雙縱坐標圖像信息的解讀思路與角度

夏時君

摘要：以雙縱坐標圖像信息為研究對象，通過分析其研究范圍和坐標關聯，明確引入雙縱坐標圖像的必要性和重要性。從識圖、析圖和用圖3個層面提出解讀圖像思路，并提出關注單線趨勢、對比多線差異、分析多線聯系等策略，完成圖像信息解讀從方法到操作的跨躍。

關鍵詞：雙縱坐標圖像；圖像信息；解讀思路

文章編號：1005–6629（2015）9–0081–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

雙縱坐標圖像作為圖像表征的重要形式，是近年化學教學與考試的熱點和亮點。相對于單縱坐標圖，它涉及到影響因素增多、變量關系復雜、信息綜合加強，這勢必對圖像信息的獲取、處理和運用提出更高要求，使得圖像信息的解讀、描述、描繪難度增大。基于雙縱坐標圖像具有獨特的知識、信息和工具等價值，筆者以近年各省市高考試題或模擬試題中典型素材為研究對象，剖析解讀雙縱坐標圖像信息的思路和方法，以挖掘滲透其中的因素、關系和規律，達到更好的理解和運用圖像的目的。

1 雙縱坐標圖像表征的適用性討論

就認識化學反應而言，可從物質用途、物質結構、化學實驗、物質轉化、工業生產等10個角度進行理解[1]。就條件影響而言，同一條件可能引發多種影響。如溫度除影響反應速率和化學平衡外，還可能導致物質狀態、溶解性、穩定性、氧化性、水解性、酸性等性質變化，以及產品產量、外觀、純度等差異；又如溶液pH變化可能引發物質存在形式、濃度、含量、性質和反應等變化。

基于物質性質多樣性、轉化多向性、反應可逆性等原因，化學過程往往具有復雜性和動態性。在表征化學過程的因素關系、轉化過程、數量比較上，單、雙縱坐標具有各自獨特的價值。相對于單縱坐標圖像主要解決單一（或多個）自變量對單個因變量的影響；雙縱坐標主要解決在一定實驗條件下，一個自變量產生的兩個或多個不同量綱、不同數量級的影響。借助雙縱坐標圖像可以巧妙地表達出變化的過程性和因素的關聯性，從而揭示出圖像背后的化學原理本質特征[2]。相對于借用多組單縱坐標圖像反映一個自變量對多個因變量的影響，雙縱坐標圖像則顯得簡化一些，也更易于發現曲線間的邏輯順序與因果關系。

2 雙縱坐標圖像坐標的關聯性分析

所謂雙縱坐標圖像是指在同一坐標系中以左、右兩個不同縱軸繪制的多條曲線。兩個坐標可以具有不同量綱、不同數量級。雙縱坐標的相關性有以下情況：（1）雙縱坐標對應的化學意義具有同一性或相似性：如相同物理量，由于數值相差較大，為了圖像呈現的簡捷、直觀、可讀，采用不同數量級進行衡量；又如具體數值和百分比的數值差異太大，同一標準下無法顯示信息的變化規律與特點，可采用不同的量綱。（2）雙縱坐標對應的化學意義相關性弱：如物質制備中溫度對物質產量和顆粒大小的影響；不同pH對物質存在含量和純度的影響。（3）雙縱坐標對應的化學意義具有相關性。如鹽酸滴定氨水中（如圖1），鹽酸體積變化引起的溶液pH與溫度間就存在相關性。當加入鹽酸體積達到中和點時，溶液溫度達到最大值，同時過程涉及中和點和中性點的區別與聯系；溶液pH變化與水的電離、鹽的水解、酸堿性判斷、能量轉化、濃度大小等化學意義多向聯系。

3 雙縱坐標圖像信息的解讀思路

解讀雙縱坐標圖像信息，可從識圖、析圖和用圖三個層面進行。識圖主要解決圖像基本意義的理解，析圖主要解決圖像化學意義的解讀，用圖主要解決圖像遷移運用。

識圖時首先研究圖像主題，它反映誰與誰的關系，重點理解坐標的表達含義、刻度和單位，有些坐標的量綱帶有一定的數量級；其次弄清曲線的屬性。雙縱坐標圖像對應兩個縱坐標，曲線的屬性常以圖例方式區別。所謂圖例就是集中于雙縱坐標圖一角或一側的各種符號和顏色所代表內容與指標的說明，它是圖像解讀的閱讀指南，常以線型、顏色和符號等形式予以區別。析圖時關注曲線發展趨勢和特殊變化，理解圖像深層次的化學意義，即分析數形背后的化學規律、原因及關系等。用圖時要善于提煉圖像顯性或隱性的原理及方法，通過對比情境、分析關系、把握規律，拓展研究角度和研究范圍，靈活解決實際問題。

