以“讀”攻“圖”
——高考化學圖形圖像題的解題策略

吉林 趙鑫光

圖形圖像題是高考化學試題中的一種常見題型，在教育部考試中心編寫的《中國高考評價體系》及其說明中，“四層”考查內(nèi)容和“四翼”考查要求，是通過情境與情境活動兩類載體來實現(xiàn)的，即通過選取適宜的素材，再現(xiàn)學科理論產(chǎn)生的場景或是呈現(xiàn)現(xiàn)實中的問題情境，讓學生在真實的背景下發(fā)揮核心價值的引領(lǐng)作用，運用必備知識和關(guān)鍵能力去解決實際問題，全面綜合展現(xiàn)學科素養(yǎng)水平。因此未來高考化學會更加注重對圖形圖像題的考查。事實上，近年來高考化學中圖形圖像題的出現(xiàn)頻率已經(jīng)呈現(xiàn)出逐年升高的趨勢。這樣做的目的除了使題干繁雜的文字變得簡單化之外，主要是為了考查學生通過讀圖接受、吸收、整合化學信息的能力，理解、分析陌生信息的能力，以及通過推理與辨析運用信息解決問題的能力。但在現(xiàn)階段的高中化學教學中，針對學生化學圖形圖像思維的培養(yǎng)較少，這導致學生在遇到圖形圖像類型的試題時會感覺無從下手，進而影響學生的考試成績。因此，本文對高考化學中的圖形圖像題進行分類解析，引導學生對圖形圖像中所蘊涵的化學知識進行了解與認識，并讓學生掌握基本的解題方法，并不斷提升學生對圖形圖像題的解題思維。

一、圖形圖像題的命題特點

1.知識考查：圖形圖像題是高考化學選擇題中一種常考的題型，考查內(nèi)容涉及的知識較廣泛，包括化學熱力學中的蓋斯定律、化學反應(yīng)中能量的變化；化學動力學中的催化劑、中間產(chǎn)物、反應(yīng)物、產(chǎn)物等概念；無機物、有機物的基本性質(zhì)；化學反應(yīng)的機理、物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)系；化學反應(yīng)平衡、電離平衡、水解平衡、難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡等基本概念。題目的命題方式新穎，圖像較為復雜，同一坐標系內(nèi)有多個變化量，隱含信息量大，綜合性較強。

2.能力考查：此類試題側(cè)重考查學生通過讀圖接受、吸收、整合化學信息的能力，理解、分析陌生信息的能力，以及通過推理與辨析運用信息解決問題的能力。

3.化學圖形圖像題與化學學科核心素養(yǎng)

化學圖形圖像題的呈現(xiàn)形式體現(xiàn)出的化學學科核心素養(yǎng)將粒子可視化圖形與機理圖相結(jié)合,直觀表示反應(yīng)過程中粒子的轉(zhuǎn)化關(guān)系宏觀辨識反應(yīng)機理示意圖表示反應(yīng)過程,通過機理示意圖獲得物質(zhì)信息和轉(zhuǎn)化關(guān)系,用來解決問題微觀探析利用圖示和符號表示某種元素不同物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系變化觀念利用函數(shù)圖像表示反應(yīng)過程中能量變化和反應(yīng)過程中粒子的轉(zhuǎn)化關(guān)系,結(jié)合化學反應(yīng)平衡、電離平衡、水解平衡、難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡等相關(guān)知識解決問題平衡思想

二、高考真題示例和解析

(一)考查形式1：函數(shù)圖像

函數(shù)圖像是將化學與數(shù)學知識相結(jié)合，用來表示某一變量是如何隨著另一變量變化的，這種圖像的應(yīng)用標志著化學從經(jīng)驗性學科走向有理論基礎(chǔ)支撐的自然學科，化學理論是在數(shù)學模型基礎(chǔ)上搭建而成的，因此將化學研究與數(shù)學相結(jié)合是極其重要的。函數(shù)圖像類試題主要考查方向有以下兩點，一是能量關(guān)系圖像，二是粒子濃度關(guān)系圖像。

【例1】(2021·湖南省適應(yīng)性考試·9)活潑自由基與氧氣的反應(yīng)一直是關(guān)注的熱點。HNO自由基與O2反應(yīng)過程的能量變化如圖1所示：

圖1

下列說法正確的是( )

A.該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

B.產(chǎn)物的穩(wěn)定性：P1>P2

C.該歷程中最大正反應(yīng)的活化能E正=186.19 kJ·mol-1

D.相同條件下，由中間產(chǎn)物Z轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速率：v(P1)

