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圖形信息題的解讀策略與方法例析

◇江蘇陳方

1問(wèn)題的提出

縱觀近幾年各地高考化學(xué)試題,每年都有以圖形方式呈現(xiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及各類信息的試題,而且該類試題越來(lái)越受青睞,考查力度有逐漸加大的趨勢(shì)．這類試題要求學(xué)生在獲取信息后對(duì)相關(guān)化學(xué)現(xiàn)象、事實(shí)作出合理解釋,在分析推理基礎(chǔ)上作出合理的判斷或得出正確的結(jié)論．試題的新穎度、難度和區(qū)分度在一定程度上都借助于圖形的創(chuàng)新得以體現(xiàn)．圖形題將數(shù)據(jù)、圖線與化學(xué)問(wèn)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(yīng)用等各方面．因此要學(xué)會(huì)了解圖形所呈現(xiàn)的化學(xué)含義,掌握化學(xué)圖形最基本的剖析方法,從中提煉出相關(guān)的信息,嘗試應(yīng)用圖形分析解決化學(xué)問(wèn)題,表述自己的思路與思維的結(jié)果．這樣不僅可以提高識(shí)圖能力,更能通過(guò)這個(gè)過(guò)程訓(xùn)練與優(yōu)化思維策略,加深對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論的理解,更好地解決化學(xué)實(shí)際問(wèn)題,不斷提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和綜合運(yùn)用能力．

2圖形信息題分類例析

2.1電化學(xué)裝置圖

圖1

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

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略此類試題,一般會(huì)在題干和圖中提供一些與電極反應(yīng)或總反應(yīng)相關(guān)的信息．解題時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注兩極反應(yīng)物、產(chǎn)物、電子流向(電源正負(fù)極)、電極材料、隔膜類型(H+、OH-、氣體等)、電解質(zhì)類型(溶液或熔融物)、電解質(zhì)溶液酸堿性等重要信息．通過(guò)整合相關(guān)信息并結(jié)合有關(guān)守恒原理,寫出有關(guān)電極反應(yīng)式或總反應(yīng)式,據(jù)此再進(jìn)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(fā)現(xiàn)縱坐標(biāo)有左右2個(gè),但問(wèn)題中涉及的物質(zhì)的溶解度均與左邊縱坐標(biāo)有關(guān)．由溶解度曲線可知,NH4ClO4屬于溶解度變化“陡升型”類物質(zhì),而NaCl則屬于“緩升型”類物質(zhì),且混合溶液中NH4ClO4相對(duì)于NaCl含量較多(其實(shí)溶液中也含有少量NaClO4和NH4Cl),故要得到較多NH4ClO4晶體,應(yīng)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(diǎn),通過(guò)冷卻使其析出(此時(shí)NaCl析出較少)．若不能達(dá)到產(chǎn)品的純度要求,可再重復(fù)實(shí)驗(yàn)(重結(jié)晶),直到符合要求為止．

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略此類試題,一般在題中提供相關(guān)物質(zhì)(有時(shí)會(huì)有干擾物質(zhì))的溶解度變化信息,如上題中“緩升型”“陡升型”的信息,有時(shí)還會(huì)有一些特殊的情況,如Ca(OH)2為溶解度變化“下降型”物質(zhì),少數(shù)物質(zhì)還會(huì)在某溫度時(shí)達(dá)到溶解度最大值，要求分析判斷獲得(提純)物質(zhì)的方法．解決此類問(wèn)題的方法是:從溶解度曲線中讀出相關(guān)物質(zhì)的溶解度隨溫度變化特點(diǎn)的信息(有時(shí)需排除無(wú)關(guān)物質(zhì)的干擾),厘清不同溶解度變化類物質(zhì)與分離提純方法的關(guān)系,得到所需的物質(zhì)．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(fā)、趁熱過(guò)濾、(乙醇)洗滌．

