作圖法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用

祁黎炎

(甘肅省臨夏縣中學(xué),甘肅 臨夏 731800)

在高中化學(xué)解題訓(xùn)練中,當(dāng)常規(guī)方法無法解決時,教師可指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用作圖法.對題目中出現(xiàn)的定律、原理與公式等內(nèi)容通過圖形來呈現(xiàn),把復(fù)雜問題變得簡單化,輔助他們順利解題.

1 巧妙運用作圖法,激起學(xué)生解題興趣

在高中化學(xué)解題教學(xué)中,由于知識較為枯燥,通常會出現(xiàn)部分比較復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),學(xué)生在處理這類題目時難度較大,極易陷入到困境當(dāng)中.這時,教師可以提示他們巧妙運用作圖法,激起解題興趣,使其結(jié)合圖像形象、直觀地解題[1].

例1在天平的兩個托盤上分別放一個盛有等質(zhì)量、等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸燒杯,調(diào)節(jié)天平使之平衡,然后在其中一個燒杯中加入ag鐵粉;在另一個燒杯里加入bg鎂粉,充分反應(yīng)后天平仍然保持平衡,如果已知每個燒杯內(nèi)均含有9.8 g的H2SO4,則下列各項中a、b的質(zhì)量不可能是( ).

A.a=5.6 g,b=5.6 g

B.a=1.54 g,b=1.62 g

C.a=7.7 g,b=8.1 g

D.a=6.3 g,b=6.3 g

解析本道題目可以使用作圖法進行解答,學(xué)生要對題目內(nèi)容進行認(rèn)真閱讀和思考.金屬鐵和鎂與H2SO4充分反應(yīng)以后,天平仍然保持平衡,說明它們都與9.8 g的H2SO4發(fā)生反應(yīng),生成等質(zhì)量的氫氣,然后他們通過分析可以建立如圖1所示的圖像,根據(jù)圖像能夠判斷出a、b的質(zhì)量不可能是選項C中所給出的數(shù)據(jù).

圖1 金屬鐵和鎂與H2SO4充分反應(yīng)

在上述例題中,學(xué)生仔細(xì)審理題目內(nèi)容后,結(jié)合試題中描述的對象畫出圖像,這樣顯得更為直觀化與具體化.然后,他們在興趣的驅(qū)使下,通過觀察與判斷求出正確答案,提高做題效率.

2 合理應(yīng)用作圖法,優(yōu)化學(xué)生解題思路

在高中化學(xué)解題教學(xué)中,當(dāng)遇到一些難以解決的題目時,使用常規(guī)方法將會耗費大量的時間與精力,而應(yīng)用作圖法可以形象、直觀地展示問題,計算過程由復(fù)雜變得簡單,借此優(yōu)化整體解題思路.同時,高中生合理應(yīng)用作圖法解答化學(xué)問題時,可通過圖像直接展示出解題過程中可能出現(xiàn)的一些錯誤,降低解題錯誤的發(fā)生率,從而提高他們的整體解題效率.

例2已知在150 mL濃度是2 mol·L-1的氫氧化鈉溶液與在150 mL濃度是2 mol·L-1的硫酸溶液中,分別添加等質(zhì)量的金屬鋁,當(dāng)發(fā)生完全反應(yīng)以后,產(chǎn)生的氣體體積之比是6∶5,那么加入鋁的質(zhì)量應(yīng)是多少?

解析學(xué)生閱讀完題目以后,發(fā)現(xiàn)直接利用計算的方法很難求得結(jié)果,教師可以提醒他們采用作圖法來解答,使其結(jié)合題目中給出的條件與信息進行畫圖,如圖2所示.在體積和物質(zhì)的量和濃度均一樣的氫氧化鈉和硫酸與鋁反應(yīng)過程中,需要鋁的物質(zhì)的量分別為0.3 mol與0.2 mol,假如鋁的量是0.2 mol,兩種物質(zhì)產(chǎn)生的氫氣都是0.3 mol,這時放出氣體的比例為1∶1,學(xué)生根據(jù)題設(shè)中給出的6∶5關(guān)系,能夠輕松得出氫氧化鈉和鋁反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是0.36 mol,所以根據(jù)圖像中的數(shù)據(jù)可以得出加入鋁的量為0.24 mol.

圖2 氫氧化鈉和硫酸與鋁反應(yīng)

針對上述例題,學(xué)生根據(jù)題意合理應(yīng)用作圖法,將題目中描述的情況將文字以圖像形式來呈現(xiàn),可以幫助他們優(yōu)化解題思路,使其準(zhǔn)確篩選與應(yīng)用解題信息,改善化學(xué)思維能力.

3 科學(xué)采用作圖法,取得良好解題效果

在高中化學(xué)教學(xué)過程中,關(guān)于定量計算和變量問題是相當(dāng)常見的一類題型,這些題目中涉及的知識點通常比較繁瑣與復(fù)雜,僅僅利用文字展示學(xué)生很難理解,這就要用到作圖法,幫助他們明確化學(xué)解題方法與技巧.具體來說,高中化學(xué)教師在解題教學(xué)中應(yīng)該引領(lǐng)學(xué)生科學(xué)采用作圖法分析題目,使其形成清晰的解題思路,最終幫助他們?nèi)〉昧己玫慕忸}效果[2].

