圖形信息題的解析策略與方法例談

陳方

摘要：分析闡述了高中生在化學(xué)學(xué)習(xí)中需要形成的信息素養(yǎng)。以高考化學(xué)題中的典型圖形信息題為例作了分類和解析；對每類題中的信息呈現(xiàn)方式與解析策略方法作了一般性的歸納和總結(jié)；指出應(yīng)注重在識圖、析圖和用圖的教學(xué)過程中不斷提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和分析解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：信息素養(yǎng)；圖形信息題；解析策略與方法；中學(xué)化學(xué)教學(xué)

文章編號：1005–6629（2016）12–0080–05 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 有關(guān)背景

1992年，澳大利亞梅耶委員會(huì)（Mayer Committee）指出：核心素養(yǎng)是個(gè)體高效率地參與工作與融入社會(huì)所不可或缺的基本素養(yǎng)。指向能以整合的方式將知識和技能應(yīng)用于工作情境中，并提出了七大核心素養(yǎng)分支：收集、分析和整理信息的能力；交流思想和信息的能力；計(jì)劃與組織活動(dòng)的能力；與他人合作的能力；運(yùn)用數(shù)學(xué)方法與數(shù)學(xué)技術(shù)的能力；解決問題的能力；使用技術(shù)手段的能力[1]。信息素養(yǎng)是現(xiàn)代公民全面素質(zhì)的重要組成部分。高中教育的目的之一就是為高中生終生學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定基礎(chǔ)[2]。《高中化學(xué)新課程理念與實(shí)施》中提到“讓學(xué)生在探索、發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的主動(dòng)學(xué)習(xí)的過程中體驗(yàn)科學(xué)探究的歷程，通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)、操作、調(diào)查、信息搜集與處理、表達(dá)與交流等，自主、獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)問題所在，培養(yǎng)搜集和處理信息的能力……”[3]。

當(dāng)今社會(huì)已進(jìn)入一個(gè)信息多元化的時(shí)代，每天我們會(huì)接觸到如波濤洶涌般襲來的各種各樣的海量信息，高中化學(xué)學(xué)習(xí)中同樣要面對并處理形式各異的信息?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》在第二部分“課程目標(biāo)”“二、過程與方法”中有如下陳述：3.在化學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)會(huì)運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、查閱資料等多種手段獲取信息，并運(yùn)用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進(jìn)行加工[4]。這不僅指明了學(xué)生獲取信息的具體途徑及形成信息素養(yǎng)的方法，同時(shí)對高考中如何考查學(xué)生信息素養(yǎng)與能力（特別是獲取及加工應(yīng)用新信息）有了具體、細(xì)致、規(guī)范的要求。同時(shí)，在命制試題時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)題目所呈現(xiàn)情境的形式各異，文字、圖形、數(shù)據(jù)表格、曲線圖、儀器構(gòu)造示意圖等形式豐富多彩，使得學(xué)生要調(diào)用自己的各種感官，學(xué)會(huì)進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換，并將其準(zhǔn)確地與自己所掌握的知識、具備的社會(huì)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來，凸顯了科學(xué)能力的考查[5]。下面以近幾年來一些高考題及其解答來分析闡述。

2 圖形信息題分類及解析策略與方法

2.1 裝置圖類

2.1.1 電化學(xué)裝置圖

例1 [2015全國新課標(biāo)I卷11]微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖1所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯(cuò)誤的是（ ）

A.正極反應(yīng)中有CO2生成

B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移

C.質(zhì)子通過交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)

D.電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

解析：首先根據(jù)裝置圖中的信息可知，厭氧反應(yīng)在負(fù)極一側(cè)，而有氧反應(yīng)在正極一側(cè)。再根據(jù)厭氧反應(yīng)中碳元素的化合價(jià)的變化：葡萄糖（C6H12O6）中碳元素平均為0價(jià)，CO2中碳元素為+4價(jià)，所以生成CO2的反應(yīng)為氧化反應(yīng)，應(yīng)在負(fù)極發(fā)生。故A錯(cuò)誤。而由題干信息知：在微生物的作用下，該裝置為原電池裝置，原電池能加快反應(yīng)速率，故可認(rèn)為微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移。故B正確。由于原電池中陽離子向正極移動(dòng)，故C正確。電池總反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是葡萄糖的氧化，故D正確。

