熊建飛 吳利敏

河南

系統(tǒng)思維是把認(rèn)識對象作為系統(tǒng)，從各要素的性質(zhì)以及系統(tǒng)和要素、要素和要素、系統(tǒng)和環(huán)境之間的相互作用、相互影響中綜合地考查認(rèn)識對象的一種思維方式。系統(tǒng)思維重視整體思考，同時注意在整體的前提下具體研究解決局部問題。在分析和處理問題的過程中，始終從整體來考慮，在整體觀的指導(dǎo)下，使局部問題得到解決。在進行系統(tǒng)思維時，注意系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性，各部分既相對獨立，又相互聯(lián)系，從結(jié)構(gòu)方面入手，使思維更清晰。在具體解決局部問題時，抓住關(guān)鍵要素，使目標(biāo)更明確。把所要研究的對象看作一個系統(tǒng)，然后深入系統(tǒng)內(nèi)部細(xì)致分析問題，再跳出系統(tǒng)看系統(tǒng)。

一、從系統(tǒng)思維的角度分析教材

化工流程這類試題“起點高，落點低”，考查的知識點比較分散，都是初、高中教材中出現(xiàn)的比較基礎(chǔ)的知識，其特點比較零散、不系統(tǒng)。針對所考查的知識點，對人教版初高中教材進行系統(tǒng)分析，結(jié)果如下表1所示：

表1 從系統(tǒng)思維的角度分析教材

續(xù)表

由表1可以看出，化工流程題所涉及的知識點包括九年級(上、下)冊部分內(nèi)容,《必修1》全冊,《必修2》第四章,《選修4》第二章、第三章、第四章,《選修5》第一章。

二、從系統(tǒng)思維的角度分析化工流程

化工流程的目的是通過一系列的除雜過程獲得最終的產(chǎn)品，我們就可以將整個流程看作是一個系統(tǒng)，而其中的每個步驟即是系統(tǒng)中的部分，核心化學(xué)反應(yīng)和基本實驗操作則可看作是各部分的要素。因此，用系統(tǒng)思維分析化工流程試題具有可行性。

例12015新課標(biāo)Ⅰ第27題：

硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示：

回答下列問題：

(1)寫出Mg2B2O5·H2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式__________。為提高浸出速率，除適當(dāng)增加硫酸濃度外，還可采取的措施有_________(寫出兩條)。

(2)利用________的磁性，可將其從“浸渣”中分離。“浸渣”中還剩余的物質(zhì)是________(化學(xué)式)。

(3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是________。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是________。

(4)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是________(填名稱)。

(5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4)，它是有機合成中的重要還原劑，其電子式為________。

(6)單質(zhì)硼可用于生成具有優(yōu)良抗沖擊性能硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼，用化學(xué)方程式表示制備過程:__________。

1.從總體上認(rèn)識和把握

把整個流程看作一個系統(tǒng)，此題的目的是以鐵硼礦為原料來制備硼酸，從題所給的信息來看，原料中含有較多的雜質(zhì)，而這些雜質(zhì)都是要在中間過程中被除去。在除雜的時候要用到多個核心化學(xué)反應(yīng)和分離提純操作，在具體分析每一個步驟時，要始終明確一點：保留目標(biāo)物質(zhì)，雜質(zhì)分步除去，這是所要解決的關(guān)鍵問題。

2.深入系統(tǒng)內(nèi)部細(xì)致分析問題

在分析的時候，不能就題論題，要“既看到樹木，又看到森林”。整個流程可以看作一個大系統(tǒng)，而每個步驟可以看作一個小系統(tǒng)，每個小系統(tǒng)既是相對獨立的，又是彼此關(guān)聯(lián)的。在分析某一個小系統(tǒng)時，既要向前看到上一個小系統(tǒng)含有的雜質(zhì)，又要向后看到下一個小系統(tǒng)所含的雜質(zhì)，對比前后減少的雜質(zhì)即是被此步操作除去的。明確了此步操作的目的后，即可根據(jù)已有知識或題中信息作出解答。

將本題分成三個小系統(tǒng)：

系統(tǒng)1. 硫酸浸出和過濾

本系統(tǒng)所涉及的問題為(1)和(2)。

系統(tǒng)2. 凈化除雜和過濾

本系統(tǒng)所涉及的問題為第(3)小問：“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是__________。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是__________。

系統(tǒng)3. 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過濾

本系統(tǒng)所涉及的問題為第(4)小問：“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是________(填名稱)。

3.跳出系統(tǒng)看系統(tǒng)

化工流程的目的是要得到人們所需要的產(chǎn)品，而所得的產(chǎn)品肯定有它的用途和價值，在用途和價值方面，可以設(shè)置一些問題，起到了與其他知識相銜接的作用，如原料利用率的計算、產(chǎn)品純度計算等。在情感態(tài)度與價值觀方面，培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)的正確認(rèn)識，化學(xué)是一把雙刃劍，在給人們提供便利的同時，也帶來了環(huán)境問題。如第(5)、(6)小問從硼酸用途的角度來設(shè)置問題。

例22018新課標(biāo)Ⅰ第27題：

焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉栴}：

(1)生產(chǎn)Na2S2O5，通常是由NaHSO3過飽和溶液結(jié)晶脫水制得。寫出該過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：_________________。

(2)利用煙道氣中的SO2生產(chǎn)Na2S2O5的工藝為

①pH=4.1時，Ⅰ中為___________ 溶液。

②工藝中加入Na2CO3固體，并再次充入SO2的目的是____________________。

(3)制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3，陽極的電極反應(yīng)式為____________________。電解后， 室的NaHSO3濃度增加，將該室溶液進行結(jié)晶脫水，可得到Na2S2O5。

(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑，在測定某葡萄酒中Na2S2O5的殘留量時，取50.00 mL葡萄酒樣品，用 0.010 00 mol·L-1的碘標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點，消耗10.00 mL，滴定反應(yīng)的離子方程式為_________________________，該樣品中Na2S2O5的殘留量為___________g·L-1(以SO2計)。

表2 從系統(tǒng)思維的角度分析2018新課標(biāo)Ⅰ第27題

續(xù)表

三、系統(tǒng)思維的可行性