圖3 氮氣濃度Qc與常數(shù)K之間的關(guān)系

如此,學(xué)生通過作圖法明確展示該化學(xué)反應(yīng)從開始到結(jié)束的整個過程,同時出示氮氣濃度與常數(shù)K間的關(guān)系,結(jié)合圖像內(nèi)容總結(jié)出化學(xué)反應(yīng)平衡的移動方向,從而得出正確答案.

4 善于利用作圖法,有效簡化解題過程

在高中化學(xué)解題教學(xué)中運用作圖法,可以把抽象的化學(xué)問題變得具體化,問題就變得一目了然,有效簡化學(xué)生的解題過程,讓他們準(zhǔn)確、快速地求得答案.高中化學(xué)元素、反應(yīng)公式較為繁雜,極易干擾學(xué)生的解題思路,不過利用作圖法可以把復(fù)雜知識通過簡單圖形來顯示,便于他們分析與解決化學(xué)問題,提高解題的正確率,使其慢慢增強學(xué)習(xí)與解題自信.

例4某元素(核電荷數(shù)<20)最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的a倍(1

解析學(xué)生可以使用作圖法先畫出一個原子結(jié)構(gòu)示意模型,如圖4所示,再結(jié)合相關(guān)原子結(jié)構(gòu)示意圖借助假設(shè)法分析電子層數(shù),他們可以假設(shè)該原子核外有3個或者4個電子層,且按照上述示意圖畫出相應(yīng)的電子層,然后依據(jù)題設(shè)條件求得該原子最外層電子數(shù)為8a(8a>8),不過從核外電子的排布規(guī)律來看這種計算結(jié)果并不符合.所以學(xué)生應(yīng)該及時轉(zhuǎn)變思路,假設(shè)該原子核外有2個電子層,得出最外層電子數(shù)為2a(2a<8),這個假設(shè)符合核外電子的排布規(guī)律,繼而求出核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)量是2a+2.

圖4 原子結(jié)構(gòu)示意模型

根據(jù)上述例題,學(xué)生處理原子核外電子排布類的試題時,要根據(jù)題干信息采用作圖法畫出原子結(jié)構(gòu)示意圖,研究核外電子排布的一般規(guī)律,他們能快速找到解題方向,簡化解題過程.

5 靈活使用作圖法,鍛煉學(xué)生解題能力

在高中化學(xué)解題中應(yīng)用作圖法時,不僅要把化學(xué)反應(yīng)濃縮至圖形當(dāng)中,提高學(xué)生的邏輯思維能力,他們還需親自動手繪制圖形內(nèi)容,訓(xùn)練自身的實踐操作能力.所以,高中化學(xué)教師在平常的解題訓(xùn)練中,應(yīng)該指引學(xué)生學(xué)會靈活使用作圖法,使其實現(xiàn)雙手、大腦與眼睛的共同運行以及相互配合,掌握更多分析化學(xué)問題的技巧,逐步提高他們的化學(xué)解題能力[3].

例5用AG表述溶液的酸堿度,AG=lg[c(H+)/c(OH-)],在25 ℃時下列說法正確的是( ).

A.如果溶液呈中性pH=7、AG=1

B.如果溶液呈酸性pH<7、AG<0

C.如果溶液呈堿性pH>7、AG>0

D.溶液的pH與AG的換算公式為AG=2(7-pH)

解析學(xué)生通過對AG定義的觀察,發(fā)現(xiàn)同數(shù)學(xué)中對數(shù)函數(shù)y=logx有著相似之處,他們可運用作圖法畫出AG的縱坐標(biāo)圖,如圖5所示,由圖5得到:當(dāng)溶液呈中性,c(H+)/c(OH-)=1,pH=7,AG=0,所以A錯誤;當(dāng)溶液呈酸性,c(H+)/c(OH-)> 1, pH<7,AG>0,B也錯誤;當(dāng)溶液呈堿性,c(H+)/c(OH-)<1,pH>7,AG<0,C也錯誤;那么只有D正確.

圖5 AG的縱坐標(biāo)圖

對于上述例題,學(xué)生通過這種直觀作圖法的靈活運用,既可以快速、簡潔地分析化學(xué)溶液的酸堿性問題,又使他們的空間思維有所發(fā)展,同時動手作圖的實踐能力也得到提升.

在高中化學(xué)解題教學(xué)活動中,教師需深刻意識到作圖法的作用和價值,在具體的解題訓(xùn)練環(huán)節(jié),指引學(xué)生根據(jù)題目實際情況靈活運用作圖法,畫出相應(yīng)的圖像,使其思路變得清晰、有條理,達(dá)到提高他們解題水平和發(fā)展化學(xué)思維的效果.