信息呈現(xiàn)方式與解析策略方法：此類試題，一般會(huì)在題干和圖中提供一些與電極反應(yīng)或總反應(yīng)相關(guān)的信息。解答時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注兩極反應(yīng)物、產(chǎn)物、電子流向（電源正負(fù)極）、電極材料、隔膜類型（H+、OH-、氣體等）、電解質(zhì)類型（溶液或熔融物）、電解質(zhì)溶液酸堿性等重要信息。通過整合相關(guān)信息并結(jié)合有關(guān)守恒原理，寫出有關(guān)電極反應(yīng)式或總反應(yīng)式，據(jù)此再進(jìn)行分析判斷。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖

例2 [2014全國新課標(biāo)I卷13]利用下圖所示裝置進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)，能得出相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的是（ ）

解析：由裝置圖的信息可知，左側(cè)為分液漏斗與試管搭配的固+液反應(yīng)裝置，再將產(chǎn)生的氣體通入右側(cè)試管的溶液中，由試管中產(chǎn)生的現(xiàn)象得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。A中稀硫酸與Na2S反應(yīng)產(chǎn)生H2S，它與AgNO3、AgCl均能反應(yīng)而產(chǎn)生黑色Ag2S沉淀（黑色沉淀能將白色遮蓋掉），故不能確定H2S與AgCl反應(yīng)而產(chǎn)生了Ag2S，故得不出A中實(shí)驗(yàn)結(jié)論。B中濃硫酸可使蔗糖炭化而變黑，說明濃硫酸具有脫水性；濃硫酸再與生成的碳反應(yīng)得到SO2，而SO2能使溴水褪色而顯示其氧化性，故B正確。C中稀鹽酸與Na2SO3反應(yīng)產(chǎn)生SO2，但SO2通入Ba（NO3）2溶液中使溶液呈酸性，而硝酸能將+4價(jià)的硫氧化為+6價(jià)，進(jìn)而生成了硫酸鋇沉淀，但若將SO2通入BaCl2等溶液中，卻因違背強(qiáng)酸制弱酸的原理而不能反應(yīng)，當(dāng)然不會(huì)生成白色沉淀。D中雖然濃硝酸與Na2CO3反應(yīng)生成CO2氣體，但由于濃硝酸具有揮發(fā)性，也隨CO2一同進(jìn)入Na2SiO3溶液中，由于硝酸酸性較強(qiáng)，硝酸優(yōu)先與Na2SiO3反應(yīng)，因而不能得出酸性碳酸>硅酸的結(jié)論。

信息呈現(xiàn)方式與解析策略方法：此類試題，一般在題干中提供一些與化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的信息（如裝置圖、反應(yīng)物、生成物、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等信息）。解答時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注裝置圖的特點(diǎn)、反應(yīng)的類型與反應(yīng)原理等，分析并思考有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象與結(jié)論的關(guān)系），據(jù)此再分析判斷得出正確答案。

2.2 圖像類

2.2.1 反映物質(zhì)組成或成分變化的圖像

例3 [2014全國新課標(biāo)II卷27（4）] PbO2在加熱過程中發(fā)生分解的失重曲線如圖2所示，已知失重曲線上的a點(diǎn)為樣品失重4.0%[（樣品起始質(zhì)量-a點(diǎn)固體質(zhì)量）/樣品起始質(zhì)量×100%]的殘留固體，若a點(diǎn)固體表示為PbOx或mPbO2·nPbO，列式計(jì)算x值和m：n值。

解析：由圖示信息可知，該圖反映了PbO2隨溫度的升高而發(fā)生分解時(shí)，固體失重質(zhì)量分?jǐn)?shù)（縱坐標(biāo)）隨溫度（橫坐標(biāo)）變化的情況。到a點(diǎn)時(shí)，固體失重質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%，設(shè)有1mol PbO2（質(zhì)量為239g）發(fā)生分解，則有（2-x）/2×32=239×4.0%，解得x=1.4；再根據(jù)mPbO2·nPbO，（2m+n）/（m+n）=1.4，可得m/n=2/3。

信息呈現(xiàn)方式與解析策略方法：此類試題一般在題中出現(xiàn)有關(guān)物質(zhì)組成或成分變化的二維坐標(biāo)系信息。解答時(shí)應(yīng)根據(jù)圖像的特點(diǎn)，找出反映物質(zhì)組成或成分變化的相關(guān)規(guī)律或定量關(guān)系，分析計(jì)算出物質(zhì)的組成、成分或?qū)懗鲇嘘P(guān)反應(yīng)式。

