高考化學(xué)試題中圖形的解讀

　　摘要：結(jié)合江蘇高考化學(xué)試題中的圖形，具體分析工藝流程圖、曲線坐標(biāo)圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖、模型示意圖的解題思路和一般方法。關(guān)鍵詞：高考化學(xué)試題；2011年江蘇高考；圖形
　　文章編號：1005–6629(2012)7–0064–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
　　考試說明要求：能用正確的化學(xué)用語及文字、圖表、模型、圖形等表達(dá)化學(xué)問題解決的過程和結(jié)果，并作出解釋的能力。2011年江蘇化學(xué)高考試卷用事實(shí)詮釋了上述要求，僅有標(biāo)號的圖形就有14幅之多，主要是工藝流程圖、曲線坐標(biāo)圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖、模型示意圖等。
　　如何解讀圖形？筆者認(rèn)為：首先是識圖，即看懂圖形，了解其意義，搞清其原理，解決“做什么”的問題；其次是研圖，即運(yùn)用有關(guān)知識研究圖形具有的性質(zhì)，揭示的規(guī)律，解決“為什么”的問題；最后是用圖，即利用化學(xué)原理和圖形解決“怎么做”的問題。
　　1 工藝流程圖
　　工藝流程圖是表示工業(yè)生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)進(jìn)行順序的簡圖，是將生產(chǎn)過程中的主要階段（即流程）用框圖形式表示的圖形。它描述的優(yōu)點(diǎn)在于能從整體的角度，直觀反映化工生產(chǎn)的過程，有利于過程的分析、評價。
　　如第16題，以硫鐵礦（主要成分為FeS2）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3·6H2O）的工藝流程（圖1）如下：
　　解讀：
　?。?）做什么？對比分析生產(chǎn)流程中的第一種物質(zhì)（原材料）與最后一種物質(zhì)（產(chǎn)品），從中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)流程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程中依次進(jìn)行的反應(yīng)。
　　明確生產(chǎn)目的：以硫鐵礦（主要成分為FeS2）、空氣、30 %鹽酸、氯氣為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3·6H2O）。
　　弄清反應(yīng)原理：先將硫鐵礦焙燒：
　　4FeS2+11O2 2Fe203+8SO2，再將得到的氧化鐵酸溶：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，過濾除去不溶性雜質(zhì)后，通入氯氣氧化后制備氯化鐵晶體。
　　（2）為什么？每一步除目標(biāo)物質(zhì)外還產(chǎn)生了什么雜質(zhì)或副產(chǎn)物？雜質(zhì)是否要除去，采用什么方法除去？研圖時要明白：一切反應(yīng)或操作都是為了獲得產(chǎn)品而服務(wù)
　　本題中，將硫鐵礦焙燒轉(zhuǎn)化為氧化鐵時產(chǎn)生的SO2，是大氣污染物，必須處理，過濾程序是為了除去不溶性殘渣。本題的主要疑點(diǎn)是：氯氣氧化是為了什么？在此流程中還有什么物質(zhì)可能被氧化？（只有可能是：Cl2+Fe2+=2Cl-+Fe3+）。至于怎么制備粗品晶體，本題用了省略號，不需深入探究。
　　（3）怎么做？看清問題，準(zhǔn)確規(guī)范作答是目的。答題時要看清問題，不能答非所問，要注意語言表達(dá)的科學(xué)性，要分清實(shí)驗(yàn)操作名稱和具體操作步驟。例如針對第（2）問：酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，其目的是 、 。
　　這里的關(guān)鍵詞是：酸溶、后續(xù)、鹽酸過量。
　　酸溶的目的是將氧化鐵溶解，而鹽酸要過量，只可能是想使鐵的氧化物盡可能多的轉(zhuǎn)化，即提高鐵元素的浸出率；后續(xù)、酸過量，也就是要保證后續(xù)溶液是酸性的，肯定是為了抑制三氯化鐵溶液的水解（抑制Fe3+水解），減少損失，水到渠成。