【答案】C

【解析】本題利用函數(shù)圖像呈現(xiàn)反應(yīng)過程中能量變化與粒子的轉(zhuǎn)化關(guān)系，考查了學生對相關(guān)熱力學與動力學知識的辨析，同時也考查了學生的數(shù)形結(jié)合思維。通過讀圖分析可知：反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A錯誤；產(chǎn)物P2所具有的能量低于產(chǎn)物P1所具有的能量，根據(jù)能量越低越穩(wěn)定，故產(chǎn)物P2更穩(wěn)定，B錯誤；由圖中1中間產(chǎn)物和過渡態(tài)的能量數(shù)據(jù)計算可知中間產(chǎn)物Z到過渡態(tài)Ⅳ所需的活化能最大，即E正=-18.92-(-205.11)=186.19 kJ·mol-1，故C正確；讀圖可知，由Z到產(chǎn)物P1所需的活化能低于由Z到產(chǎn)物P2所需的活化能，根據(jù)活化能越低，反應(yīng)速率越快，可知Z轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速率：v(P1)>v(P2)，故D錯誤。

【例2】(2021·全國乙卷·13)HA是一元弱酸，難溶鹽MA的飽和溶液中c(M+)隨c(H+)而變化，M+不發(fā)生水解。實驗發(fā)現(xiàn)，298 K時，c2(M+)-c(H+)為線性關(guān)系，如圖2中實線所示。

圖2

下列敘述錯誤的是( )

A.溶液pH=4時，c(M+)<3.0×10-4mol·L-1

B.MA的溶度積Ksp=5.0×10-8

C.溶液pH=7時，c(M+)+c(H+)=c(A-)+c(OH-)

D.HA的電離常數(shù)Ka(HA)≈2.0×10-4

【答案】C

【解題策略簡析】這類習題將函數(shù)圖像與化學知識相結(jié)合，其側(cè)重點在于學生能否將化學知識與數(shù)學模型進行有機的結(jié)合，側(cè)重考查學生的歸納與論證能力和理解與辨析能力。在二輪復習時教師首先要側(cè)重對理論知識的正確理解和數(shù)學方法的正確應(yīng)用的教學，其次在進行反應(yīng)熱、化學平衡等知識的講解時，要把“量”在反應(yīng)中的變化突出出來，讓學生從數(shù)學角度看待化學變化中量的關(guān)系。學生首先要明確橫縱坐標的意義、圖像中曲線變化關(guān)系；其次要明確解決問題的知識類型；最后要巧用圖像中的特殊點。

(二)考查形式2：反應(yīng)機理示意圖

反應(yīng)機理示意圖是運用符號來表示粒子間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，揭示反應(yīng)變化的本質(zhì)。其主要考查方向有：(1)利用機理圖分析粒子間的轉(zhuǎn)化關(guān)系；(2)結(jié)合熱力學和動力學判斷反應(yīng)速率、反應(yīng)熱等；(3)對基本概念進行辨析，判斷催化劑、中間體、反應(yīng)物、產(chǎn)物等；(4)判斷反應(yīng)過程中成鍵與斷鍵關(guān)系，揭示反應(yīng)的本質(zhì)。

【例3】(2021·湖南省選擇性考試·14)鐵的配合物離子(用[L-Fe-H]+表示)催化某反應(yīng)的一種反應(yīng)機理和相對能量的變化情況如圖3和圖4所示：

圖3

圖4

下列說法錯誤的是( )

B.H+濃度過大或者過小，均導致反應(yīng)速率降低

C.該催化循環(huán)中Fe元素的化合價發(fā)生了變化

D.該過程的總反應(yīng)速率由Ⅱ→Ⅲ步驟決定

【答案】D

【例4】(2021·浙江6月選考·24)制備苯甲酸甲酯的一種反應(yīng)機理如圖5(其中Ph—代表苯基)。下列說法不正確的是( )

圖5

A.可以用苯甲醛和甲醇為原料制備苯甲酸甲酯

B.反應(yīng)過程涉及氧化反應(yīng)

C.化合物3和4互為同分異構(gòu)體

D.化合物1直接催化反應(yīng)的進行

【答案】D

【解析】本題將苯甲酸甲酯的生成過程用機理示意圖表示，通過機理示意圖獲得物質(zhì)信息和轉(zhuǎn)化關(guān)系，用來解決問題。通過讀圖分析可知：苯甲醛和甲醇在化合物2的催化作用下，發(fā)生酯化反應(yīng)得到產(chǎn)物苯甲酸甲酯，故A正確；H2O2與化合物4作用生成化合物5，是醇轉(zhuǎn)化為酮，該過程屬于氧化反應(yīng)，故B正確；化合物3和化合物4的分子式相同，結(jié)構(gòu)不同，兩者互為同分異構(gòu)體，故C正確；圖5顯示化合物1在NaH的作用下形成化合物2，化合物2再參與催化循環(huán)，所以直接催化反應(yīng)進行的是化合物2，化合物1間接催化反應(yīng)的進行，故D錯誤。