2.2.2 反映分子組成特點(diǎn)的圖像

①ΔH3 0（填“>”、“=”或“<”）。

②在T1～T2及T4～T5兩個(gè)溫度區(qū)間，容器內(nèi)CO2氣體濃度呈現(xiàn)如圖所示的變化趨勢，其原因是。

解析：①由題中文字信息“（NH4）2CO3捕獲CO2”，知圖知對應(yīng)的反應(yīng)為Ⅲ（在此，反應(yīng)Ⅲ為有效信息，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?yàn)楦蓴_信息）。由圖4可知，當(dāng)溫度為T3時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度升高，CO2的濃度逐漸增大，說明平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則有ΔH3<0（這段分析，主要依據(jù)為圖像信息）。

②在T1～T2區(qū)間，此時(shí)可逆反應(yīng)尚未達(dá)到平衡，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，CO2的捕獲量隨溫度的升高而提高。在T4～T5區(qū)間，此時(shí)可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO2的捕獲量隨溫度的升高而降低。

參考答案：（2）①ΔH3<0。②在T1～T2區(qū)間，可逆反應(yīng)尚未達(dá)到平衡，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，所以CO2被捕獲的量隨溫度升高而提高。在T4～T5區(qū)間，可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，所以不利于CO2的捕獲。

信息呈現(xiàn)方式與解析策略方法：此類試題一般在題中提供物質(zhì)成分與某些外界條件間關(guān)系的信息。解答時(shí)應(yīng)根據(jù)影響反應(yīng)速率或化學(xué)平衡的各種因素，深入分析物質(zhì)成分隨外界條件發(fā)生變化的原因，按照題中的要求規(guī)范解答。

2.2.4 其他二維坐標(biāo)系類圖形

例6 [南京2015考前模擬題20-1（2）]用CO還原焙燒氧化鐵時(shí)，溫度的變化對還原焙燒產(chǎn)物影響很大。圖5是不同溫度下還原焙燒過程固體中Fe和O的百分含量變化示意圖（其中A、B、D為純凈物，C、E、F為兩種物質(zhì)組成的混合物，F(xiàn)中有一種物質(zhì)為Fe）。

根據(jù)圖中信息可知，C點(diǎn)物質(zhì)主要成分是：（填化學(xué)式）；D→E過程發(fā)生的反應(yīng)為： ；用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時(shí)，溫度最好控制在570℃左右的原因是：。

解析：首先分析橫、縱坐標(biāo)代表的量及其關(guān)系，根據(jù)橫坐標(biāo)Fe或O的百分含量結(jié)合A、B、D為純凈物的提示信息，分析計(jì)算判斷出A～B為Fe2O3，D為Fe3O4；C為Fe3O4和Fe2O3混合物，F(xiàn)為Fe3O4和Fe混合物；而E中除了Fe3O4外，另外一種物質(zhì)含鐵量要比Fe3O4高又不是Fe，分析得出它是FeO。所以，A→B過程Fe2O3沒有被還原；B→D為Fe2O3被還原為Fe3O4的過程；D→E為Fe3O4被還原為FeO過程；D→F為Fe3O4被還原為Fe的過程。因此，用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時(shí)，溫度最好控制在570℃左右的原因是：溫度太低，氧化鐵被還原為四氧化三鐵，不能得到鐵；溫度太高，氧化鐵被還原為氧化亞鐵，且多消耗能源。

參考答案：Fe3O4和Fe2O3；Fe3O4+CO△= 3FeO+CO2；溫度太低，氧化鐵被還原為四氧化三鐵，不能得到鐵；溫度太高，氧化鐵被還原為氧化亞鐵，且多消耗能源。

信息呈現(xiàn)方式與解析策略方法：二維坐標(biāo)曲線圖是數(shù)學(xué)方法中函數(shù)類圖形的y-x曲線圖。這類圖形大多以時(shí)間、溫度、元素百分含量、pH等量為橫坐標(biāo)，以物質(zhì)的某種性質(zhì)和特征等為縱坐標(biāo)，以二維坐標(biāo)系曲線來表示物質(zhì)的變化。它能借助簡單的線條走向，巧妙地表達(dá)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、現(xiàn)象與化學(xué)原理等方面的信息，考查學(xué)生對圖形含義的理解、圖形信息的收集與處理及曲線與文字的相互轉(zhuǎn)化等方面的綜合能力。

