黑龍江 張顯峰

高考題中數(shù)圖形式呈現(xiàn)信息已成為增大試題難度的?？夹问?，平時教學(xué)過程中，要引導(dǎo)學(xué)生利用對圖象類習(xí)題的研究，加深對化學(xué)反應(yīng)原理的理解。現(xiàn)針對“能量與反應(yīng)過程”的系列圖象的分析基礎(chǔ)上，利用“能量變化圖”體現(xiàn)物質(zhì)之間的能量關(guān)系，借以挖掘物質(zhì)能量的大小關(guān)系、守恒關(guān)系、物質(zhì)的穩(wěn)定性等信息，突破此類難題，形成策略性知識。

在高考試卷中，考查蓋斯定律的試題出現(xiàn)頻率較高，屬于熱點問題，命題的背景材料、信息的呈現(xiàn)形式變化多樣，考查學(xué)生對問題的分析思考能力，區(qū)分度較高。請看下面兩道高考題。

【例1】(2014·北京卷·26節(jié)選)NH3經(jīng)一系列反應(yīng)可以得到HNO3，如圖所示。

(3)Ⅲ中，降低溫度，將NO2(g)轉(zhuǎn)化為N2O4(l)，再制備濃硝酸。

下列能量變化示意圖中，正確的是________(選填字母)。

A

B

C

【答案】A

【解析】題目提到“降低溫度，將NO2(g)轉(zhuǎn)化為N2O4(l)，再制備濃硝酸”說明降溫有利于NO2轉(zhuǎn)化為N2O4，則該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH1<0，ΔH2<0，而等量的N2O4(g)的能量大于N2O4(l)的能量，所以A項正確。

( )

A.ΔH2>ΔH3B.ΔH1<ΔH3

C.ΔH1+ΔH3=ΔH2D.ΔH1+ΔH2>ΔH3

【答案】B

【解析】這類題的常規(guī)處理方法是把過程的描述轉(zhuǎn)化為熱化學(xué)方程式：

由以上熱化學(xué)方程式可知，ΔH2<ΔH3，所以A項錯誤；由蓋斯定律可以得出反應(yīng)(Ⅱ)+反應(yīng)(Ⅲ)=反應(yīng)(Ⅰ)，即ΔH2+ΔH3=ΔH1，所以C項錯誤，由ΔH2+ΔH3=ΔH1，以及ΔH1>0、ΔH2<0、ΔH3>0推出ΔH1<ΔH3，所以B項正確；再由ΔH1<ΔH3和ΔH2<0可得出ΔH1+ΔH2<ΔH3，所以D項錯誤。

從上面兩道高考題的難易程度分析，前者簡單的原因，是題中出示的圖象蘊含了豐富信息，按號入座即可；但后者需要學(xué)生掌握蓋斯定律和利用數(shù)學(xué)知識來解決問題，不僅過程復(fù)雜，還要兼顧反應(yīng)熱的正負(fù)，稍有疏漏就會得出錯誤的結(jié)論。

提高這類試題的解題效率，最有效手段便是改變解題方法。我們先研究一下教材對能量問題的設(shè)計。在人教版必修二教材第33頁出示了“水能、化學(xué)能變化示意圖”(圖1)，與生活中的事實進(jìn)行對比聯(lián)系，直觀形象，清晰明了。人教版選修四第3頁采用二維圖象形式說明反應(yīng)過程中物質(zhì)能量的變化(圖2)，抽象成對應(yīng)的數(shù)學(xué)形式，有前面的具體鋪墊和后面的數(shù)學(xué)處理，學(xué)生在頭腦中建立起放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)的立體模型。

水由高處向低處流要釋放能量(勢能轉(zhuǎn)化為低能)

將水由低處抽向高處需供能量(電能轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)化為勢能)

反應(yīng)物的總能量>生成物的總能量化學(xué)反應(yīng)放出能量

反應(yīng)物的總能量<生成物的總能量化學(xué)反應(yīng)吸收能量

圖3

圖4

圖5

另外，同一物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同，所具有的能量也不同，又會增加問題的復(fù)雜性，因此，圖2只能粗略地表現(xiàn)反應(yīng)過程，利用它解題，信息量不足就體現(xiàn)的非常明顯了。下面結(jié)合例3、例4體會一下利用圖象解題帶來的便捷。

【例3】如圖所示，下列說法不正確的是

( )

圖6

圖7

C.Q1與Q2的關(guān)系：Q1>Q2

D.ΔH2>ΔH1

【答案】C

【例4】分析如圖8所示的能量變化示意圖，下列熱化學(xué)方程式正確的是

( )

圖8

【答案】B

【解析】根據(jù)圖示，2A(g)+B(g)的總能量大于2C(g)的總能量，故a<0，A選項中a>0，故A選項錯誤；C、D選項中未注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)，故C、D選項錯誤；所以B選項正確。

