圖形信息題的解讀策略與方法例析

2016-04-28 05:23:02陳方

高中數理化 2016年3期

圖形信息題的解讀策略與方法例析

◇江蘇陳方

1問題的提出

縱觀近幾年各地高考化學試題,每年都有以圖形方式呈現相關實驗結果及各類信息的試題,而且該類試題越來越受青睞,考查力度有逐漸加大的趨勢．這類試題要求學生在獲取信息后對相關化學現象、事實作出合理解釋,在分析推理基礎上作出合理的判斷或得出正確的結論．試題的新穎度、難度和區分度在一定程度上都借助于圖形的創新得以體現．圖形題將數據、圖線與化學問題融為一體,信息量大,信息加工涉及諸如信息的尋找、選擇、整理、重組、應用等各方面．因此要學會了解圖形所呈現的化學含義,掌握化學圖形最基本的剖析方法,從中提煉出相關的信息,嘗試應用圖形分析解決化學問題,表述自己的思路與思維的結果．這樣不僅可以提高識圖能力,更能通過這個過程訓練與優化思維策略,加深對化學基礎知識、基本理論的理解,更好地解決化學實際問題,不斷提升學生的信息素養和綜合運用能力．

2圖形信息題分類例析

2.1電化學裝置圖

圖1

分析據反應物為尿素(CO(NH2)2),電解質為堿性溶液(KOH)的信息,再由圖1可知陽極放出N2(生成物)．由尿素的組成得到N元素化合價為-3價,由電荷守恒及原子守恒,不難得到答案為

信息呈現方式與解讀策略此類試題,一般會在題干和圖中提供一些與電極反應或總反應相關的信息．解題時應重點關注兩極反應物、產物、電子流向(電源正負極)、電極材料、隔膜類型(H+、OH-、氣體等)、電解質類型(溶液或熔融物)、電解質溶液酸堿性等重要信息．通過整合相關信息并結合有關守恒原理,寫出有關電極反應式或總反應式,據此再進行分析判斷．

2.2溶解度曲線圖

圖2

分析首先觀察溶解度曲線,發現縱坐標有左右2個,但問題中涉及的物質的溶解度均與左邊縱坐標有關．由溶解度曲線可知,NH4ClO4屬于溶解度變化“陡升型”類物質,而NaCl則屬于“緩升型”類物質,且混合溶液中NH4ClO4相對于NaCl含量較多(其實溶液中也含有少量NaClO4和NH4Cl),故要得到較多NH4ClO4晶體,應先制成飽和溶液,再利用NH4ClO4的溶解度隨溫度變化較快的特點,通過冷卻使其析出(此時NaCl析出較少)．若不能達到產品的純度要求,可再重復實驗(重結晶),直到符合要求為止．

信息呈現方式與解讀策略此類試題,一般在題中提供相關物質(有時會有干擾物質)的溶解度變化信息,如上題中“緩升型”“陡升型”的信息,有時還會有一些特殊的情況,如Ca(OH)2為溶解度變化“下降型”物質,少數物質還會在某溫度時達到溶解度最大值，要求分析判斷獲得(提純)物質的方法．解決此類問題的方法是:從溶解度曲線中讀出相關物質的溶解度隨溫度變化特點的信息(有時需排除無關物質的干擾),厘清不同溶解度變化類物質與分離提純方法的關系,得到所需的物質．如上題中欲從混合溶液中獲得較多NaCl晶體,可采取的操作為:加熱蒸發、趁熱過濾、(乙醇)洗滌．

2.3反映物質組成或成分變化的圖形

圖3

分析由圖3所示(體積分數與溫度的關系)曲線的升降可知:因約2 000K后,φ(H2O)在下降,φ(H2)和φ(O2)在上升,說明H2O在約2 000K以上分解產生H2和O2．約3 500K以上φ(H2)和φ(O2)逐漸下降,至約5 000K時,φ(H2O)及φ(H2)和φ(O2)均接近0,而此間φ(A)和φ(B)上升到最大值后不再變化,說明溫度上升到一定階段后,H2和O2也各自發生分解最終得到A和B．對照最終φ(A)∶φ(B)=2∶1的特點,根據H2O分子中n(H)∶n(O)=2∶1的實際,確定A、B分別為H原子、O原子．此題的分析推斷過程,很好地體現了定性與定量相結合的化學學科思想在具體問題中的運用．

在0.5mol·L-1NaOH和1.0mol·L-1MgCl2溶液中,混合物Y均只能部分放出氫氣,反應后殘留固體物質的X射線衍射譜圖如圖4所示(X射線衍射可用于判斷某晶態物質是否存在,不同晶態物質出現衍射峰的衍射角不同)．在上述NaOH溶液中,混合物Y中產生氫氣的主要物質是________(填化學式)．