　　啟示： 這類題目命題的意圖是，為了拉開差距，考查學(xué)生對整道題的理解分析。解題時，要對比分析生產(chǎn)流程中的原料與產(chǎn)品，認(rèn)清流程圖中每一步的目的，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系以及前后每一步間的聯(lián)系，弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜分離提純產(chǎn)品的操作方法，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。把元素化合物知識與生產(chǎn)工藝、化學(xué)平衡原理結(jié)合起來，引導(dǎo)中學(xué)化學(xué)教學(xué)關(guān)注化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用性和實(shí)踐性，這是新課標(biāo)倡導(dǎo)的趨勢。
　　2 坐標(biāo)曲線圖
　　坐標(biāo)曲線圖是借助簡單的線條走向，巧妙表達(dá)變化的復(fù)雜過程，從而揭示出化學(xué)原理本質(zhì)特征的圖形。因其直觀形象，信息量大，在高考試題中所占比例越來越大。此類試題的特點(diǎn)：（1）化學(xué)提供的信息暗示于“標(biāo)”（縱、橫坐標(biāo)）、“點(diǎn)”（起點(diǎn)、終點(diǎn)、拐點(diǎn)、極點(diǎn)等）、“線”（曲線變化趨勢及線段比例）之中；（2）圖像中隱含的信息量大，對學(xué)生讀圖獲取信息能力的要求較高；（3）由于多變量的存在，要求學(xué)生會多角度、多層面去思考和探究問題。
　　如第19題（部分）：高氯酸銨（NH4ClO4）是復(fù)合火箭推進(jìn)劑的重要成分，實(shí)驗(yàn)室可通過下列反應(yīng)制?。篘aClO4(aq)+NH4Cl(aq) NH4ClO4 (aq)+NaCl(aq)。反應(yīng)得到的混合溶液中，NH4ClO4和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.30和0.l5（相關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線見圖2）。從混合溶液中獲得較多NH4ClO4晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為（填操作名稱）： 干燥。
　　解讀：
　　（1）做什么？實(shí)驗(yàn)操作的目的是通過反應(yīng)獲取較多NH4ClO4晶體。所依據(jù)的是物質(zhì)的溶解度曲線。這是一個雙縱坐標(biāo)圖，橫坐標(biāo)為溫度，左縱坐標(biāo)表示的是NH4Cl、NaCl和NH4ClO4的溶解度，右縱坐標(biāo)表示的是NaClO4的溶解度，從數(shù)據(jù)來看，NaClO4的溶解度遠(yuǎn)大于前三者的。
　?。?）為什么？低溫時高氯酸銨的溶解度最小而從溶液中析出，使反應(yīng)能向生成高氯酸銨的方向進(jìn)行。排除圖中NaClO4 和NH4Cl的干擾曲線，可以看出：高氯酸銨的溶解度受溫度變化影響較大，而NaCl的溶解度受溫度變化影響不大，故可用降溫（冷卻）結(jié)晶的方法。本題值得研究的是：把反應(yīng)得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.30和0.l5作為已知條件的目的是什么？要想通過降溫結(jié)晶得到NH4ClO4晶體，NaCl晶體不能析出，從圖中可知，20 ℃左右飽和氯化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為26.5 %，遠(yuǎn)大于15 %，為了降溫過程中析出更多的高氯酸銨晶體，必須先將溶液蒸發(fā)濃縮。
　?。?）怎么做？本題的關(guān)鍵是“獲得較多”晶體。因?yàn)楦呗人徜@的溶解度隨著溫度降低而降低，所以洗滌用水的溫度越低，損失越少。綜合可知本題答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，冰水洗滌。
　　再如第 20題（部分)：氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。H2O的熱分解也可得到H2，如圖3所示。圖中A、B表示的物質(zhì)依次是 。