解答時(shí)步驟方法為：

（1）看圖：一看縱橫坐標(biāo)含義；二看特殊點(diǎn)（起點(diǎn)、拐點(diǎn)、落點(diǎn)）；三看變化趨勢（規(guī)律）；四看曲線之間的關(guān)系。

（2）分析：分析圖像中隱含的信息，找出數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)點(diǎn)；同時(shí)根據(jù)問題類型，聯(lián)系化學(xué)概念、化學(xué)原理等，將其加工成化學(xué)語言對問題進(jìn)行分析。

（3）答題：針對題意運(yùn)用圖形特征解決相關(guān)問題。

2.3 溶解度表類

例7 [2011江蘇高考19（2）]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0.15（相關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線見圖6）。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。

解析：首先觀察溶解度曲線，發(fā)現(xiàn)縱坐標(biāo)有左右兩個(gè)，但問題中涉及的物質(zhì)的溶解度均與左邊縱坐標(biāo)有關(guān)。由溶解度曲線可知，NH4ClO4屬于溶解度變化“陡升型”類物質(zhì)，而NaCl屬于“緩升型”類物質(zhì)，且混合溶液中NH4ClO4相對于NaCl含量較多（其實(shí)溶液中也含有少量NaClO4和NH4Cl）。故要得到較多NH4ClO4晶體，應(yīng)先制成飽和溶液，再根據(jù)NH4ClO4的溶解度特點(diǎn)的信息，通過冷卻使其析出（此時(shí)NaCl析出較少）。若不能達(dá)到產(chǎn)品的純度要求，可再重復(fù)實(shí)驗(yàn)（重結(jié)晶），直到符合要求為止。參考答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，冰水洗滌。

信息呈現(xiàn)方式與解析策略方法：此類試題，通常在題中提供物質(zhì)（有時(shí)會(huì)有干擾物質(zhì)）的溶解度變化曲線的信息，如上題中“緩升型”“陡升型”的信息，有時(shí)還會(huì)有一些特殊的情況，如Ca（OH）2為溶解度變化“下降型”物質(zhì)，少數(shù)物質(zhì)還會(huì)在某溫度時(shí)達(dá)到溶解度最大值，要求分析判斷獲得（提純）物質(zhì)的方法。解答此類問題的方法是：從溶解度曲線中讀出相關(guān)物質(zhì)的溶解度隨溫度變化特點(diǎn)的信息（有時(shí)需排除無關(guān)物質(zhì)的干擾），厘清不同溶解度變化類物質(zhì)與分離提純方法的關(guān)系，得到所需的物質(zhì)。如上題中欲從混合溶液中獲得較多NaCl晶體，可采取的操作為：加熱蒸發(fā)、趁熱過濾、（乙醇）洗滌。

3 結(jié)語

縱觀近幾年的各地高考化學(xué)試題，每年都有以圖形方式呈現(xiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及各類信息的試題。要求學(xué)生在獲取信息后對相關(guān)現(xiàn)象、事實(shí)作出合理解釋，在分析推理基礎(chǔ)上作出合理的判斷或得出正確的結(jié)論。試題的新穎度、難度和區(qū)分度在一定程度上都借助于圖形的創(chuàng)新得以體現(xiàn)。圖形題將數(shù)據(jù)、圖線與化學(xué)問題融為一體，信息量大，信息加工涉及諸如信息的尋找、選擇、整理、重組、應(yīng)用等各方面。因此要在教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生了解圖形所呈現(xiàn)的化學(xué)含義，掌握化學(xué)圖形最基本的剖析方法，從中提煉出相關(guān)的信息，嘗試應(yīng)用圖形分析解決化學(xué)問題，表述自己的思路與思維的結(jié)果。這樣不僅可以提高自己的識圖能力，更能通過這個(gè)過程訓(xùn)練與優(yōu)化思維策略，加深對化學(xué)基礎(chǔ)知識、基本理論的理解，更好地解決化學(xué)實(shí)際問題，不斷提升信息素養(yǎng)和綜合運(yùn)用能力。

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