高考化學(xué)試題中圖形的解讀

　　摘要：結(jié)合江蘇高考化學(xué)試題中的圖形，具體分析工藝流程圖、曲線坐標(biāo)圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖、模型示意圖的解題思路和一般方法。關(guān)鍵詞：高考化學(xué)試題；2011年江蘇高考；圖形
　　文章編號(hào)：1005–6629(2012)7–0064–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　考試說(shuō)明要求：能用正確的化學(xué)用語(yǔ)及文字、圖表、模型、圖形等表達(dá)化學(xué)問(wèn)題解決的過(guò)程和結(jié)果，并作出解釋的能力。2011年江蘇化學(xué)高考試卷用事實(shí)詮釋了上述要求，僅有標(biāo)號(hào)的圖形就有14幅之多，主要是工藝流程圖、曲線坐標(biāo)圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖、模型示意圖等。
　　如何解讀圖形？筆者認(rèn)為：首先是識(shí)圖，即看懂圖形，了解其意義，搞清其原理，解決“做什么”的問(wèn)題；其次是研圖，即運(yùn)用有關(guān)知識(shí)研究圖形具有的性質(zhì)，揭示的規(guī)律，解決“為什么”的問(wèn)題；最后是用圖，即利用化學(xué)原理和圖形解決“怎么做”的問(wèn)題。
　　1 工藝流程圖
　　工藝流程圖是表示工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行順序的簡(jiǎn)圖，是將生產(chǎn)過(guò)程中的主要階段（即流程）用框圖形式表示的圖形。它描述的優(yōu)點(diǎn)在于能從整體的角度，直觀反映化工生產(chǎn)的過(guò)程，有利于過(guò)程的分析、評(píng)價(jià)。
　　如第16題，以硫鐵礦（主要成分為FeS2）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3·6H2O）的工藝流程（圖1）如下：
　　解讀：
　?。?）做什么？對(duì)比分析生產(chǎn)流程中的第一種物質(zhì)（原材料）與最后一種物質(zhì)（產(chǎn)品），從中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)流程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過(guò)程中依次進(jìn)行的反應(yīng)。
　　明確生產(chǎn)目的：以硫鐵礦（主要成分為FeS2）、空氣、30 %鹽酸、氯氣為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3·6H2O）。
　　弄清反應(yīng)原理：先將硫鐵礦焙燒：
　　4FeS2+11O2 2Fe203+8SO2，再將得到的氧化鐵酸溶：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，過(guò)濾除去不溶性雜質(zhì)后，通入氯氣氧化后制備氯化鐵晶體。
　?。?）為什么？每一步除目標(biāo)物質(zhì)外還產(chǎn)生了什么雜質(zhì)或副產(chǎn)物？雜質(zhì)是否要除去，采用什么方法除去？研圖時(shí)要明白：一切反應(yīng)或操作都是為了獲得產(chǎn)品而服務(wù)
　　本題中，將硫鐵礦焙燒轉(zhuǎn)化為氧化鐵時(shí)產(chǎn)生的SO2，是大氣污染物，必須處理，過(guò)濾程序是為了除去不溶性殘?jiān)１绢}的主要疑點(diǎn)是：氯氣氧化是為了什么？在此流程中還有什么物質(zhì)可能被氧化？（只有可能是：Cl2+Fe2+=2Cl-+Fe3+）。至于怎么制備粗品晶體，本題用了省略號(hào)，不需深入探究。
　　（3）怎么做？看清問(wèn)題，準(zhǔn)確規(guī)范作答是目的。答題時(shí)要看清問(wèn)題，不能答非所問(wèn)，要注意語(yǔ)言表達(dá)的科學(xué)性，要分清實(shí)驗(yàn)操作名稱和具體操作步驟。例如針對(duì)第（2）問(wèn)：酸溶及后續(xù)過(guò)程中均需保持鹽酸過(guò)量，其目的是 、 。
　　這里的關(guān)鍵詞是：酸溶、后續(xù)、鹽酸過(guò)量。
　　酸溶的目的是將氧化鐵溶解，而鹽酸要過(guò)量，只可能是想使鐵的氧化物盡可能多的轉(zhuǎn)化，即提高鐵元素的浸出率；后續(xù)、酸過(guò)量，也就是要保證后續(xù)溶液是酸性的，肯定是為了抑制三氯化鐵溶液的水解（抑制Fe3+水解），減少損失，水到渠成。
