作圖法在高中化學解題中的應用

◎魏燕（江蘇省南通市第二中學）

化學知識兼有抽象與繁雜等特征，對學生思維能力、想象力等具有較高要求，尤其是在面對難度較高的綜合性題目時，學生如果缺乏靈變思維與有效的解題技巧，那么就無法快速找到解題的突破口與思路，最終會影響學生解題能力。作圖法是一種簡化化學問題求解過程的有效解題方法，主要可以將抽象、繁雜的化學問題以圖像的形式直觀呈現出來，對降低學生解題難度、助力他們解題能力有積極意義。

一、作圖法及其在高中化學解題中的應用價值

作圖法本質上是將文本與符號方面的內容以圖像的方式展示出來，將抽象、復雜的內容采用直觀的圖像方式呈現出來。高中階段是基礎教育化學學科教學的“最高”階段，相關的化學知識在“量”與“質”方面都有極大改變，相應的化學問題的綜合性、繁雜性與抽象性等特征也更加突出，題目難度大大增加。學生面對繁雜化學問題時靈活應用作圖法，并結合化學反應機理或者其他一些化學原理等將化學問題當中的有關參數及變量以圖形或圖像的形態展現出來，這樣必然可以簡化整個化學問題的求解流程，降低解題難度，最終幫助他們快速確定問題求解突破口與思路。

二、作圖法在高中化學解題中的應用策略

（一）基于作圖法，激發解題興趣

興趣是決定學生實現學習目標的核心要素，關系著學生主觀能動性得以有效調動，進而會對學習力提升產生極大影響。同理，在鍛煉學生化學解題能力、有效滲透作圖法這種解題方法期間，也需要激發學生主動解題的興趣，靈活采用示例來為學生直觀地展示作圖法在某些化學問題求解中的具體應用過程，讓他們切身體會與感受作圖法在幫助學生簡化問題求解思路，助力快速解題方面的益處。一旦學生在解決化學復雜問題中感受到作圖法應用的神奇之處時，就會對其產生強烈的學習興趣，保證夯實學生運用作圖法求解化學問題的思想基礎。

例1：現有一個稱量外物的天平，已知其左右兩個托盤中分別放置一個裝有等質量分數和質量的稀硫酸燒杯，通過對天平進行調整來達到平衡狀態，之后再在兩個燒杯中分別摻加Fe 鐵粉和Mg 鎂粉。待兩個燒杯中的物質進行徹底反應之后，發現此時天平依舊維持在平衡狀態。假定已知左右兩個燒杯當中都包含9.8g 的H2SO4，那么下面各個選項中肯定不符合條件的是（ ）。

A.a=5.6g，b=5.6g B.a=1.54g，b=1.62g

C.a=7.7g，b=8.1g D.a=6.3g，b=6.3g

解析：如果采取常規的順向解題思路，那么就需要將各個選項給出的質量分別帶入化學反應式中來分析各個反應最終的進程變化情況，這樣會涉及繁雜的計算過程，整體計算工作量也會比較大。而如果在分析問題中，學生懂得靈活應用作圖法進行解題，那么可以對整個問題進行極大簡化，即在硫酸和鐵、鎂兩種金屬進行充分反應后會相應地生成相同質量的H2。此時可以結合二者各自的化學反應原理來合理地構建出圖1 所示的化學反應圖像，這樣就可以通過觀察圖像來便捷地確定本道題中a、b 兩個參數肯定不符合的選項是C。在這種作圖法的輔助下，學生會感覺耳目一新，尤其是在那些耗費腦筋百般思索而無所收獲的學生更是會對作圖法產生濃厚的學習興趣。

圖1

例2：現有鈉、鎂、鋁三種金屬物質，已知等量的它們和等物質的量鹽酸之間發生化學反應生成了H2，并且這時候生成的氫氣本身主要涉及3種不同的情況。假定鹽酸內部包含的HCL 含量是1mol，那么在此時所涉及的3 種情況之內，需要多少克的金屬物質？

