作圖法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用

◎魏燕（江蘇省南通市第二中學(xué)）

化學(xué)知識(shí)兼有抽象與繁雜等特征，對(duì)學(xué)生思維能力、想象力等具有較高要求，尤其是在面對(duì)難度較高的綜合性題目時(shí)，學(xué)生如果缺乏靈變思維與有效的解題技巧，那么就無(wú)法快速找到解題的突破口與思路，最終會(huì)影響學(xué)生解題能力。作圖法是一種簡(jiǎn)化化學(xué)問(wèn)題求解過(guò)程的有效解題方法，主要可以將抽象、繁雜的化學(xué)問(wèn)題以圖像的形式直觀呈現(xiàn)出來(lái)，對(duì)降低學(xué)生解題難度、助力他們解題能力有積極意義。

一、作圖法及其在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用價(jià)值

作圖法本質(zhì)上是將文本與符號(hào)方面的內(nèi)容以圖像的方式展示出來(lái)，將抽象、復(fù)雜的內(nèi)容采用直觀的圖像方式呈現(xiàn)出來(lái)。高中階段是基礎(chǔ)教育化學(xué)學(xué)科教學(xué)的“最高”階段，相關(guān)的化學(xué)知識(shí)在“量”與“質(zhì)”方面都有極大改變，相應(yīng)的化學(xué)問(wèn)題的綜合性、繁雜性與抽象性等特征也更加突出，題目難度大大增加。學(xué)生面對(duì)繁雜化學(xué)問(wèn)題時(shí)靈活應(yīng)用作圖法，并結(jié)合化學(xué)反應(yīng)機(jī)理或者其他一些化學(xué)原理等將化學(xué)問(wèn)題當(dāng)中的有關(guān)參數(shù)及變量以圖形或圖像的形態(tài)展現(xiàn)出來(lái)，這樣必然可以簡(jiǎn)化整個(gè)化學(xué)問(wèn)題的求解流程，降低解題難度，最終幫助他們快速確定問(wèn)題求解突破口與思路。

二、作圖法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用策略

（一）基于作圖法，激發(fā)解題興趣

興趣是決定學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的核心要素，關(guān)系著學(xué)生主觀能動(dòng)性得以有效調(diào)動(dòng)，進(jìn)而會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)力提升產(chǎn)生極大影響。同理，在鍛煉學(xué)生化學(xué)解題能力、有效滲透作圖法這種解題方法期間，也需要激發(fā)學(xué)生主動(dòng)解題的興趣，靈活采用示例來(lái)為學(xué)生直觀地展示作圖法在某些化學(xué)問(wèn)題求解中的具體應(yīng)用過(guò)程，讓他們切身體會(huì)與感受作圖法在幫助學(xué)生簡(jiǎn)化問(wèn)題求解思路，助力快速解題方面的益處。一旦學(xué)生在解決化學(xué)復(fù)雜問(wèn)題中感受到作圖法應(yīng)用的神奇之處時(shí)，就會(huì)對(duì)其產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣，保證夯實(shí)學(xué)生運(yùn)用作圖法求解化學(xué)問(wèn)題的思想基礎(chǔ)。

例1：現(xiàn)有一個(gè)稱量外物的天平，已知其左右兩個(gè)托盤中分別放置一個(gè)裝有等質(zhì)量分?jǐn)?shù)和質(zhì)量的稀硫酸燒杯，通過(guò)對(duì)天平進(jìn)行調(diào)整來(lái)達(dá)到平衡狀態(tài)，之后再在兩個(gè)燒杯中分別摻加Fe 鐵粉和Mg 鎂粉。待兩個(gè)燒杯中的物質(zhì)進(jìn)行徹底反應(yīng)之后，發(fā)現(xiàn)此時(shí)天平依舊維持在平衡狀態(tài)。假定已知左右兩個(gè)燒杯當(dāng)中都包含9.8g 的H2SO4，那么下面各個(gè)選項(xiàng)中肯定不符合條件的是（ ）。

A.a=5.6g，b=5.6g B.a=1.54g，b=1.62g

C.a=7.7g，b=8.1g D.a=6.3g，b=6.3g

解析：如果采取常規(guī)的順向解題思路，那么就需要將各個(gè)選項(xiàng)給出的質(zhì)量分別帶入化學(xué)反應(yīng)式中來(lái)分析各個(gè)反應(yīng)最終的進(jìn)程變化情況，這樣會(huì)涉及繁雜的計(jì)算過(guò)程，整體計(jì)算工作量也會(huì)比較大。而如果在分析問(wèn)題中，學(xué)生懂得靈活應(yīng)用作圖法進(jìn)行解題，那么可以對(duì)整個(gè)問(wèn)題進(jìn)行極大簡(jiǎn)化，即在硫酸和鐵、鎂兩種金屬進(jìn)行充分反應(yīng)后會(huì)相應(yīng)地生成相同質(zhì)量的H2。此時(shí)可以結(jié)合二者各自的化學(xué)反應(yīng)原理來(lái)合理地構(gòu)建出圖1 所示的化學(xué)反應(yīng)圖像，這樣就可以通過(guò)觀察圖像來(lái)便捷地確定本道題中a、b 兩個(gè)參數(shù)肯定不符合的選項(xiàng)是C。在這種作圖法的輔助下，學(xué)生會(huì)感覺耳目一新，尤其是在那些耗費(fèi)腦筋百般思索而無(wú)所收獲的學(xué)生更是會(huì)對(duì)作圖法產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