分析本題給出了殘留固體物質的X射線衍射譜圖的相關信息．從題中提供的關于X射線衍射譜圖特點的信息及高中化學所學到的相關知識看,譜圖中衍射峰實際上反映了各種晶態物質存在狀況．由圖4可知,混合物Y(含MgH2和Al,分別用□和?表示)與NaOH溶液作用后,□依然明顯存在,而?未出現．故此時與NaOH溶液發生反應產生氫氣的主要物質是Al．至于下半幅譜圖存在的原因,其一是體現問題的完整性,其二是作為干擾信息而出現．

圖4

圖5

(1) 為獲得盡可能純的NaH2PO4,pH應控制在________;pH=8時,溶液中主要含磷物種濃度大小關系為________．

(2)Na2HPO4溶液顯堿性,若向溶液中加入足量的CaCl2溶液,溶液則顯酸性,其原因是________(用離子方程式表示)．

信息呈現方式與解讀策略此類試題一般在題中出現有關物質組成或成分的二維坐標系信息．解題時應根據各類圖象的特點,找出反映物質組成或成分變化的相關規律或定量關系,判斷、分析或計算出物質的組成、成分或寫出有關反應．

2.4現代儀器分析給出的分子組成與結構的圖象

圖6

(1) 酸性氣體是________(填化學式)．

(2)X的結構簡式為________．

分析(1) 此題提供了有關物質的結構、反應中反應物間物質的量之比、相關物質的核磁共振氫譜的信息．由題中反應產生酸性氣體,結合所給出的物質結構與成分信息,可分析得出:氣體應為HCl(由季戊四醇與三氯氧磷發生取代反應而得)．

(2) 對照題中的第2幅核磁共振氫譜圖,經分析知X應只含有1種H,因季戊四醇有2種H(其分子中含4個—OH和4個—CH2—),故該題中的反應應是季戊四醇分子中的4個—OH上的所有H原子與兩分子三氯氧磷中的各2個Cl原子(共4個Cl原子)結合生成HCl,其余部分結合得到X,故X的結構簡式為:

信息呈現方式與解讀策略此類試題一般在題中提供反應前后有關物質的核磁共振氫譜圖等圖譜．在核磁共振氫譜圖中,特征峰的數目反映了有機物分子中氫原子化學環境的種類.不同特征峰的強度比(或特征峰的高度比)反映了不同化學環境氫原子的數目比．由此可分析推斷出有關物質分子中氫原子種類與數目的信息,再結合其他條件或信息,可得到有關物質的結構．

2.5其他二維坐標系類圖形

圖7

根據圖中信息可知,C點物質主要成分是________(填化學式);D→E過程發生的反應為________;用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時,溫度最好控制在570℃左右的原因是________．

分析首先分析橫坐標與縱坐標代表的量及其關系,得出圖7所示的Fe2O3被CO還原隨著溫度升高而得到不同產物的關系．進而根據橫坐標Fe元素或O元素的質量分數結合A、B、D為純凈物的提示信息,分析計算判斷出A～B為Fe2O3,D為Fe3O4;C為Fe3O4和Fe2O3混合物,F為Fe3O4和Fe混合物;而E中除了Fe3O4外,另外一種物質含鐵量要比Fe3O4高又不是Fe,分析得出它是FeO．所以,A→B過程Fe2O3沒有被還原;B→D為Fe2O3被還原為Fe3O4的過程;D→E為Fe3O4被還原為FeO的過程;D→F為Fe3O4被還原為Fe的過程．用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時,溫度最好控制在570℃左右的原因是:溫度太低,Fe2O3被還原為Fe3O4,不能得到鐵;溫度太高,氧化鐵被還原為氧化亞鐵,且多消耗能源．

以上涉及的問題,基本都是以二維坐標曲線圖的方式提供相關信息．這類圖形大多以時間、溫度、元素質量分數、pH等量為橫坐標,以物質的某種性質和特征等為縱坐標,以二維坐標系曲線來表示物質的變化．能借助簡單的線條走向,巧妙地表達物質結構、性質、現象與化學原理等方面的信息,考查考生對圖形含義的理解,圖形信息的收集與處理及曲線與文字的相互轉化等方面的綜合能力．

其解題的基本策略與步驟方法:

1) 看圖:一看縱橫坐標含義;二看特殊點(起點、拐點、落點);三看變化趨勢(規律);四看曲線之間的關系．

2) 分析:分析圖象中隱含的信息,找出數據之間的關聯點．將其加工成化學語言,同時聯系化學概念、化學原理等,從而快速解決問題．

3) 答題:針對題意運用圖形特征解決相關問題．

鏈接練習

1. 硫化氫的轉化是資源利用和環境保護的重要研究課題．由硫化氫獲得硫單質有多種方法．