　　啟示： 這類題目命題的意圖是，為了拉開(kāi)差距，考查學(xué)生對(duì)整道題的理解分析。解題時(shí)，要對(duì)比分析生產(chǎn)流程中的原料與產(chǎn)品，認(rèn)清流程圖中每一步的目的，從對(duì)比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系以及前后每一步間的聯(lián)系，弄清生產(chǎn)流程過(guò)程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜分離提純產(chǎn)品的操作方法，然后再結(jié)合題設(shè)的問(wèn)題，逐一推敲解答。把元素化合物知識(shí)與生產(chǎn)工藝、化學(xué)平衡原理結(jié)合起來(lái)，引導(dǎo)中學(xué)化學(xué)教學(xué)關(guān)注化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用性和實(shí)踐性，這是新課標(biāo)倡導(dǎo)的趨勢(shì)。
　　2 坐標(biāo)曲線圖
　　坐標(biāo)曲線圖是借助簡(jiǎn)單的線條走向，巧妙表達(dá)變化的復(fù)雜過(guò)程，從而揭示出化學(xué)原理本質(zhì)特征的圖形。因其直觀形象，信息量大，在高考試題中所占比例越來(lái)越大。此類試題的特點(diǎn)：（1）化學(xué)提供的信息暗示于“標(biāo)”（縱、橫坐標(biāo)）、“點(diǎn)”（起點(diǎn)、終點(diǎn)、拐點(diǎn)、極點(diǎn)等）、“線”（曲線變化趨勢(shì)及線段比例）之中；（2）圖像中隱含的信息量大，對(duì)學(xué)生讀圖獲取信息能力的要求較高；（3）由于多變量的存在，要求學(xué)生會(huì)多角度、多層面去思考和探究問(wèn)題。
　　如第19題（部分）：高氯酸銨（NH4ClO4）是復(fù)合火箭推進(jìn)劑的重要成分，實(shí)驗(yàn)室可通過(guò)下列反應(yīng)制?。篘aClO4(aq)+NH4Cl(aq) NH4ClO4 (aq)+NaCl(aq)。反應(yīng)得到的混合溶液中，NH4ClO4和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.30和0.l5（相關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線見(jiàn)圖2）。從混合溶液中獲得較多NH4ClO4晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為（填操作名稱）： 干燥。
　　解讀：
　?。?）做什么？實(shí)驗(yàn)操作的目的是通過(guò)反應(yīng)獲取較多NH4ClO4晶體。所依據(jù)的是物質(zhì)的溶解度曲線。這是一個(gè)雙縱坐標(biāo)圖，橫坐標(biāo)為溫度，左縱坐標(biāo)表示的是NH4Cl、NaCl和NH4ClO4的溶解度，右縱坐標(biāo)表示的是NaClO4的溶解度，從數(shù)據(jù)來(lái)看，NaClO4的溶解度遠(yuǎn)大于前三者的。
　?。?）為什么？低溫時(shí)高氯酸銨的溶解度最小而從溶液中析出，使反應(yīng)能向生成高氯酸銨的方向進(jìn)行。排除圖中NaClO4 和NH4Cl的干擾曲線，可以看出：高氯酸銨的溶解度受溫度變化影響較大，而NaCl的溶解度受溫度變化影響不大，故可用降溫（冷卻）結(jié)晶的方法。本題值得研究的是：把反應(yīng)得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.30和0.l5作為已知條件的目的是什么？要想通過(guò)降溫結(jié)晶得到NH4ClO4晶體，NaCl晶體不能析出，從圖中可知，20 ℃左右飽和氯化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為26.5 %，遠(yuǎn)大于15 %，為了降溫過(guò)程中析出更多的高氯酸銨晶體，必須先將溶液蒸發(fā)濃縮。
　　（3）怎么做？本題的關(guān)鍵是“獲得較多”晶體。因?yàn)楦呗人徜@的溶解度隨著溫度降低而降低，所以洗滌用水的溫度越低，損失越少。綜合可知本題答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，冰水洗滌。
　　再如第 20題（部分)：氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲(chǔ)存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。H2O的熱分解也可得到H2，如圖3所示。圖中A、B表示的物質(zhì)依次是 。
　　解讀：本題是要求學(xué)生，從高溫下水分解體系中主要?dú)怏w的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系圖中判斷A、B表示的物質(zhì)分別是什么(做什么？）。由圖像知，隨著體系溫度的升高，水的含量逐漸減少，至5000 K是為0，水受熱分解為H2和O2是同學(xué)們熟知的反應(yīng)，從圖中看出，從2000 K到5000 K，水受熱分解系中各物質(zhì)量的變化情況。這就是我們要研究的（為什么？）。結(jié)合氣體的A、B的體積分?jǐn)?shù)，可知在6000 K時(shí)，水完全轉(zhuǎn)變成了A、B，且A、B的體積分?jǐn)?shù)約是2/3、1/3。答案就只有一個(gè)了：在很高溫度條件下，氫氣和氧氣受熱分裂成氫原子和氧原子（怎么做？）。