【例5】(2021·廣東省適應(yīng)性考試·8)我國科學家研究了活性炭催化條件下煤氣中的H2S和Hg的協(xié)同脫除，部分反應(yīng)機理如圖6(吸附在催化劑表面的物種用*標注)。有關(guān)該過程的敘述錯誤的是( )

圖6

A.產(chǎn)生清潔燃料H2

B.H2S脫除率為100%

C.H2S既被氧化又被還原

【答案】B

【解析】本題將H2S在協(xié)同反應(yīng)中的機理與物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系以機理示意圖形式呈現(xiàn)。考查學生對信息處理的能力和應(yīng)用信息解決問題的能力。通過閱讀題干并結(jié)合讀圖分析可知：H2S被吸附在催化劑活性炭表面形成S原子和H原子，兩個氫原子成鍵生成H2，A正確；圖6顯示，H2S分解產(chǎn)生的部分H2和S單質(zhì)會重新生成H2S，故脫除率小于100%，B錯誤；H2S在反應(yīng)過程中硫元素的化合價升高，被氧化，H元素化合價降低，被還原，C正確；由題干中描述，該過程是H2S和Hg的協(xié)同脫除，故生成的S單質(zhì)與Hg反應(yīng)生成HgS，D正確。

【解題策略簡析】反應(yīng)機理示意圖的特點是運用符號表示粒子間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，揭示反應(yīng)變化的本質(zhì)。學生做題時需要正確理解催化劑、中間體的概念，以及如何在圖像中尋找催化劑和中間體；機理示意圖的識別有一些基本方法：進來又出去的是催化劑，出去又進來的是中間體，進來不出去的是反應(yīng)物，出去不進來的是產(chǎn)物。

(三)考查形式3：化學信息圖

化學信息圖從可視化角度展示微觀粒子間的變化與運動。從微觀角度解釋一些自然現(xiàn)象發(fā)生的原因或者裝置的工作原理，主要考查方向有以下兩種，一是物質(zhì)關(guān)系圖像，二是裝置模型圖像。

【例6】(2019·全國卷Ⅰ·10)固體界面上強酸的吸附和離解是多相化學在環(huán)境、催化、材料科學等領(lǐng)域研究的重要課題。圖7為少量HCl氣體分子在253 K冰表面吸附和溶解過程的示意圖。下列敘述錯誤的是( )

圖7

A.冰表面第一層中，HCl以分子形式存在

B.冰表面第二層中，H+濃度為5×10-3mol·L-1(設(shè)冰的密度為0.9 g·cm-3)

C.冰表面第三層中，冰的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保持不變

【答案】D

【例7】(2021·福建省適應(yīng)性考試·10)鈉在液氨中溶劑化速度極快，生成藍色的溶劑合電子，圖8為鈉投入液氨中的溶劑化示意圖。鈉沉入液氨中，快速得到深藍色溶液，并慢慢產(chǎn)生氣泡。下列說法錯誤的是( )

圖8

A.鈉的密度比液氨大

B.溶液的導電性增強

C.0.1 mol鈉投入液氨生成0.01 mol H2時，Na共失去0.02 mol電子

【答案】C

【解題策略簡析】以圖像為載體的試題的特點是用可視化角度展示信息，符合人類接受信息方式和方法，但是教師在日常教學中一般以文字、符號、語言內(nèi)容為主，在可視化方面還是有一定缺乏，所以對于大部分學生來說圖形圖像題理解起來有一定難度，教師在平時教學中可以引用課本中圖片、使用仿真動畫、模型等手段幫助學生從感性角度認識和理解化學。對于物質(zhì)關(guān)系圖像學生應(yīng)該結(jié)合文字內(nèi)容理解圖像信息，認清圖像中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系；對于裝置模型圖像學生應(yīng)該通過文字和圖像內(nèi)容，聯(lián)系生活、已有經(jīng)驗認清模型功能特點和模型工作原理。

三、總結(jié)

綜上所述，化學圖形圖像題的命題范圍廣泛，命題形式靈活，在圖形圖像中包含大量信息，能夠很好地考查學生獲取信息、分析問題、解決問題的能力，因此備受高考命題者的青睞，是近年來高考化學考查中的熱點題型，因此在高考復習中應(yīng)該給予足夠的重視。學生在日常的練習中要做到以下幾點：第一，仔細讀題，根據(jù)題干中的語言表述，明確圖形圖像的含義或者考查的具體內(nèi)容，了解題目要求解決的問題；第二，認真讀圖，細致分析圖像、充分挖掘圖像中的有用信息；第三，分析判斷，緊扣與考查內(nèi)容相關(guān)的化學知識、找準問題的切入點；第四，得出結(jié)論，根據(jù)題干要求選出正確選項或準確作答。