高中化学解题中图形法的应用

刘添寿

(福建师范大学附属中学,福建 福州 350007)

图形法顾名思义就是利用图形进行解题的一种方法,因其能够简便、直观、形象地展示题目中条件之间的关系而广泛适用于数学、物理、化学等学科解题训练之中,从本质视角来看,就是对数形结合思想中“以形助数”的使用[1].在高中化学解题训练中,图形法是一种相当重要的解题方法,借助数形结合的特点可以复杂化、抽象化的问题变得简单化与具体化,且可以形象、直观地反映出已知量与未知量的关系,学生通过运用可达到巧妙解题的效果.

1 应用能量图解答高中化学试题

在高中化学解题训练中,不少题目中都涉及到一定的化学反应,在化学反应过程中,假如反应物的总能量比生成物的总能量高,就表明这是一个放热反应,反之则是一个吸热反应.针对同一物质的能量关系来说,气态小于液态小于固态,即为E(s)

例1已知在同压、同温条件下,下列几种吸热反应的热化学方程式中反应热数值最小的为( ).

解析对于本题四个选项中的反应物与生成物能量来说,教师可以指导学生画出如图1所示的能量图展开描述,然后只需对图形进行认真观察就能够得到相应的结论,利用这一图形他们能够快速、直观地发现在这四个吸热反应的热化学方程式中,反应热数值最小的是B选项.这样不仅能够确保学生做题的准确度,还可以加快他们的解题速度,整体解题效果十分显著.

图1 反应物与生成物能量图

2 运用函数图解答高中化学试题

在学习高中化学知识过程中,一些试题涉及到化学溶液互滴、相互反应等相关知识,像盐酸溶液和碳酸钠溶液相互滴加的顺序不一样,两者发生反应以后出现的现象也不尽相同,而且反应所产生的气体量同样有所差异[2].这是高中化学教学中的难点之一,学生理解起来难度相对较大,当遇到此类题目时,教师可指引学生运用函数图这一图形法,使其跟题目中给出的信息与条件画出相应函数图像,让他们结合函数知识轻松解答试题,增强解题自信.

例2把含量是1 mol 的碳酸钠溶液加入到足量的盐酸里面,发生的化学反应是:

1 mol 2 mol 1 mol

把该反应图像标记成①.

把足量的盐酸加入到含量是1 mol的碳酸钠溶液里面,发生的化学反应是:

1 mol 1 mol 1 mol

1 mol 1 mol 1 mol

把该反应图像标记成②.

请比较这两个反应的不同之处.

解析学生可根据题意把这两种情况的反应图像在同一个平面直角坐标系中表示出来,如图2所示,通过对该函数图像的观察,能够清晰知道碳酸钠溶液和盐酸相互滴加的不同,深刻理解与掌握互滴反应的具体结论,他们根据对两者函数图像的观察能够得出以下结论:往足量的盐酸中滴入碳酸钠溶液时会马上产生二氧化碳气泡,而反过来相互滴加时,开始并没有气泡产生,过一段时间以后才会有二氧化碳气泡产生;假如是在盐酸足量的情况下,无论使用哪种滴加方式,产生的二氧化碳气体量是一样的,假如盐酸的量有限,则往盐酸中滴入碳酸钠溶液所产生的二氧化碳气体量较多一些.

图2 碳酸钠溶液与盐酸反应图像

3 采用数轴图解答高中化学试题

数轴是高中生在初中时期就接触到的一种数学图形,虽然是一维图形,但是数轴上面具有原点、正方向与单位长度,包含的元素较多,是他们用来解题的一个有力工具[3].在高中化学解题教学中,有一类试题是同反应物A与B之间量的变化而产生不同反应现象与产物量,要求把两者反应的化学方程式写出来,面对这类题目,教师可指导学生采用数轴图形法进行解决,使他们根据题意画出与之对应的数轴,准确理解题目中的反应过程,提高做题的正确率.

例3往含有amol的溴化亚铁溶液中缓缓通入氯气,那么实际反应过程是什么情况?