通過以上的分析和研究，利用圖象解題，形象直觀。所以，對于沒有圖象的熱化學(xué)習(xí)題，我們要自己建立一個能量變化圖，來提高解題的時效性。

【例5】同溫同壓下，下列熱化學(xué)方程式中Q值最大的是(均為放熱反應(yīng))

( )

【答案】C

【解析】利用例4的方法畫出能量變化圖，如圖9，圖中(細(xì)線)箭頭向下表示是放熱過程，向上代表是吸熱過程，箭頭方向代表由反應(yīng)物指向生成物，水平的粗線代表一定量的物質(zhì)的能量，綜上所述C項正確。

圖9

【適應(yīng)訓(xùn)練1】

下列關(guān)系式中正確的是

( )

A.ΔH1<ΔH3<0 B.ΔH2>ΔH4>0

C.2ΔH1=ΔH2<0 D.2ΔH3=ΔH4>0

【答案】C

【解析】由圖10、圖11可知A、B項錯誤，D項，2ΔH3=ΔH4，但小于0，錯誤；C項，2ΔH1=ΔH2，且小于0，正確。

圖10

【適應(yīng)訓(xùn)練2】下列圖象(圖12)分別表示有關(guān)反應(yīng)的反應(yīng)過程與能量變化的關(guān)系

據(jù)此判斷下列說法中正確的是

( )

A.石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸俏鼰岱磻?yīng)

B.白磷比紅磷穩(wěn)定

【答案】A

【解析】反應(yīng)過程與能量變化的關(guān)系圖清晰地顯示物質(zhì)的能量大小，可以判定物質(zhì)的穩(wěn)定性，以及反應(yīng)物的總能量與生成物總能量的相對大小，比較反應(yīng)熱的大小，A項正確。

【變式訓(xùn)練1】一些烷烴的燃燒熱(kJ/mol)如表：

化合物燃燒熱化合物燃燒熱甲烷891.0正丁烷2 878.0乙烷1 560.8異丁烷2 869.6丙烷2 221.52甲基丁烷3 531.3

下列表達(dá)正確的是

( )

A.熱穩(wěn)定性：正丁烷>異丁烷

C.正戊烷的燃燒熱大約在3 540 kJ/mol左右

D.相同質(zhì)量的烷烴，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，燃燒放出的熱量越多

【答案】C

【解析】據(jù)圖13可以快速判斷A選項錯誤；B選項乙烷的計量數(shù)應(yīng)為1，且水的狀態(tài)應(yīng)該為液態(tài)；根據(jù)正丁烷、異丁烷的燃燒熱的大小關(guān)系，可以推得正戊烷的燃燒熱大于2-甲基丁烷的燃燒熱，C選項正確；D項根據(jù)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律可推得是錯誤的。

圖13

【變式訓(xùn)練2】已知25℃、101 kPa下，石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為

據(jù)此判斷，下列說法正確的是

( )

A.由石墨制備金剛石是吸熱反應(yīng)；等質(zhì)量時，石墨的能量比金剛石的低

B.由石墨制備金剛石是吸熱反應(yīng)；等質(zhì)量時，石墨的能量比金剛石的高

C.由石墨制備金剛石是放熱反應(yīng)；等質(zhì)量時，石墨的能量比金剛石的低

D.由石墨制備金剛石是放熱反應(yīng)；等質(zhì)量時，石墨的能量比金剛石的高

【答案】B

【解析】根據(jù)熱化學(xué)方程式畫出圖14，根據(jù)圖象可知，A項正確。

圖14

經(jīng)過以上的分析和總結(jié)，我們再來研讀例2，畫出能量變化圖(圖15)，由圖可知，ΔH3>0，ΔH1>0，ΔH2<0，ΔH3>ΔH2，ΔH3>ΔH1，則A項錯誤、B項正確；ΔH1-ΔH2=ΔH3，ΔH1+ΔH2<ΔH3，則C、D項錯誤。與常規(guī)方法比，這種方法省略了煩瑣的過程分析，簡單易學(xué)。

圖15

綜上所述，采用能量變化圖可以有效回避解題過程中對反應(yīng)過程的分析以及物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中能量變化。只要抓住用量、聚集狀態(tài)及反應(yīng)物的總能量與生成物總能量的相對大小畫出“能量變化圖”，不同的反應(yīng)、不同的過程中無論是ΔH、Q的大小比較，還是守恒關(guān)系，就會變得清晰明了。有利于學(xué)生加深對能量守恒思想、影響熱效應(yīng)的因素及蓋斯定律的理解，有利于把抽象的原理形象化，化繁為簡，極大地提高了解題速度和準(zhǔn)確性。更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生利用分析、比較、概括、歸納等方法對所獲取的信息進(jìn)行初步加工和應(yīng)用的能力，充分挖掘教材中的隱性課程，促進(jìn)知識的正向遷移。