2.3反映物質(zhì)組成或成分變化的圖形

圖3

分析由圖3所示(體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)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(shuō)明H2O在約2 000K以上分解產(chǎn)生H2和O2．約3 500K以上φ(H2)和φ(O2)逐漸下降,至約5 000K時(shí),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(shuō)明溫度上升到一定階段后,H2和O2也各自發(fā)生分解最終得到A和B．對(duì)照最終φ(A)∶φ(B)=2∶1的特點(diǎn),根據(jù)H2O分子中n(H)∶n(O)=2∶1的實(shí)際,確定A、B分別為H原子、O原子．此題的分析推斷過(guò)程,很好地體現(xiàn)了定性與定量相結(jié)合的化學(xué)學(xué)科思想在具體問(wèn)題中的運(yùn)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(yīng)后殘留固體物質(zhì)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(tài)物質(zhì)是否存在,不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同)．在上述NaOH溶液中,混合物Y中產(chǎn)生氫氣的主要物質(zhì)是________(填化學(xué)式)．

分析本題給出了殘留固體物質(zhì)的X射線衍射譜圖的相關(guān)信息．從題中提供的關(guān)于X射線衍射譜圖特點(diǎn)的信息及高中化學(xué)所學(xué)到的相關(guān)知識(shí)看,譜圖中衍射峰實(shí)際上反映了各種晶態(tài)物質(zhì)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(xiàn)．故此時(shí)與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的主要物質(zhì)是Al．至于下半幅譜圖存在的原因,其一是體現(xiàn)問(wèn)題的完整性,其二是作為干擾信息而出現(xiàn)．

圖4

圖5

(1) 為獲得盡可能純的NaH2PO4,pH應(yīng)控制在________;pH=8時(shí),溶液中主要含磷物種濃度大小關(guān)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(xiàn)方式與解讀策略此類試題一般在題中出現(xiàn)有關(guān)物質(zhì)組成或成分的二維坐標(biāo)系信息．解題時(shí)應(yīng)根據(jù)各類圖象的特點(diǎn),找出反映物質(zhì)組成或成分變化的相關(guān)規(guī)律或定量關(guān)系,判斷、分析或計(jì)算出物質(zhì)的組成、成分或?qū)懗鲇嘘P(guān)反應(yīng)．

2.4現(xiàn)代儀器分析給出的分子組成與結(jié)構(gòu)的圖象

圖6

(1) 酸性氣體是________(填化學(xué)式)．

(2)X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為________．

分析(1) 此題提供了有關(guān)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)中反應(yīng)物間物質(zhì)的量之比、相關(guān)物質(zhì)的核磁共振氫譜的信息．由題中反應(yīng)產(chǎn)生酸性氣體,結(jié)合所給出的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與成分信息,可分析得出:氣體應(yīng)為HCl(由季戊四醇與三氯氧磷發(fā)生取代反應(yīng)而得)．

(2) 對(duì)照題中的第2幅核磁共振氫譜圖,經(jīng)分析知X應(yīng)只含有1種H,因季戊四醇有2種H(其分子中含4個(gè)—OH和4個(gè)—CH2—),故該題中的反應(yīng)應(yīng)是季戊四醇分子中的4個(gè)—OH上的所有H原子與兩分子三氯氧磷中的各2個(gè)Cl原子(共4個(gè)Cl原子)結(jié)合生成HCl,其余部分結(jié)合得到X,故X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為:

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略此類試題一般在題中提供反應(yīng)前后有關(guān)物質(zhì)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(shù)目反映了有機(jī)物分子中氫原子化學(xué)環(huán)境的種類.不同特征峰的強(qiáng)度比(或特征峰的高度比)反映了不同化學(xué)環(huán)境氫原子的數(shù)目比．由此可分析推斷出有關(guān)物質(zhì)分子中氫原子種類與數(shù)目的信息,再結(jié)合其他條件或信息,可得到有關(guān)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)．

2.5其他二維坐標(biāo)系類圖形

圖7

根據(jù)圖中信息可知,C點(diǎn)物質(zhì)主要成分是________(填化學(xué)式);D→E過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)為________;用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時(shí),溫度最好控制在570℃左右的原因是________．