　　解讀：本題是要求學(xué)生，從高溫下水分解體系中主要?dú)怏w的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系圖中判斷A、B表示的物質(zhì)分別是什么(做什么？）。由圖像知，隨著體系溫度的升高，水的含量逐漸減少，至5000 K是為0，水受熱分解為H2和O2是同學(xué)們熟知的反應(yīng)，從圖中看出，從2000 K到5000 K，水受熱分解系中各物質(zhì)量的變化情況。這就是我們要研究的（為什么？）。結(jié)合氣體的A、B的體積分?jǐn)?shù)，可知在6000 K時，水完全轉(zhuǎn)變成了A、B，且A、B的體積分?jǐn)?shù)約是2/3、1/3。答案就只有一個了：在很高溫度條件下，氫氣和氧氣受熱分裂成氫原子和氧原子（怎么做？）。
　　啟示：解坐標(biāo)曲線圖，一要看清橫、縱坐標(biāo)代表的含義，理解圖示化學(xué)曲線的意義；能否充分挖掘圖給信息和巧妙利用暗示條件對正確而迅速的解題起著關(guān)鍵作用；二要理清圖像變化的趨勢，重點(diǎn)把握起點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)；突破口在于抓住圖像中關(guān)鍵點(diǎn)的含義，在此基礎(chǔ)上結(jié)合化學(xué)原理做出正確的判斷。
　　3 模型示意圖
　　模型示意圖是用簡明、形象、直觀的圖形說明知識結(jié)構(gòu)和內(nèi)涵，揭示化學(xué)變化規(guī)律的一種略圖。它能將復(fù)雜的事物形象直觀地表達(dá)出來，化抽象為具體、變復(fù)雜的文字?jǐn)⑹鰹楹喗莸膱D示，降低了人們認(rèn)識客觀事物的難度，其價值在于“型簡意深”。模型示意圖對精度要求不高，著重在“意”字上下功夫。解讀時重在“以型通理”，就是指通過標(biāo)題了解某圖所反映的化學(xué)事物的內(nèi)容后，要深入分析其中蘊(yùn)含的“理”。
　　如第20題（4）：電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見圖4（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極）。電解時，陽極的電極反應(yīng)式為 。
　　解讀：
　　（1）做什么？該題要求考生從電解模型示意圖入手，寫出電解時陽極反應(yīng)式。該圖與蘇教版《選修4：化學(xué)反應(yīng)原理》（圖5）電解飽和食鹽水原理示意圖極為相似。
　　（2）為什么？如果同學(xué)能從以下幾個方面思考：
　?、訇?、陽極的材料是什么？是活性電極還是惰性電極？
　?、陉枠O區(qū)、陰極區(qū)各有什么離子？
　?、墼谥绷麟姷淖饔孟拢x子會怎樣的移動？
　　④隔膜的作用是什么？
　?、蓐枠O區(qū)、陰極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)是什么？
　?、拗赋鲭姌O產(chǎn)物并寫出化學(xué)反應(yīng)方程式。
　　至此，不僅能有效地解決離子移動方向的問題，同時也能明確在陰、陽極分別發(fā)生的得、失電子過程。這一分析思路還可幫助學(xué)生認(rèn)識其他的電解裝置提出思維路徑。
　?。?）怎么做？由于陽極材料是惰性電極，而隔膜僅能阻隔氣體的通過，不影響溶液中離子和分子的通過，所以整個的電解質(zhì)溶液應(yīng)該是尿素KOH溶液，在直流電的作用下，OH-應(yīng)該向陽極移動，溶液中的H+應(yīng)該向陰極移動的，陽極區(qū)的的氣體N2，肯定是尿素失去電子被氧化的產(chǎn)物。另一種產(chǎn)物是什么？1 mol尿素[CO(NH2)2]能失去幾摩爾電子？學(xué)生就感覺到困難了，這就需要知道，尿素中的碳為+4價、氧為-2價、氫為+1價、氮為-3價，應(yīng)該是-3價的氮失去電子。至此，不難寫出：CO(NH2)2+8OH--6e-=CO32-+N2↑+6H2O
　　啟示：高考題中的示意圖，往往是課本實(shí)驗(yàn)示意圖的改進(jìn)和優(yōu)化。對教材上一些重要的示意圖要關(guān)注，加深理解。另外，要關(guān)注生活，適度加強(qiáng)綜合訓(xùn)練與提升。
　　4 實(shí)驗(yàn)裝置圖
　　實(shí)驗(yàn)裝置圖能直觀地告訴學(xué)生，本實(shí)驗(yàn)用的儀器，某些反應(yīng)物的狀態(tài)和名稱，需要學(xué)生結(jié)合一定的化學(xué)知識去辨別實(shí)驗(yàn)裝置圖中隱含的秘密。若學(xué)生用“死記硬背”的方法來解決考題中的實(shí)驗(yàn)問題，結(jié)果肯定是低效的。因此，教師在化學(xué)教學(xué)中，應(yīng)該重視感性與理性的