例1 鉬酸鈉晶體（Na2MoO4·2H2O）是無公害型冷卻水系統的金屬緩蝕劑，圖2是碳鋼在3種不同介質中的腐蝕速率實驗結果。

解讀：緩蝕技術是防止金屬腐蝕的主要手段之一。以上圖像以金屬在不同條件下腐蝕效果為話題，探究緩蝕劑的作用與效果。所謂緩蝕劑是“一種以適當的濃度和形式存在于環境介質中，可以防止或減緩腐蝕的化學物質或幾種化學物質的混合物”。它們通過在金屬表面形成防護層，從而保持金屬材料性能。從原理來看，鉬酸鹽是典型的無機緩蝕劑，它與金屬離子作用，生成氧化物或氫氧化物覆蓋在陽極上形成保護膜，抑制了金屬向水中溶解，陽極被鈍化，它是陽極型緩蝕劑和氧化膜型緩蝕劑。

從識圖角度來看，圖2反映在不同酸性條件下金屬的腐蝕快慢和使用緩蝕劑的防腐效果，圖例通過符號標記進行區分。

從用圖角度來看，緩蝕劑從原理來看就是通過電化學的方法，在金屬表面形成一層保護層，從而避免了金屬的進一步腐蝕。基于以上考慮，在實際金屬保護中，我們還可選擇其他能在陽極形成氧化膜的物質，如鉻酸鹽、鎢酸鹽、釩酸鹽、亞硝酸鹽、硼酸鹽等；同樣也可選擇陰極型緩蝕劑，如鋅的碳酸鹽、磷酸鹽和氫氧化物，鈣的碳酸鹽和磷酸鹽，它們在水中或在陰極區金屬表面，反應產物在陰極沉積成膜，隨著膜的增厚，阻擋陰極參與反應，同時能起緩蝕作用。同樣使用混合型緩蝕劑因其分子有兩種性質相反的極性基團，能吸附在清潔的金屬表面形成單分子膜，在陽極和陰極都能成膜，拓展了使用范圍和緩蝕效果[3]。

4 雙縱坐標圖像信息的解讀角度

解讀雙縱坐標圖像信息時，從數量上，可一條到多條曲線；從角度上，可從橫向分析到縱向對比，從而完成圖像表層認知到深層解讀的升華。

4.1 關注單線趨勢，關注特殊信息的解讀

圖像信息分析可從點、線、面入手，抓住點的解讀和線的發展，關注一般趨勢和特殊變化。具體分析過程如下：（1）關注特殊點：如起點、終點、拐點、平衡點。這些點呈現哪些數學信息？反映哪方面的化學含義？具有哪方面化學功能？（2）分析特殊曲線：如①增減性：它研究對象是什么？化學過程是如何發生的？②突變性和漸變性：產生的原因、影響和結果是什么？③斜率大小：反映的化學意義是什么？數據大小反映什么問題？④雙曲線位置高低：是什么因素引起的？分析依據什么原理？轉化方法是什么？總之，分析可從定性和定量分析；分析思想包括微粒觀、平衡觀、轉化觀、能量觀、守恒觀等。

例2 CuCl在氯的衍生物產品中占有較突出的位置，在有機合成工業中可作催化劑。以下是從含Cu2+、Fe3+的電鍍廢水中制備CuCl的工藝流程，見圖3。

用濾液中Cu2+、Fe3+的含量對pH作圖，可直觀地反映出濾液中金屬離子含量與pH之間的關系以及反應①系統pH與CuCl產率的關系，見圖4。

解讀：左縱坐標反映pH對離子濃度大小的影響。從曲線的增減性來看，隨著溶液pH的增加，Cu2+、Fe3+濃度不斷減小。在pH=3.6，Fe3+完全沉淀，在pH=7.5時，Cu2+完全沉淀。在水解過程中，鐵元素和銅元素的形態變化與數量分配遵循物料守恒和電荷守恒。右縱坐標反映pH對CuCl產率的影響。從曲線增減性來看，CuCl產率隨pH的增加先增大后減小。在pH=3.5時，CuCl產率最大，原因是什么？從反應物來看，在Fe+2CuSO4+2NaCl= FeSO4+Na2SO4+2CuCl中，酸性條件下Fe轉化為Fe2+，而堿性較強時Cu2+轉化為Cu（OH）2，導致反應物的量下降，轉化率下降；從產物來看，產物穩定性差，如易氧化、易分解、易揮發、易變質等也會導致產率下降。