分析首先分析橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)代表的量及其關(guān)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(chǎn)物的關(guān)系．進(jìn)而根據(jù)橫坐標(biāo)Fe元素或O元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)合A、B、D為純凈物的提示信息,分析計(jì)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(zhì)含鐵量要比Fe3O4高又不是Fe,分析得出它是FeO．所以,A→B過(guò)程Fe2O3沒(méi)有被還原;B→D為Fe2O3被還原為Fe3O4的過(guò)程;D→E為Fe3O4被還原為FeO的過(guò)程;D→F為Fe3O4被還原為Fe的過(guò)程．用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時(shí),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(wèn)題,基本都是以二維坐標(biāo)曲線圖的方式提供相關(guān)信息．這類圖形大多以時(shí)間、溫度、元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、pH等量為橫坐標(biāo),以物質(zhì)的某種性質(zhì)和特征等為縱坐標(biāo),以二維坐標(biāo)系曲線來(lái)表示物質(zhì)的變化．能借助簡(jiǎn)單的線條走向,巧妙地表達(dá)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、現(xiàn)象與化學(xué)原理等方面的信息,考查考生對(duì)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(zhuǎn)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(biāo)含義;二看特殊點(diǎn)(起點(diǎn)、拐點(diǎn)、落點(diǎn));三看變化趨勢(shì)(規(guī)律);四看曲線之間的關(guān)系．

2) 分析:分析圖象中隱含的信息,找出數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)點(diǎn)．將其加工成化學(xué)語(yǔ)言,同時(shí)聯(lián)系化學(xué)概念、化學(xué)原理等,從而快速解決問(wèn)題．

3) 答題:針對(duì)題意運(yùn)用圖形特征解決相關(guān)問(wèn)題．

鏈接練習(xí)

1. 硫化氫的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題．由硫化氫獲得硫單質(zhì)有多種方法．

圖8

(1) 將燒堿吸收H2S后的溶液加入到如圖8所示的電解池的陽(yáng)極區(qū)進(jìn)行電解．電解過(guò)程中陽(yáng)極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng):S2--2e-=S,

① 寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式________．

② 電解后陽(yáng)極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì),其離子方程式可寫成________．

2.H2S在高溫下分解生成硫蒸汽和H2．若反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡時(shí),混合氣體中各組分的體積分?jǐn)?shù)如圖9所示,H2S在高溫下分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為____．

圖9

3. 采用球磨法制備Al與LiBH4的復(fù)合材料,并對(duì)Al-LiBH4體系與水反應(yīng)產(chǎn)氫的特性進(jìn)行下列研究:

① 圖10為25℃水浴時(shí)不同配比的Al-LiBH4復(fù)合材料與水反應(yīng)產(chǎn)生H2體積隨時(shí)間變化關(guān)系圖．由圖10可知,下列說(shuō)法正確的是________(填字母)．

a. 25 ℃時(shí),純鋁與水不反應(yīng);

b. 25 ℃時(shí),純LiBH4與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣;

c. 25 ℃時(shí),Al-LiBH4復(fù)合材料中LiBH4質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,1 000s內(nèi)產(chǎn)生氫氣的體積越大

圖10

② 圖11為25和75 ℃時(shí)，Al-LiBH4復(fù)合材料[w(LiBH4)=25%]與水反應(yīng)一定時(shí)間后產(chǎn)物的X射線衍射圖譜(X射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在,不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同)．

圖11

從圖11分析,25 ℃時(shí),Al-LiBH4復(fù)合材料中與水完全反應(yīng)的物質(zhì)是________(填化學(xué)式),產(chǎn)生Al(OH)3的化學(xué)方程式為________．

鏈接練習(xí)參考答案

1. ① 2H2O+2e-=H2↑+2OH-,

3. ①a、b;

②LiBH4, 2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑.

(作者單位：江蘇省溧水高級(jí)中學(xué))