解析：由于本道題中涉及不少未知具體量的內容，抽象性比較強，所以許多高中生在碰到后可能一時間不知道如何下手進行求解。但是如果他們在面對本道題的過程中靈活地運用作圖法，即結合題干信息與條件，相應地繪制出圖2 所示的反應過程圖，那么就可以直觀地明確相應的生成氫氣的3 種情況：其一，生成的氫氣量保持一致；其二，鋁和鎂兩種金屬反應生成的氫氣量相同，并且都比鈉反應生成的氫氣多；其三，鈉這種金屬生成的氫氣量最大，而鎂金屬物質反應生成的氫氣含量最小。假定1mol 鹽酸同這些金屬進行徹底反應之后，那么這時候所需的金屬鈉是1mol（23g），金屬鎂是1/2mol（12g），金屬鋁是1/2mol（9g）。

圖2

基于圖2 可知，如果三種金屬最終生成了同等量的氫氣，那么此時有且僅有C點契合題干條件，并且這時候需要1mol 金屬物質量，也就是23g。假定金屬鋁和金屬鎂二者生成氫氣量保持一致，并且要比金屬鈉反應生成的量更小，那么這時候金屬鈉本身是1mol 以上，也就是要求質量超過23g；假定鈉這種金屬生成的氫氣量最大，而鎂金屬物質反應生成的氫氣含量最小，那么這時候僅有OA、OB滿足題干條件，并且在x大于0 并且處于1mol 范圍之內的時候，y在0 以上之后且不足12g。這樣就可以巧用作圖法簡化問題分析過程，避免學生在解題中出現分析不全面而造成解題不準。通過反復借助作圖法簡化問題求解過程，可以逐步培養他們對作圖法的濃厚興趣，這對他們最終牢固掌握作圖法求解化學問題有很大幫助。

（二）基于作圖法，鍛煉思維能力

思維能力是助力學生解題能力發展中不可或缺的基本能力之一，也是助力學生化學核心素養養成中必不可少的因素之一。在指導學生求解化學問題過程中，如果可以靈活應用作圖法，那么可以借助直觀圖形或圖像的方式來直觀地展示出問題，不僅可以縮減繁雜的計算過程，同樣可以極大地降低學生解題中出現錯誤的概率。比如，在指導學生運用作圖法解題時，可以有效鍛煉他們對解題信息進行有效篩選的能力，找到快速解決有關問題的突破口，避免因為邏輯能力問題而造成審題不清、考慮不全等問題。

例3：現有均為2mol/l 的硫酸溶液和氫氧化鈉溶液150mL，分別向它們當中摻加等量的金屬鋁，已知在它們經過徹底反應之后所生成的氣體體積之比是6 ∶5，那么可知此時在兩種溶液中所加入的金屬鋁的物質的量是多少摩爾？

解析：由于本道化學問題中涉及較多的參數，整體問題求解過程比較復雜，為了幫助他們快速簡化整個問題的求解過程，同樣可以指導學生利用作圖法來對相應的問題進行簡化，保證有效鍛煉他們自身的思維能力，即首先繪制出圖3所示圖像，在等物質的量濃度與體積的兩種溶液和金屬鋁發生化學反應期間所涉及的金屬鋁本身物質的量是0.3mol 和0.2mol；如果金屬鋁本身為0.2mol，那么這時候兩種溶液在反應之后所生成氫氣含量為0.3mol，這時候所生成氣體之比為1 ∶1，然后聯系題干中給出的生成氣體的體積之比6 ∶5可以快速求解出氫氧化鈉溶液和金屬鈉發生化學反應所生成的氣體是0.36mol，進而可以結合圖3所示的數據來快速確定溶液中摻加的金屬鋁的量是0.24mol。

圖3

總之，作圖法是提高高中生化學解題能力的一種有效解題方法。教師在指導學生運用作圖法解決化學問題時，可以運用興趣激勵法，注重指導學生運用作圖法來鍛煉他們的思維能力，配合多樣化、有效性解題訓練，有效提升學生運用作圖法求解化學問題的能力。