劉添壽

(福建師范大學(xué)附屬中學(xué),福建 福州 350007)

圖形法顧名思義就是利用圖形進(jìn)行解題的一種方法,因其能夠簡(jiǎn)便、直觀、形象地展示題目中條件之間的關(guān)系而廣泛適用于數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等學(xué)科解題訓(xùn)練之中,從本質(zhì)視角來(lái)看,就是對(duì)數(shù)形結(jié)合思想中“以形助數(shù)”的使用[1].在高中化學(xué)解題訓(xùn)練中,圖形法是一種相當(dāng)重要的解題方法,借助數(shù)形結(jié)合的特點(diǎn)可以復(fù)雜化、抽象化的問(wèn)題變得簡(jiǎn)單化與具體化,且可以形象、直觀地反映出已知量與未知量的關(guān)系,學(xué)生通過(guò)運(yùn)用可達(dá)到巧妙解題的效果.

1 應(yīng)用能量圖解答高中化學(xué)試題

在高中化學(xué)解題訓(xùn)練中,不少題目中都涉及到一定的化學(xué)反應(yīng),在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中,假如反應(yīng)物的總能量比生成物的總能量高,就表明這是一個(gè)放熱反應(yīng),反之則是一個(gè)吸熱反應(yīng).針對(duì)同一物質(zhì)的能量關(guān)系來(lái)說(shuō),氣態(tài)小于液態(tài)小于固態(tài),即為E(s)

例1已知在同壓、同溫條件下,下列幾種吸熱反應(yīng)的熱化學(xué)方程式中反應(yīng)熱數(shù)值最小的為( ).

解析對(duì)于本題四個(gè)選項(xiàng)中的反應(yīng)物與生成物能量來(lái)說(shuō),教師可以指導(dǎo)學(xué)生畫(huà)出如圖1所示的能量圖展開(kāi)描述,然后只需對(duì)圖形進(jìn)行認(rèn)真觀察就能夠得到相應(yīng)的結(jié)論,利用這一圖形他們能夠快速、直觀地發(fā)現(xiàn)在這四個(gè)吸熱反應(yīng)的熱化學(xué)方程式中,反應(yīng)熱數(shù)值最小的是B選項(xiàng).這樣不僅能夠確保學(xué)生做題的準(zhǔn)確度,還可以加快他們的解題速度,整體解題效果十分顯著.

圖1 反應(yīng)物與生成物能量圖

2 運(yùn)用函數(shù)圖解答高中化學(xué)試題

在學(xué)習(xí)高中化學(xué)知識(shí)過(guò)程中,一些試題涉及到化學(xué)溶液互滴、相互反應(yīng)等相關(guān)知識(shí),像鹽酸溶液和碳酸鈉溶液相互滴加的順序不一樣,兩者發(fā)生反應(yīng)以后出現(xiàn)的現(xiàn)象也不盡相同,而且反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體量同樣有所差異[2].這是高中化學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)之一,學(xué)生理解起來(lái)難度相對(duì)較大,當(dāng)遇到此類(lèi)題目時(shí),教師可指引學(xué)生運(yùn)用函數(shù)圖這一圖形法,使其跟題目中給出的信息與條件畫(huà)出相應(yīng)函數(shù)圖像,讓他們結(jié)合函數(shù)知識(shí)輕松解答試題,增強(qiáng)解題自信.

例2把含量是1 mol 的碳酸鈉溶液加入到足量的鹽酸里面,發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是:

1 mol 2 mol 1 mol

把該反應(yīng)圖像標(biāo)記成①.

把足量的鹽酸加入到含量是1 mol的碳酸鈉溶液里面,發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是:

1 mol 1 mol 1 mol

1 mol 1 mol 1 mol

把該反應(yīng)圖像標(biāo)記成②.

請(qǐng)比較這兩個(gè)反應(yīng)的不同之處.

