高考化學試題中圖形的解讀

　　摘要：結合江蘇高考化學試題中的圖形，具體分析工藝流程圖、曲線坐標圖、實驗裝置圖、模型示意圖的解題思路和一般方法。關鍵詞：高考化學試題；2011年江蘇高考；圖形
　　文章編號：1005–6629(2012)7–0064–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
　　考試說明要求：能用正確的化學用語及文字、圖表、模型、圖形等表達化學問題解決的過程和結果，并作出解釋的能力。2011年江蘇化學高考試卷用事實詮釋了上述要求，僅有標號的圖形就有14幅之多，主要是工藝流程圖、曲線坐標圖、實驗裝置圖、模型示意圖等。
　　如何解讀圖形？筆者認為：首先是識圖，即看懂圖形，了解其意義，搞清其原理，解決“做什么”的問題；其次是研圖，即運用有關知識研究圖形具有的性質，揭示的規律，解決“為什么”的問題；最后是用圖，即利用化學原理和圖形解決“怎么做”的問題。
　　1 工藝流程圖
　　工藝流程圖是表示工業生產過程中各個環節進行順序的簡圖，是將生產過程中的主要階段（即流程）用框圖形式表示的圖形。它描述的優點在于能從整體的角度，直觀反映化工生產的過程，有利于過程的分析、評價。
　　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：
　　（1）做什么？對比分析生產流程中的第一種物質（原材料）與最后一種物質（產品），從中找出原料與產品之間的關系，弄清生產流程中原料轉化為產品的過程中依次進行的反應。
　　明確生產目的：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，過濾除去不溶性雜質后，通入氯氣氧化后制備氯化鐵晶體。
　　（2）為什么？每一步除目標物質外還產生了什么雜質或副產物？雜質是否要除去，采用什么方法除去？研圖時要明白：一切反應或操作都是為了獲得產品而服務
　　本題中，將硫鐵礦焙燒轉化為氧化鐵時產生的SO2，是大氣污染物，必須處理，過濾程序是為了除去不溶性殘渣。本題的主要疑點是：氯氣氧化是為了什么？在此流程中還有什么物質可能被氧化？（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，不需深入探究。
　　（3）怎么做？看清問題，準確規范作答是目的。答題時要看清問題，不能答非所問，要注意語言表達的科學性，要分清實驗操作名稱和具體操作步驟。例如針對第（2）問：酸溶及后續過程中均需保持鹽酸過量，其目的是 、 。
　　這里的關鍵詞是：酸溶、后續、鹽酸過量。
　　酸溶的目的是將氧化鐵溶解，而鹽酸要過量，只可能是想使鐵的氧化物盡可能多的轉化，即提高鐵元素的浸出率；后續、酸過量，也就是要保證后續溶液是酸性的，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，為了拉開差距，考查學生對整道題的理解分析。解題時，要對比分析生產流程中的原料與產品，認清流程圖中每一步的目的，從對比分析中找出原料與產品之間的關系以及前后每一步間的聯系，弄清生產流程過程中原料轉化為產品的基本原理和除雜分離提純產品的操作方法，然后再結合題設的問題，逐一推敲解答。把元素化合物知識與生產工藝、化學平衡原理結合起來，引導中學化學教學關注化學學科的應用性和實踐性，這是新課標倡導的趨勢。
　　2 坐標曲線圖
　　坐標曲線圖是借助簡單的線條走向，巧妙表達變化的復雜過程，從而揭示出化學原理本質特征的圖形。因其直觀形象，信息量大，在高考試題中所占比例越來越大。此類試題的特點：（1）化學提供的信息暗示于“標”（縱、橫坐標）、“點”（起點、終點、拐點、極點等）、“線”（曲線變化趨勢及線段比例）之中；（2）圖像中隱含的信息量大，對學生讀圖獲取信息能力的要求較高；（3）由于多變量的存在，要求學生會多角度、多層面去思考和探究問題。
　　如第19題（部分）：高氯酸銨（NH4ClO4）是復合火箭推進劑的重要成分，實驗室可通過下列反應制取：NaClO4(aq)+NH4Cl(aq) NH4ClO4 (aq)+NaCl(aq)。反應得到的混合溶液中，NH4ClO4和NaCl的質量分數分別為0.30和0.l5（相關物質的溶解度曲線見圖2）。從混合溶液中獲得較多NH4ClO4晶體的實驗操作依次為（填操作名稱）： 干燥。
　　解讀：
　　（1）做什么？實驗操作的目的是通過反應獲取較多NH4ClO4晶體。所依據的是物質的溶解度曲線。這是一個雙縱坐標圖，橫坐標為溫度，左縱坐標表示的是NH4Cl、NaCl和NH4ClO4的溶解度，右縱坐標表示的是NaClO4的溶解度，從數據來看，NaClO4的溶解度遠大于前三者的。
