作图法在高中化学解题中的应用

祁黎炎

(甘肃省临夏县中学,甘肃 临夏 731800)

在高中化学解题训练中,当常规方法无法解决时,教师可指导学生应用作图法.对题目中出现的定律、原理与公式等内容通过图形来呈现,把复杂问题变得简单化,辅助他们顺利解题.

1 巧妙运用作图法,激起学生解题兴趣

在高中化学解题教学中,由于知识较为枯燥,通常会出现部分比较复杂的化学反应,学生在处理这类题目时难度较大,极易陷入到困境当中.这时,教师可以提示他们巧妙运用作图法,激起解题兴趣,使其结合图像形象、直观地解题[1].

例1在天平的两个托盘上分别放一个盛有等质量、等质量分数的稀硫酸烧杯,调节天平使之平衡,然后在其中一个烧杯中加入ag铁粉;在另一个烧杯里加入bg镁粉,充分反应后天平仍然保持平衡,如果已知每个烧杯内均含有9.8 g的H2SO4,则下列各项中a、b的质量不可能是( ).

A.a=5.6 g,b=5.6 g

B.a=1.54 g,b=1.62 g

C.a=7.7 g,b=8.1 g

D.a=6.3 g,b=6.3 g

解析本道题目可以使用作图法进行解答,学生要对题目内容进行认真阅读和思考.金属铁和镁与H2SO4充分反应以后,天平仍然保持平衡,说明它们都与9.8 g的H2SO4发生反应,生成等质量的氢气,然后他们通过分析可以建立如图1所示的图像,根据图像能够判断出a、b的质量不可能是选项C中所给出的数据.

图1 金属铁和镁与H2SO4充分反应

在上述例题中,学生仔细审理题目内容后,结合试题中描述的对象画出图像,这样显得更为直观化与具体化.然后,他们在兴趣的驱使下,通过观察与判断求出正确答案,提高做题效率.

2 合理应用作图法,优化学生解题思路

在高中化学解题教学中,当遇到一些难以解决的题目时,使用常规方法将会耗费大量的时间与精力,而应用作图法可以形象、直观地展示问题,计算过程由复杂变得简单,借此优化整体解题思路.同时,高中生合理应用作图法解答化学问题时,可通过图像直接展示出解题过程中可能出现的一些错误,降低解题错误的发生率,从而提高他们的整体解题效率.

例2已知在150 mL浓度是2 mol·L-1的氢氧化钠溶液与在150 mL浓度是2 mol·L-1的硫酸溶液中,分别添加等质量的金属铝,当发生完全反应以后,产生的气体体积之比是6∶5,那么加入铝的质量应是多少?

解析学生阅读完题目以后,发现直接利用计算的方法很难求得结果,教师可以提醒他们采用作图法来解答,使其结合题目中给出的条件与信息进行画图,如图2所示.在体积和物质的量和浓度均一样的氢氧化钠和硫酸与铝反应过程中,需要铝的物质的量分别为0.3 mol与0.2 mol,假如铝的量是0.2 mol,两种物质产生的氢气都是0.3 mol,这时放出气体的比例为1∶1,学生根据题设中给出的6∶5关系,能够轻松得出氢氧化钠和铝反应产生的气体是0.36 mol,所以根据图像中的数据可以得出加入铝的量为0.24 mol.

图2 氢氧化钠和硫酸与铝反应

针对上述例题,学生根据题意合理应用作图法,将题目中描述的情况将文字以图像形式来呈现,可以帮助他们优化解题思路,使其准确筛选与应用解题信息,改善化学思维能力.

3 科学采用作图法,取得良好解题效果

在高中化学教学过程中,关于定量计算和变量问题是相当常见的一类题型,这些题目中涉及的知识点通常比较繁琐与复杂,仅仅利用文字展示学生很难理解,这就要用到作图法,帮助他们明确化学解题方法与技巧.具体来说,高中化学教师在解题教学中应该引领学生科学采用作图法分析题目,使其形成清晰的解题思路,最终帮助他们取得良好的解题效果[2].

图3 氮气浓度Qc与常数K之间的关系

如此,学生通过作图法明确展示该化学反应从开始到结束的整个过程,同时出示氮气浓度与常数K间的关系,结合图像内容总结出化学反应平衡的移动方向,从而得出正确答案.

4 善于利用作图法,有效简化解题过程

在高中化学解题教学中运用作图法,可以把抽象的化学问题变得具体化,问题就变得一目了然,有效简化学生的解题过程,让他们准确、快速地求得答案.高中化学元素、反应公式较为繁杂,极易干扰学生的解题思路,不过利用作图法可以把复杂知识通过简单图形来显示,便于他们分析与解决化学问题,提高解题的正确率,使其慢慢增强学习与解题自信.

例4某元素(核电荷数<20)最外层电子数是次外层电子数的a倍(1

解析学生可以使用作图法先画出一个原子结构示意模型,如图4所示,再结合相关原子结构示意图借助假设法分析电子层数,他们可以假设该原子核外有3个或者4个电子层,且按照上述示意图画出相应的电子层,然后依据题设条件求得该原子最外层电子数为8a(8a>8),不过从核外电子的排布规律来看这种计算结果并不符合.所以学生应该及时转变思路,假设该原子核外有2个电子层,得出最外层电子数为2a(2a<8),这个假设符合核外电子的排布规律,继而求出核内的质子数量是2a+2.

图4 原子结构示意模型

根据上述例题,学生处理原子核外电子排布类的试题时,要根据题干信息采用作图法画出原子结构示意图,研究核外电子排布的一般规律,他们能快速找到解题方向,简化解题过程.

5 灵活使用作图法,锻炼学生解题能力

在高中化学解题中应用作图法时,不仅要把化学反应浓缩至图形当中,提高学生的逻辑思维能力,他们还需亲自动手绘制图形内容,训练自身的实践操作能力.所以,高中化学教师在平常的解题训练中,应该指引学生学会灵活使用作图法,使其实现双手、大脑与眼睛的共同运行以及相互配合,掌握更多分析化学问题的技巧,逐步提高他们的化学解题能力[3].

例5用AG表述溶液的酸碱度,AG=lg[c(H+)/c(OH-)],在25 ℃时下列说法正确的是( ).

A.如果溶液呈中性pH=7、AG=1

B.如果溶液呈酸性pH<7、AG<0

C.如果溶液呈碱性pH>7、AG>0

D.溶液的pH与AG的换算公式为AG=2(7-pH)

解析学生通过对AG定义的观察,发现同数学中对数函数y=logx有着相似之处,他们可运用作图法画出AG的纵坐标图,如图5所示,由图5得到:当溶液呈中性,c(H+)/c(OH-)=1,pH=7,AG=0,所以A错误;当溶液呈酸性,c(H+)/c(OH-)> 1, pH<7,AG>0,B也错误;当溶液呈碱性,c(H+)/c(OH-)<1,pH>7,AG<0,C也错误;那么只有D正确.

图5 AG的纵坐标图

对于上述例题,学生通过这种直观作图法的灵活运用,既可以快速、简洁地分析化学溶液的酸碱性问题,又使他们的空间思维有所发展,同时动手作图的实践能力也得到提升.

在高中化学解题教学活动中,教师需深刻意识到作图法的作用和价值,在具体的解题训练环节,指引学生根据题目实际情况灵活运用作图法,画出相应的图像,使其思路变得清晰、有条理,达到提高他们解题水平和发展化学思维的效果.