圖1

例2：現(xiàn)有鈉、鎂、鋁三種金屬物質(zhì)，已知等量的它們和等物質(zhì)的量鹽酸之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成了H2，并且這時(shí)候生成的氫氣本身主要涉及3種不同的情況。假定鹽酸內(nèi)部包含的HCL 含量是1mol，那么在此時(shí)所涉及的3 種情況之內(nèi)，需要多少克的金屬物質(zhì)？

解析：由于本道題中涉及不少未知具體量的內(nèi)容，抽象性比較強(qiáng)，所以許多高中生在碰到后可能一時(shí)間不知道如何下手進(jìn)行求解。但是如果他們?cè)诿鎸?duì)本道題的過(guò)程中靈活地運(yùn)用作圖法，即結(jié)合題干信息與條件，相應(yīng)地繪制出圖2 所示的反應(yīng)過(guò)程圖，那么就可以直觀地明確相應(yīng)的生成氫氣的3 種情況：其一，生成的氫氣量保持一致；其二，鋁和鎂兩種金屬反應(yīng)生成的氫氣量相同，并且都比鈉反應(yīng)生成的氫氣多；其三，鈉這種金屬生成的氫氣量最大，而鎂金屬物質(zhì)反應(yīng)生成的氫氣含量最小。假定1mol 鹽酸同這些金屬進(jìn)行徹底反應(yīng)之后，那么這時(shí)候所需的金屬鈉是1mol（23g），金屬鎂是1/2mol（12g），金屬鋁是1/2mol（9g）。

圖2

基于圖2 可知，如果三種金屬最終生成了同等量的氫氣，那么此時(shí)有且僅有C點(diǎn)契合題干條件，并且這時(shí)候需要1mol 金屬物質(zhì)量，也就是23g。假定金屬鋁和金屬鎂二者生成氫氣量保持一致，并且要比金屬鈉反應(yīng)生成的量更小，那么這時(shí)候金屬鈉本身是1mol 以上，也就是要求質(zhì)量超過(guò)23g；假定鈉這種金屬生成的氫氣量最大，而鎂金屬物質(zhì)反應(yīng)生成的氫氣含量最小，那么這時(shí)候僅有OA、OB滿足題干條件，并且在x大于0 并且處于1mol 范圍之內(nèi)的時(shí)候，y在0 以上之后且不足12g。這樣就可以巧用作圖法簡(jiǎn)化問(wèn)題分析過(guò)程，避免學(xué)生在解題中出現(xiàn)分析不全面而造成解題不準(zhǔn)。通過(guò)反復(fù)借助作圖法簡(jiǎn)化問(wèn)題求解過(guò)程，可以逐步培養(yǎng)他們對(duì)作圖法的濃厚興趣，這對(duì)他們最終牢固掌握作圖法求解化學(xué)問(wèn)題有很大幫助。

（二）基于作圖法，鍛煉思維能力

思維能力是助力學(xué)生解題能力發(fā)展中不可或缺的基本能力之一，也是助力學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)養(yǎng)成中必不可少的因素之一。在指導(dǎo)學(xué)生求解化學(xué)問(wèn)題過(guò)程中，如果可以靈活應(yīng)用作圖法，那么可以借助直觀圖形或圖像的方式來(lái)直觀地展示出問(wèn)題，不僅可以縮減繁雜的計(jì)算過(guò)程，同樣可以極大地降低學(xué)生解題中出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率。比如，在指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用作圖法解題時(shí)，可以有效鍛煉他們對(duì)解題信息進(jìn)行有效篩選的能力，找到快速解決有關(guān)問(wèn)題的突破口，避免因?yàn)檫壿嬆芰?wèn)題而造成審題不清、考慮不全等問(wèn)題。

例3：現(xiàn)有均為2mol/l 的硫酸溶液和氫氧化鈉溶液150mL，分別向它們當(dāng)中摻加等量的金屬鋁，已知在它們經(jīng)過(guò)徹底反應(yīng)之后所生成的氣體體積之比是6 ∶5，那么可知此時(shí)在兩種溶液中所加入的金屬鋁的物質(zhì)的量是多少摩爾？

解析：由于本道化學(xué)問(wèn)題中涉及較多的參數(shù)，整體問(wèn)題求解過(guò)程比較復(fù)雜，為了幫助他們快速簡(jiǎn)化整個(gè)問(wèn)題的求解過(guò)程，同樣可以指導(dǎo)學(xué)生利用作圖法來(lái)對(duì)相應(yīng)的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化，保證有效鍛煉他們自身的思維能力，即首先繪制出圖3所示圖像，在等物質(zhì)的量濃度與體積的兩種溶液和金屬鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)期間所涉及的金屬鋁本身物質(zhì)的量是0.3mol 和0.2mol；如果金屬鋁本身為0.2mol，那么這時(shí)候兩種溶液在反應(yīng)之后所生成氫氣含量為0.3mol，這時(shí)候所生成氣體之比為1 ∶1，然后聯(lián)系題干中給出的生成氣體的體積之比6 ∶5可以快速求解出氫氧化鈉溶液和金屬鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所生成的氣體是0.36mol，進(jìn)而可以結(jié)合圖3所示的數(shù)據(jù)來(lái)快速確定溶液中摻加的金屬鋁的量是0.24mol。

圖3

總之，作圖法是提高高中生化學(xué)解題能力的一種有效解題方法。教師在指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用作圖法解決化學(xué)問(wèn)題時(shí)，可以運(yùn)用興趣激勵(lì)法，注重指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用作圖法來(lái)鍛煉他們的思維能力，配合多樣化、有效性解題訓(xùn)練，有效提升學(xué)生運(yùn)用作圖法求解化學(xué)問(wèn)題的能力。