解析學(xué)生可根據(jù)題意把這兩種情況的反應(yīng)圖像在同一個(gè)平面直角坐標(biāo)系中表示出來(lái),如圖2所示,通過(guò)對(duì)該函數(shù)圖像的觀察,能夠清晰知道碳酸鈉溶液和鹽酸相互滴加的不同,深刻理解與掌握互滴反應(yīng)的具體結(jié)論,他們根據(jù)對(duì)兩者函數(shù)圖像的觀察能夠得出以下結(jié)論:往足量的鹽酸中滴入碳酸鈉溶液時(shí)會(huì)馬上產(chǎn)生二氧化碳?xì)馀?而反過(guò)來(lái)相互滴加時(shí),開(kāi)始并沒(méi)有氣泡產(chǎn)生,過(guò)一段時(shí)間以后才會(huì)有二氧化碳?xì)馀莓a(chǎn)生;假如是在鹽酸足量的情況下,無(wú)論使用哪種滴加方式,產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w量是一樣的,假如鹽酸的量有限,則往鹽酸中滴入碳酸鈉溶液所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w量較多一些.

圖2 碳酸鈉溶液與鹽酸反應(yīng)圖像

3 采用數(shù)軸圖解答高中化學(xué)試題

數(shù)軸是高中生在初中時(shí)期就接觸到的一種數(shù)學(xué)圖形,雖然是一維圖形,但是數(shù)軸上面具有原點(diǎn)、正方向與單位長(zhǎng)度,包含的元素較多,是他們用來(lái)解題的一個(gè)有力工具[3].在高中化學(xué)解題教學(xué)中,有一類(lèi)試題是同反應(yīng)物A與B之間量的變化而產(chǎn)生不同反應(yīng)現(xiàn)象與產(chǎn)物量,要求把兩者反應(yīng)的化學(xué)方程式寫(xiě)出來(lái),面對(duì)這類(lèi)題目,教師可指導(dǎo)學(xué)生采用數(shù)軸圖形法進(jìn)行解決,使他們根據(jù)題意畫(huà)出與之對(duì)應(yīng)的數(shù)軸,準(zhǔn)確理解題目中的反應(yīng)過(guò)程,提高做題的正確率.

例3往含有amol的溴化亞鐵溶液中緩緩?fù)ㄈ肼葰?那么實(shí)際反應(yīng)過(guò)程是什么情況?

解析從理論層面來(lái)看,根據(jù)通入氯氣量的不同,相應(yīng)的反應(yīng)現(xiàn)象、過(guò)程與化學(xué)方程式也有所不同,不過(guò)總的表現(xiàn)為兩種情況,即為:

(1)通入的氯氣含量剛好與溴化亞鐵溶液中的亞鐵離子含量完全反應(yīng),相應(yīng)的離子方程式是:

將所獲得的全部數(shù)據(jù)通過(guò)SPSS17.0軟件處理完成后,使用±s表示所有的計(jì)量資料,采用t檢驗(yàn);所有計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)。差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)中的意義使用P<0.05表示。

①

(2)溴化亞鐵溶液中所含有的亞鐵離子與溴離子均反應(yīng)完畢之前的化學(xué)方程式是:

②

圖3 溴化亞鐵與氯氣反應(yīng)數(shù)軸圖

4 利用流程圖解答高中化學(xué)試題

在高中化學(xué)解題訓(xùn)練中,涉及到的題目類(lèi)型多種多樣,除純粹的化學(xué)反應(yīng)類(lèi)題型以外,還有不少題目涉及到現(xiàn)實(shí)生活與工業(yè)生產(chǎn)中的一些特殊工藝,往往包含著多個(gè)化學(xué)反應(yīng),這類(lèi)試題往往比較復(fù)雜,解題難度較大,對(duì)學(xué)生的思維能力與解題水平均有著較高的要求,如果僅僅依靠文字性描述,他們很難明確了解具體的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程.這時(shí)高中化學(xué)教師可以引領(lǐng)學(xué)生利用工藝流程圖,使其更好地了解化學(xué)生成過(guò)程,便于他們分析與評(píng)價(jià)相關(guān)反應(yīng)[4].

例4已知以硫化亞鐵為原料制備六水三氯化鐵,請(qǐng)將具體制作過(guò)程描述出來(lái)加以解疑.

解析學(xué)生可以結(jié)合所學(xué)化學(xué)知識(shí)及查閱資料將以硫化亞鐵為原料制備六水三氯化鐵的工藝流程圖畫(huà)出來(lái),如圖4所示,具體工藝流程如下:(1)將硫鐵礦在空氣中焙燒釋放出二氧化硫氣體,剩余的固體是氧化鐵;(2)往氧化鐵中加入濃度是30%的鹽酸進(jìn)行鹽溶處理,生成氯化鐵與水;(3)過(guò)濾后得到濾渣;(4)往濾渣中通入氯氣進(jìn)行處理,最終得到六水三氯化鐵晶體.結(jié)合工藝流程圖,學(xué)生能夠清晰看到利用硫化亞鐵制取六水三氯化鐵所需的原料與產(chǎn)品,使其更好地了解產(chǎn)品同原料之間的關(guān)系,知道整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的化學(xué)反應(yīng),增強(qiáng)他們的分析能力與邏輯思維能力.

