以“读”攻“图”——高考化学图形图像题的解题策略

吉林 赵鑫光

图形图像题是高考化学试题中的一种常见题型，在教育部考试中心编写的《中国高考评价体系》及其说明中，“四层”考查内容和“四翼”考查要求，是通过情境与情境活动两类载体来实现的，即通过选取适宜的素材，再现学科理论产生的场景或是呈现现实中的问题情境，让学生在真实的背景下发挥核心价值的引领作用，运用必备知识和关键能力去解决实际问题，全面综合展现学科素养水平。因此未来高考化学会更加注重对图形图像题的考查。事实上，近年来高考化学中图形图像题的出现频率已经呈现出逐年升高的趋势。这样做的目的除了使题干繁杂的文字变得简单化之外，主要是为了考查学生通过读图接受、吸收、整合化学信息的能力，理解、分析陌生信息的能力，以及通过推理与辨析运用信息解决问题的能力。但在现阶段的高中化学教学中，针对学生化学图形图像思维的培养较少，这导致学生在遇到图形图像类型的试题时会感觉无从下手，进而影响学生的考试成绩。因此，本文对高考化学中的图形图像题进行分类解析，引导学生对图形图像中所蕴涵的化学知识进行了解与认识，并让学生掌握基本的解题方法，并不断提升学生对图形图像题的解题思维。

一、图形图像题的命题特点

1.知识考查：图形图像题是高考化学选择题中一种常考的题型，考查内容涉及的知识较广泛，包括化学热力学中的盖斯定律、化学反应中能量的变化；化学动力学中的催化剂、中间产物、反应物、产物等概念；无机物、有机物的基本性质；化学反应的机理、物质转化的关系；化学反应平衡、电离平衡、水解平衡、难溶电解质的沉淀溶解平衡等基本概念。题目的命题方式新颖，图像较为复杂，同一坐标系内有多个变化量，隐含信息量大，综合性较强。

2.能力考查：此类试题侧重考查学生通过读图接受、吸收、整合化学信息的能力，理解、分析陌生信息的能力，以及通过推理与辨析运用信息解决问题的能力。

3.化学图形图像题与化学学科核心素养

化学图形图像题的呈现形式体现出的化学学科核心素养将粒子可视化图形与机理图相结合,直观表示反应过程中粒子的转化关系宏观辨识反应机理示意图表示反应过程,通过机理示意图获得物质信息和转化关系,用来解决问题微观探析利用图示和符号表示某种元素不同物质间的转化关系变化观念利用函数图像表示反应过程中能量变化和反应过程中粒子的转化关系,结合化学反应平衡、电离平衡、水解平衡、难溶电解质的沉淀溶解平衡等相关知识解决问题平衡思想

二、高考真题示例和解析

(一)考查形式1：函数图像

函数图像是将化学与数学知识相结合，用来表示某一变量是如何随着另一变量变化的，这种图像的应用标志着化学从经验性学科走向有理论基础支撑的自然学科，化学理论是在数学模型基础上搭建而成的，因此将化学研究与数学相结合是极其重要的。函数图像类试题主要考查方向有以下两点，一是能量关系图像，二是粒子浓度关系图像。

【例1】(2021·湖南省适应性考试·9)活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图1所示：

图1

下列说法正确的是( )

A.该反应为吸热反应

B.产物的稳定性：P1>P2

C.该历程中最大正反应的活化能E正=186.19 kJ·mol-1

D.相同条件下，由中间产物Z转化为产物的速率：v(P1)

【答案】C

【解析】本题利用函数图像呈现反应过程中能量变化与粒子的转化关系，考查了学生对相关热力学与动力学知识的辨析，同时也考查了学生的数形结合思维。通过读图分析可知：反应物的总能量大于生成物的总能量，故该反应为放热反应，A错误；产物P2所具有的能量低于产物P1所具有的能量，根据能量越低越稳定，故产物P2更稳定，B错误；由图中1中间产物和过渡态的能量数据计算可知中间产物Z到过渡态Ⅳ所需的活化能最大，即E正=-18.92-(-205.11)=186.19 kJ·mol-1，故C正确；读图可知，由Z到产物P1所需的活化能低于由Z到产物P2所需的活化能，根据活化能越低，反应速率越快，可知Z转化为产物的速率：v(P1)>v(P2)，故D错误。

【例2】(2021·全国乙卷·13)HA是一元弱酸，难溶盐MA的饱和溶液中c(M+)随c(H+)而变化，M+不发生水解。实验发现，298 K时，c2(M+)-c(H+)为线性关系，如图2中实线所示。

图2

下列叙述错误的是( )

A.溶液pH=4时，c(M+)<3.0×10-4mol·L-1

B.MA的溶度积Ksp=5.0×10-8

C.溶液pH=7时，c(M+)+c(H+)=c(A-)+c(OH-)

D.HA的电离常数Ka(HA)≈2.0×10-4

【答案】C

【解题策略简析】这类习题将函数图像与化学知识相结合，其侧重点在于学生能否将化学知识与数学模型进行有机的结合，侧重考查学生的归纳与论证能力和理解与辨析能力。在二轮复习时教师首先要侧重对理论知识的正确理解和数学方法的正确应用的教学，其次在进行反应热、化学平衡等知识的讲解时，要把“量”在反应中的变化突出出来，让学生从数学角度看待化学变化中量的关系。学生首先要明确横纵坐标的意义、图像中曲线变化关系；其次要明确解决问题的知识类型；最后要巧用图像中的特殊点。