解析从理论层面来看,根据通入氯气量的不同,相应的反应现象、过程与化学方程式也有所不同,不过总的表现为两种情况,即为:

(1)通入的氯气含量刚好与溴化亚铁溶液中的亚铁离子含量完全反应,相应的离子方程式是:

将所获得的全部数据通过SPSS17.0软件处理完成后,使用±s表示所有的计量资料,采用t检验;所有计数资料采用χ2检验。差异具有统计学中的意义使用P<0.05表示。

①

(2)溴化亚铁溶液中所含有的亚铁离子与溴离子均反应完毕之前的化学方程式是:

②

图3 溴化亚铁与氯气反应数轴图

4 利用流程图解答高中化学试题

在高中化学解题训练中,涉及到的题目类型多种多样,除纯粹的化学反应类题型以外,还有不少题目涉及到现实生活与工业生产中的一些特殊工艺,往往包含着多个化学反应,这类试题往往比较复杂,解题难度较大,对学生的思维能力与解题水平均有着较高的要求,如果仅仅依靠文字性描述,他们很难明确了解具体的化学反应过程.这时高中化学教师可以引领学生利用工艺流程图,使其更好地了解化学生成过程,便于他们分析与评价相关反应[4].

例4已知以硫化亚铁为原料制备六水三氯化铁,请将具体制作过程描述出来加以解疑.

解析学生可以结合所学化学知识及查阅资料将以硫化亚铁为原料制备六水三氯化铁的工艺流程图画出来,如图4所示,具体工艺流程如下:(1)将硫铁矿在空气中焙烧释放出二氧化硫气体,剩余的固体是氧化铁;(2)往氧化铁中加入浓度是30%的盐酸进行盐溶处理,生成氯化铁与水;(3)过滤后得到滤渣;(4)往滤渣中通入氯气进行处理,最终得到六水三氯化铁晶体.结合工艺流程图,学生能够清晰看到利用硫化亚铁制取六水三氯化铁所需的原料与产品,使其更好地了解产品同原料之间的关系,知道整个生产过程中涉及到的化学反应,增强他们的分析能力与逻辑思维能力.

图4 六水三氯化铁制备工艺流程图

5 使用简化图解答高中化学试题

在高中化学解题实践中应用图形法,主要目的就是把复杂问题变得简单,抽象问题变得具体,从根本上降低解题难度,提高学生做题的正确率,使其在较短的时间内就能够求出准确答案,为他们应试能力的训练与提升做准备[5].不少高中化学试题都涉及到大量的化学反应与元素,如果仅仅依靠对题目中文字性内容的阅读学生很难精准理解题意,而使用图形法把简化图画出来,可以将复杂的题目信息以简单图形呈现出来,以便他们分析与解答试题.

例5分别用不同物质的量的铝、镁、钠与等物质的量的盐酸进行反应,如果盐酸中有1 mol的氯化氢,生成的气体情况主要有以下几种(括号中物质代表和盐酸反应产生氢气的金属):(1)V(铝)=V(镁)=V(钠);(2)V(铝)=V(镁)>V(钠);(3)V(铝)>V(镁)>V(钠),请分析金属铝、镁、钠的物质的量的取值范围.

图5 氢气生成与盐酸消耗图

6 借助反应图解答高中化学试题

几乎在所有的高中化学题目中或多或少都涉及化学反应,有的是一个,有的是两个、三个,甚至是多个,有的反应过程比较复杂,学生读完题目内容以后很难准确理解题意,影响他们对试题的解答.当遇到一些含有特殊化学反应类的试题时,高中化学教师可以引导学生充分借助图形法的优势,使其根据题目内容合理利用化学反应原理,结合反应过程化学相关图形,清晰、直观地展现题目现象,让他们找到解题的关键点,从而迅速解答试题[6].

例6利用固体氧气与固体氢气化合生成固体水,在这一过程中能量变化图如图6所示,那么以下说法正确的为( ).

图6 固体水生成中能量变化图

A.断裂非极性键吸收的能量和形成极性键释放的能量一样

B.Ⅱ中形成的O—H键比Ⅲ中形成的O—H键更为牢固

ΔH=+QkJ/mol(Q>0)

ΔH=-QkJ/mol(Q>0)

解析根据图中信息可知在该反应中,反应物的总能量是大于生成物的,属于放热反应,那么断裂H—H键与O—O键吸收的能领比形成O—H键放出的能量要多,故A选项错误;Ⅱ中形成的O—H键以原子团OH形式存在,Ⅲ中形成的O—H键以水分子形式存在,所以Ⅱ的O—H键比Ⅲ中容易断裂,B选项也错误;根据图形可知C选项中反应是吸热过程,故正确;D选项中的反应是图中的逆过程,同样是吸热反应,所以不正确.