　　（2）為什么？低溫時高氯酸銨的溶解度最小而從溶液中析出，使反應能向生成高氯酸銨的方向進行。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）結晶的方法。本題值得研究的是：把反應得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的質量分數分別為0.30和0.l5作為已知條件的目的是什么？要想通過降溫結晶得到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量分數約為26.5 %，遠大于15 %，為了降溫過程中析出更多的高氯酸銨晶體，必須先將溶液蒸發濃縮。
　　（3）怎么做？本題的關鍵是“獲得較多”晶體。因為高氯酸銨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：蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，冰水洗滌。
　　再如第 20題（部分)：氫氣是一種清潔能源，氫氣的制取與儲存是氫能源利用領域的研究熱點。H2O的熱分解也可得到H2，如圖3所示。圖中A、B表示的物質依次是 。
　　解讀：本題是要求學生，從高溫下水分解體系中主要氣體的體積分數與溫度的關系圖中判斷A、B表示的物質分別是什么(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是同學們熟知的反應，從圖中看出，從2000 K到5000 K，水受熱分解系中各物質量的變化情況。這就是我們要研究的（為什么？）。結合氣體的A、B的體積分數，可知在6000 K時，水完全轉變成了A、B，且A、B的體積分數約是2/3、1/3。答案就只有一個了：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：解坐標曲線圖，一要看清橫、縱坐標代表的含義，理解圖示化學曲線的意義；能否充分挖掘圖給信息和巧妙利用暗示條件對正確而迅速的解題起著關鍵作用；二要理清圖像變化的趨勢，重點把握起點、拐點、終點；突破口在于抓住圖像中關鍵點的含義，在此基礎上結合化學原理做出正確的判斷。
　　3 模型示意圖
　　模型示意圖是用簡明、形象、直觀的圖形說明知識結構和內涵，揭示化學變化規律的一種略圖。它能將復雜的事物形象直觀地表達出來，化抽象為具體、變復雜的文字敘述為簡捷的圖示，降低了人們認識客觀事物的難度，其價值在于“型簡意深”。模型示意圖對精度要求不高，著重在“意”字上下功夫。解讀時重在“以型通理”，就是指通過標題了解某圖所反映的化學事物的內容后，要深入分析其中蘊含的“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圖4（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極）。電解時，陽極的電極反應式為 。
　　解讀：
　　（1）做什么？該題要求考生從電解模型示意圖入手，寫出電解時陽極反應式。該圖與蘇教版《選修4：化學反應原理》（圖5）電解飽和食鹽水原理示意圖極為相似。
　　（2）為什么？如果同學能從以下幾個方面思考：
　　①陰、陽極的材料是什么？是活性電極還是惰性電極？
　　②陽極區、陰極區各有什么離子？
　　③在直流電的作用下，離子會怎樣的移動？
　　④隔膜的作用是什么？
　　⑤陽極區、陰極區產生的物質是什么？
　　⑥指出電極產物并寫出化學反應方程式。
　　至此，不僅能有效地解決離子移動方向的問題，同時也能明確在陰、陽極分別發生的得、失電子過程。這一分析思路還可幫助學生認識其他的電解裝置提出思維路徑。
　　（3）怎么做？由于陽極材料是惰性電極，而隔膜僅能阻隔氣體的通過，不影響溶液中離子和分子的通過，所以整個的電解質溶液應該是尿素KOH溶液，在直流電的作用下，OH-應該向陽極移動，溶液中的H+應該向陰極移動的，陽極區的的氣體N2，肯定是尿素失去電子被氧化的產物。另一種產物是什么？1 mol尿素[CO(NH2)2]能失去幾摩爾電子？學生就感覺到困難了，這就需要知道，尿素中的碳為+4價、氧為-2價、氫為+1價、氮為-3價，應該是-3價的氮失去電子。至此，不難寫出：CO(NH2)2+8OH--6e-=CO32-+N2↑+6H2O
　　啟示：高考題中的示意圖，往往是課本實驗示意圖的改進和優化。對教材上一些重要的示意圖要關注，加深理解。另外，要關注生活，適度加強綜合訓練與提升。
　　4 實驗裝置圖
　　實驗裝置圖能直觀地告訴學生，本實驗用的儀器，某些反應物的狀態和名稱，需要學生結合一定的化學知識去辨別實驗裝置圖中隱含的秘密。若學生用“死記硬背”的方法來解決考題中的實驗問題，結果肯定是低效的。因此，教師在化學教學中，應該重視感性與理性的