4.2 對比多線差異，全面理解信息的異同

基于雙縱坐標中一個自變量與兩個因變量的對應關系，解讀圖像信息就可進行橫向對比，對照和比較兩方面的化學意義，以確定它們間的性質特征的異同，探尋事物間內在規律及聯系，歸納它們的優缺點，揚長避短，找到最優化方案。

解讀：（1）從曲線增減性來看，在其他條件不變下，隨著氨碳比的增加，CO2的轉化率不斷增加， NH3的轉化率不斷減小，尿素的體積分數先增大后減小。（2）從曲線的斜率來看，在其他條件不變下，隨著氨碳比的增加，CO2的轉化率受氨碳比的影響越來越小，而NH3的轉化率受氨碳比的影響幾乎保持不變。（3）從曲線相對位置來看，當氨碳比<2時，轉化率是NH3>CO2：當氨碳比>2時，轉化率是NH3

4.3 分析多線聯系，系統把握信息的邏輯關系

雙縱坐標圖像解讀不僅要從橫向對比，更要從縱向分析曲線間聯系與關系。首先從邏輯入手分析曲線聯系的可能性；從曲線轉化中觀察變量發展中的相關性和匹配性；從數量變化中分析曲線關系的主次性和量化性。常見雙縱坐標圖像間存在的關系有：（1）屬種關系：一個物理量的全部外延與另一個物理量的部分外延重合；（2）交叉關系：一個物理量的部分外延與另一個物理量的部分外延重合；（3）矛盾關系：兩個物理量外延一點也不重合，并且外延之和等于其共同屬概念的外延；（4）反對關系：兩個物理量的外延一點也不重合，并且外延之和小于其共同屬概念外延。根據分析雙縱坐標圖像的相關程度，運用聯系、發展和動態視角透視圖像間在主次、因果、矛盾等方面的聯系，更加立體系統地解讀圖像的化學意義。

解讀：左縱坐標反映溫度對催化劑催化效率的影響，右縱坐標反映溫度對乙酸的生成速率的影響。從邏輯關系來看，顯然催化劑催化效率也是影響反應速率的重要因素。在100～250℃時，反應速率增加與催化效率增加正相關，催化劑是主導因素；在250～300℃時，反應速率減小與催化效率降低相關，催化劑是主導因素；在300～400℃時，反應速率增加，溫度是主導因素。

例5 “溫室效應”是全球關注的環境問題之一。控制和治理CO2是解決溫室效應的有效途徑。某課題組利用CO2催化氫化制甲烷的研究過程如圖7：

H2參與反應Ⅰ和Ⅱ，總量逐漸減小；CH4是產物，總量逐漸增加。HCOOH是中間產物，若生成速率（反應Ⅰ）>消耗速率（反應Ⅱ），HCOOH的總量會大于CH4總量；若生成速率（反應Ⅰ）<消耗速率（反應Ⅱ），HCOOH的總量會小于CH4總量，HCOOH不斷減少；若兩者的速率相等，則HCOOH總量恒定。

左縱坐標反映反應物（H2）和產物（CH4）的物質的量變化；右縱坐標反映中間產物（HCOOH）的物質的量變化，兩縱坐標的數量級不同。可以看出（1）增加適量鎳粉后，H2和HCOOH的數量都有明顯減少，說明Ni對反應Ⅰ起催化作用；（2）Ni的使用量由1mol到10mol增加中，CH4量增加，HCOOH減小；且HCOOH減小量遠小于CH4的增加量，說明反應Ⅱ速率遠大于反應Ⅰ；且兩者間差值隨著Ni的增加越來越大，說明Ni對反應Ⅱ起作用，且影響大于反應Ⅰ；（3）當Ni的使用量由10mol到20mol時，HCOOH變化量較小，CH4總量減小，而CH4與HCOOH兩者總量差值在減小，H2的減小卻未導致CH4的增加。究其原因是“鎳粉吸附H2造成的。鎳粉的催化作用是因為吸附在它活性中心一小部分的H2易與其他物質反應，大部分H2不在活性中心上，不能參與反應；且氣相中H2濃度過小，難以得到有效補充，所以甲烷產量反而下降”[4]。

參考文獻：

[1]劉文兵.高考化學試題中圖形的解讀[J].化學教學，2012，（7）：64～67.

[2]鄭學裕.在化學教學中讓學生多角度理解化學反應[J].化學教育，2012，（7）：35～38.

[3] http：//baike.baidu.com/link？url=RxNVMt86Bt-7Kc6-ON9UyeqpUuMQw-ctXnfKUqLb3s_Z_PdhGFHpDrLVZ0XTfyKe4Cz7-ZjOwiDgQ8ZlpLk9eaa.

[4]崔邑誠.深入解讀高考新圖——雙縱坐標圖[J].化學教學，2009，（4）：65～66.