　　啟示：解坐標(biāo)曲線圖，一要看清橫、縱坐標(biāo)代表的含義，理解圖示化學(xué)曲線的意義；能否充分挖掘圖給信息和巧妙利用暗示條件對(duì)正確而迅速的解題起著關(guān)鍵作用；二要理清圖像變化的趨勢(shì)，重點(diǎn)把握起點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)；突破口在于抓住圖像中關(guān)鍵點(diǎn)的含義，在此基礎(chǔ)上結(jié)合化學(xué)原理做出正確的判斷。
　　3 模型示意圖
　　模型示意圖是用簡(jiǎn)明、形象、直觀的圖形說(shuō)明知識(shí)結(jié)構(gòu)和內(nèi)涵，揭示化學(xué)變化規(guī)律的一種略圖。它能將復(fù)雜的事物形象直觀地表達(dá)出來(lái)，化抽象為具體、變復(fù)雜的文字?jǐn)⑹鰹楹?jiǎn)捷的圖示，降低了人們認(rèn)識(shí)客觀事物的難度，其價(jià)值在于“型簡(jiǎn)意深”。模型示意圖對(duì)精度要求不高，著重在“意”字上下功夫。解讀時(shí)重在“以型通理”，就是指通過(guò)標(biāo)題了解某圖所反映的化學(xué)事物的內(nèi)容后，要深入分析其中蘊(yùn)含的“理”。
　　如第20題（4）：電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見(jiàn)圖4（電解池中隔膜僅阻止氣體通過(guò)，陰、陽(yáng)極均為惰性電極）。電解時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為 。
　　解讀：
　?。?）做什么？該題要求考生從電解模型示意圖入手，寫出電解時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)式。該圖與蘇教版《選修4：化學(xué)反應(yīng)原理》（圖5）電解飽和食鹽水原理示意圖極為相似。
　?。?）為什么？如果同學(xué)能從以下幾個(gè)方面思考：
　?、訇?、陽(yáng)極的材料是什么？是活性電極還是惰性電極？
　?、陉?yáng)極區(qū)、陰極區(qū)各有什么離子？
　?、墼谥绷麟姷淖饔孟?，離子會(huì)怎樣的移動(dòng)？
　?、芨裟さ淖饔檬鞘裁?？
　?、蓐?yáng)極區(qū)、陰極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)是什么？
　?、拗赋鲭姌O產(chǎn)物并寫出化學(xué)反應(yīng)方程式。
　　至此，不僅能有效地解決離子移動(dòng)方向的問(wèn)題，同時(shí)也能明確在陰、陽(yáng)極分別發(fā)生的得、失電子過(guò)程。這一分析思路還可幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)其他的電解裝置提出思維路徑。
　?。?）怎么做？由于陽(yáng)極材料是惰性電極，而隔膜僅能阻隔氣體的通過(guò)，不影響溶液中離子和分子的通過(guò)，所以整個(gè)的電解質(zhì)溶液應(yīng)該是尿素KOH溶液，在直流電的作用下，OH-應(yīng)該向陽(yáng)極移動(dòng)，溶液中的H+應(yīng)該向陰極移動(dòng)的，陽(yáng)極區(qū)的的氣體N2，肯定是尿素失去電子被氧化的產(chǎn)物。另一種產(chǎn)物是什么？1 mol尿素[CO(NH2)2]能失去幾摩爾電子？學(xué)生就感覺(jué)到困難了，這就需要知道，尿素中的碳為+4價(jià)、氧為-2價(jià)、氫為+1價(jià)、氮為-3價(jià)，應(yīng)該是-3價(jià)的氮失去電子。至此，不難寫出：CO(NH2)2+8OH--6e-=CO32-+N2↑+6H2O
　　啟示：高考題中的示意圖，往往是課本實(shí)驗(yàn)示意圖的改進(jìn)和優(yōu)化。對(duì)教材上一些重要的示意圖要關(guān)注，加深理解。另外，要關(guān)注生活，適度加強(qiáng)綜合訓(xùn)練與提升。
　　4 實(shí)驗(yàn)裝置圖
　　實(shí)驗(yàn)裝置圖能直觀地告訴學(xué)生，本實(shí)驗(yàn)用的儀器，某些反應(yīng)物的狀態(tài)和名稱，需要學(xué)生結(jié)合一定的化學(xué)知識(shí)去辨別實(shí)驗(yàn)裝置圖中隱含的秘密。若學(xué)生用“死記硬背”的方法來(lái)解決考題中的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，結(jié)果肯定是低效的。因此，教師在化學(xué)教學(xué)中，應(yīng)該重視感性與理性的