______。
②为使Fe3+尽可能多地从水相转移至有机相，采取的操作：向装有水溶液的仪器A中加入一定量的有机萃取剂，______、静置、分液，并重复多次。
（4）请补充完整由萃取后得到的水溶液制备MgCO3•3H2O的实验方案：边搅拌边向溶液中滴加氨水，______，过滤、用水洗涤固体2～3次，在50℃下干燥，得到MgCO3•3H2O。
[已知该溶液中pH=8.5时Mg(OH)2开始沉淀；pH=5.0时Al(OH)3沉淀完全]。
板书设计：
一、 “两线法”分析高考流程题：产品线、杂质线
二、核心考点：1、反应方程式的书写；
2、生产条件的控制
化工流程题必备基础知识
一、化工工艺流程中常见操作
1．研磨：增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率。
2．焙烧：高温下使固体原料分解、反应或改变结构。
3．浸出：
⑴水浸：使可溶性的有用成分从固体原料混合物中转移到溶液中。
⑵酸浸：使金属、金属氧化物或盐转化成可溶于水的物质进入溶液。
⑶碱浸：除去油污、溶解酸性氧化物、铝及其氧化物。对于非金属矿物，通常用稀醇溶液浸取，水中加入乙醇是为了降低溶剂的极性，提高非金属单质的溶解程度。
4．加热煮沸：排除溶液中溶解的气体。
5．洗涤
水洗：通常是为了除去水溶性杂质，适用于不溶于水的固体物质或液体物质的洗涤。
冰水洗涤：通常是为了洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
有机物(乙醇)洗涤：通常是为了减少晶体在洗涤过程中的溶解损失，便于固体的干燥。
6．物质的分离和提纯的操作：①结晶②过滤③蒸馏④分液⑤萃取⑥升华⑦盐析
二、化工工艺流程中条件控制
1．调节溶液的pH
其目的主要是：防止“某离子”的水解，防止“某离子”的沉淀，确保“某离子”完全沉淀，防止“某些物质”的溶解等。
调节pH所需的物质一般应满足两点：①能与H＋(或OH－)反应，使溶液的pH增大(或减小)；
②不引入新的杂质。
2．控制温度
(1)升温：加快反应速率，加速某固体的溶解，促进平衡向吸热方向移动，使某些物质汽化或升华，防止堵塞导管等。
(2)降温：防止某物质在高温时分解、挥发、升华或促进平衡向放热方向移动。
3．控制气体氛围：抑制水解。
4．趁热过滤：防止某物质降温时会析出
5．反应时间
三、化工工艺流程常涉及的化学反应原理和化学思想
1．沉淀溶解平衡的相关应用
形成沉淀时所需某种离子的最小浓度、沉淀转化的条件。有关Ksp的计算
2．反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用
反应速率控制、化学平衡移动、化学平衡常数的应用、反应条件的控制。
3．氧化还原反应规律
强弱律、守恒律、优先律。
4．盐类水解的具体应用
水解规律和水解反应的控制(抑制或促进)。
5．绿色化学思想
物质的循环使用、副产物的回收利用、“三废”处理。
规范答题
①如何洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作2～3次。
②如何证明沉淀完全：如向含SO42-液中加BaCl2溶液,将沉淀静置,取上层清液,再加BaCl2溶液,若无白色沉淀生成,说明沉淀完全。
③如何从溶液中得到晶体：蒸发（浓缩）—（冷却）结晶—过滤—洗涤—干燥。
④如何证明沉淀已经洗涤干净：取最后一次的洗涤液，加入XX试剂，如果有XX现象，则证明沉淀洗涤完全
⑤除杂时,应该注明“是为了除去××杂质”,只写“除杂”等一类万能式的回答是不正确的。
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