(二)考查形式2：反应机理示意图

反应机理示意图是运用符号来表示粒子间的转化关系，揭示反应变化的本质。其主要考查方向有：(1)利用机理图分析粒子间的转化关系；(2)结合热力学和动力学判断反应速率、反应热等；(3)对基本概念进行辨析，判断催化剂、中间体、反应物、产物等；(4)判断反应过程中成键与断键关系，揭示反应的本质。

【例3】(2021·湖南省选择性考试·14)铁的配合物离子(用[L-Fe-H]+表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图3和图4所示：

图3

图4

下列说法错误的是( )

B.H+浓度过大或者过小，均导致反应速率降低

C.该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化

D.该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定

【答案】D

【例4】(2021·浙江6月选考·24)制备苯甲酸甲酯的一种反应机理如图5(其中Ph—代表苯基)。下列说法不正确的是( )

图5

A.可以用苯甲醛和甲醇为原料制备苯甲酸甲酯

B.反应过程涉及氧化反应

C.化合物3和4互为同分异构体

D.化合物1直接催化反应的进行

【答案】D

【解析】本题将苯甲酸甲酯的生成过程用机理示意图表示，通过机理示意图获得物质信息和转化关系，用来解决问题。通过读图分析可知：苯甲醛和甲醇在化合物2的催化作用下，发生酯化反应得到产物苯甲酸甲酯，故A正确；H2O2与化合物4作用生成化合物5，是醇转化为酮，该过程属于氧化反应，故B正确；化合物3和化合物4的分子式相同，结构不同，两者互为同分异构体，故C正确；图5显示化合物1在NaH的作用下形成化合物2，化合物2再参与催化循环，所以直接催化反应进行的是化合物2，化合物1间接催化反应的进行，故D错误。

【例5】(2021·广东省适应性考试·8)我国科学家研究了活性炭催化条件下煤气中的H2S和Hg的协同脱除，部分反应机理如图6(吸附在催化剂表面的物种用*标注)。有关该过程的叙述错误的是( )

图6

A.产生清洁燃料H2

B.H2S脱除率为100%

C.H2S既被氧化又被还原

【答案】B

【解析】本题将H2S在协同反应中的机理与物质转化关系以机理示意图形式呈现。考查学生对信息处理的能力和应用信息解决问题的能力。通过阅读题干并结合读图分析可知：H2S被吸附在催化剂活性炭表面形成S原子和H原子，两个氢原子成键生成H2，A正确；图6显示，H2S分解产生的部分H2和S单质会重新生成H2S，故脱除率小于100%，B错误；H2S在反应过程中硫元素的化合价升高，被氧化，H元素化合价降低，被还原，C正确；由题干中描述，该过程是H2S和Hg的协同脱除，故生成的S单质与Hg反应生成HgS，D正确。

【解题策略简析】反应机理示意图的特点是运用符号表示粒子间的转化关系，揭示反应变化的本质。学生做题时需要正确理解催化剂、中间体的概念，以及如何在图像中寻找催化剂和中间体；机理示意图的识别有一些基本方法：进来又出去的是催化剂，出去又进来的是中间体，进来不出去的是反应物，出去不进来的是产物。

(三)考查形式3：化学信息图

化学信息图从可视化角度展示微观粒子间的变化与运动。从微观角度解释一些自然现象发生的原因或者装置的工作原理，主要考查方向有以下两种，一是物质关系图像，二是装置模型图像。

【例6】(2019·全国卷Ⅰ·10)固体界面上强酸的吸附和离解是多相化学在环境、催化、材料科学等领域研究的重要课题。图7为少量HCl气体分子在253 K冰表面吸附和溶解过程的示意图。下列叙述错误的是( )

图7

A.冰表面第一层中，HCl以分子形式存在

B.冰表面第二层中，H+浓度为5×10-3mol·L-1(设冰的密度为0.9 g·cm-3)

C.冰表面第三层中，冰的氢键网络结构保持不变

【答案】D

【例7】(2021·福建省适应性考试·10)钠在液氨中溶剂化速度极快，生成蓝色的溶剂合电子，图8为钠投入液氨中的溶剂化示意图。钠沉入液氨中，快速得到深蓝色溶液，并慢慢产生气泡。下列说法错误的是( )

图8

A.钠的密度比液氨大

B.溶液的导电性增强

C.0.1 mol钠投入液氨生成0.01 mol H2时，Na共失去0.02 mol电子

【答案】C

【解题策略简析】以图像为载体的试题的特点是用可视化角度展示信息，符合人类接受信息方式和方法，但是教师在日常教学中一般以文字、符号、语言内容为主，在可视化方面还是有一定缺乏，所以对于大部分学生来说图形图像题理解起来有一定难度，教师在平时教学中可以引用课本中图片、使用仿真动画、模型等手段帮助学生从感性角度认识和理解化学。对于物质关系图像学生应该结合文字内容理解图像信息，认清图像中物质的转化关系；对于装置模型图像学生应该通过文字和图像内容，联系生活、已有经验认清模型功能特点和模型工作原理。

三、总结

综上所述，化学图形图像题的命题范围广泛，命题形式灵活，在图形图像中包含大量信息，能够很好地考查学生获取信息、分析问题、解决问题的能力，因此备受高考命题者的青睐，是近年来高考化学考查中的热点题型，因此在高考复习中应该给予足够的重视。学生在日常的练习中要做到以下几点：第一，仔细读题，根据题干中的语言表述，明确图形图像的含义或者考查的具体内容，了解题目要求解决的问题；第二，认真读图，细致分析图像、充分挖掘图像中的有用信息；第三，分析判断，紧扣与考查内容相关的化学知识、找准问题的切入点；第四，得出结论，根据题干要求选出正确选项或准确作答。