圖4 六水三氯化鐵制備工藝流程圖

5 使用簡(jiǎn)化圖解答高中化學(xué)試題

在高中化學(xué)解題實(shí)踐中應(yīng)用圖形法,主要目的就是把復(fù)雜問(wèn)題變得簡(jiǎn)單,抽象問(wèn)題變得具體,從根本上降低解題難度,提高學(xué)生做題的正確率,使其在較短的時(shí)間內(nèi)就能夠求出準(zhǔn)確答案,為他們應(yīng)試能力的訓(xùn)練與提升做準(zhǔn)備[5].不少高中化學(xué)試題都涉及到大量的化學(xué)反應(yīng)與元素,如果僅僅依靠對(duì)題目中文字性?xún)?nèi)容的閱讀學(xué)生很難精準(zhǔn)理解題意,而使用圖形法把簡(jiǎn)化圖畫(huà)出來(lái),可以將復(fù)雜的題目信息以簡(jiǎn)單圖形呈現(xiàn)出來(lái),以便他們分析與解答試題.

例5分別用不同物質(zhì)的量的鋁、鎂、鈉與等物質(zhì)的量的鹽酸進(jìn)行反應(yīng),如果鹽酸中有1 mol的氯化氫,生成的氣體情況主要有以下幾種(括號(hào)中物質(zhì)代表和鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的金屬):(1)V(鋁)=V(鎂)=V(鈉);(2)V(鋁)=V(鎂)>V(鈉);(3)V(鋁)>V(鎂)>V(鈉),請(qǐng)分析金屬鋁、鎂、鈉的物質(zhì)的量的取值范圍.

圖5 氫氣生成與鹽酸消耗圖

6 借助反應(yīng)圖解答高中化學(xué)試題

幾乎在所有的高中化學(xué)題目中或多或少都涉及化學(xué)反應(yīng),有的是一個(gè),有的是兩個(gè)、三個(gè),甚至是多個(gè),有的反應(yīng)過(guò)程比較復(fù)雜,學(xué)生讀完題目?jī)?nèi)容以后很難準(zhǔn)確理解題意,影響他們對(duì)試題的解答.當(dāng)遇到一些含有特殊化學(xué)反應(yīng)類(lèi)的試題時(shí),高中化學(xué)教師可以引導(dǎo)學(xué)生充分借助圖形法的優(yōu)勢(shì),使其根據(jù)題目?jī)?nèi)容合理利用化學(xué)反應(yīng)原理,結(jié)合反應(yīng)過(guò)程化學(xué)相關(guān)圖形,清晰、直觀地展現(xiàn)題目現(xiàn)象,讓他們找到解題的關(guān)鍵點(diǎn),從而迅速解答試題[6].

例6利用固體氧氣與固體氫氣化合生成固體水,在這一過(guò)程中能量變化圖如圖6所示,那么以下說(shuō)法正確的為( ).

圖6 固體水生成中能量變化圖

A.斷裂非極性鍵吸收的能量和形成極性鍵釋放的能量一樣

B.Ⅱ中形成的O—H鍵比Ⅲ中形成的O—H鍵更為牢固

ΔH=+QkJ/mol(Q>0)

ΔH=-QkJ/mol(Q>0)

解析根據(jù)圖中信息可知在該反應(yīng)中,反應(yīng)物的總能量是大于生成物的,屬于放熱反應(yīng),那么斷裂H—H鍵與O—O鍵吸收的能領(lǐng)比形成O—H鍵放出的能量要多,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;Ⅱ中形成的O—H鍵以原子團(tuán)OH形式存在,Ⅲ中形成的O—H鍵以水分子形式存在,所以Ⅱ的O—H鍵比Ⅲ中容易斷裂,B選項(xiàng)也錯(cuò)誤;根據(jù)圖形可知C選項(xiàng)中反應(yīng)是吸熱過(guò)程,故正確;D選項(xiàng)中的反應(yīng)是圖中的逆過(guò)程,同樣是吸熱反應(yīng),所以不正確.