基于學生信息素養(yǎng)提升的圖形信息題的解讀策略與方法

陳方

摘要：分析闡述了高中生化學學習中需要形成的信息素養(yǎng)，對高考化學題中典型圖形信息題舉例并作了分類和解析，對每類題中信息呈現(xiàn)方式與解讀策略方法作了一般性歸納和總結，在識圖、析圖和用圖的學習過程中，不斷提升學生的信息素養(yǎng)和分析解決問題的能力。

關鍵詞：圖形；信息；解讀；策略與方法

文章編號：1008-0546（2016）02-0000-00 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.02.000

一、有關背景

1922年，澳大利亞梅耶委員會（Mayer Committee）指出：核心素養(yǎng)是個體高效率的參與工作與融入社會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用于情境中，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；計劃和組織活動的能力，與他人合作的能力；運用數(shù)學方法與數(shù)學技術的能力；解決問題的能力；使用技術手段的能力。

信息素養(yǎng)是現(xiàn)代公民全面素質的重要組成部分。高中教育的目的之一就是為高中生終生學習和發(fā)展奠定基礎[1]。《高中化學新課程理念與實施》中提到“讓學生在探索、發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的主動學習的過程中體驗科學探究的歷程，通過學生實驗、操作、調查、信息搜集與處理、表達與交流等，自主、獨立地發(fā)現(xiàn)問題所在，培養(yǎng)了搜集和處理信息的能力[2]……”。

當今社會已進入一個信息多元化的時代，每天我們會接觸到如波濤洶涌般襲來的各種各樣的海量信息，高中化學學習中同樣要面對并處理形式各異的信息。普通高中《化學課程標準（實驗）》在第二部分“課程目標”“二、過程與方法”中有如下陳述：3.在化學學習中，學會運用觀察、實驗、查閱資料等多種手段獲取信息，并運用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進行加工[3]。2015年江蘇省普通高中學業(yè)水平測試（選修科目）（化學科）在“二、考試內容及要求”“（一）素養(yǎng)與能力要求”的“2.形成信息素養(yǎng)”中有如下表述：（1）能通過對自然界、生產、生活和科學實驗中化學現(xiàn)象，以及相關模型、數(shù)據(jù)和圖形等的觀察，獲取有關感性知識和印象，并運用分析、比較、概括、歸納、推理等方法對所獲取的信息進行初步加工和應用。（2）能夠敏捷、準確地獲取試題所給的相關信息，并與已有知識整合，在分析評價的基礎上應用新信息[4]。這不僅指明了學生獲取信息的具體途徑及形成信息素養(yǎng)的方法，同時對高考中如何考查學生信息素養(yǎng)與能力（特別是獲取及應用新信息）有了具體、細致、規(guī)范的要求。

二、圖形信息題分類及解讀策略與方法

1. 電化學裝置圖

例1【2011江蘇高考20（4）】電解尿素[CO（NH2）2]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見圖1（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 。

解析：據(jù)題示反應物為尿素[CO（NH2）2]，電解質為堿性溶液（KOH）的信息，再由圖中可知陽極放出N2（生成物）。由尿素的組成得到N元素化合價為-3價，由電荷守恒及原子守恒，不難得到答案為：CO（NH2）2+8OH—-6e—=CO32—+N2↑+6H2O

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略方法：此類試題，一般會在題干和圖中提供一些與電極反應或總反應相關的信息。解題時應重點關注兩極反應物、產物、電子流向（電源正負極）、電極材料、隔膜類型（H+、OH-、氣體等）、電解質類型（溶液或熔融物）、電解質溶液酸堿性等重要信息。通過整合相關信息并結合有關守恒原理，寫出有關電極反應式或總反應式，據(jù)此再進行分析判斷。

練習1【2014江蘇高考20（1）】硫化氫的轉化是資源利用和環(huán)境保護的重要研究課題。由硫化氫獲得硫單質有多種方法。

（1）將燒堿吸收H2S后的溶液加入到如如圖2所示的電解池的陽極區(qū)進行電解。電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應：S2-—2e-S （n—1）S+ S2-Sn2-

①寫出電解時陰極的電極反應式： 。

②電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質，其離子方程式可寫成： 。

2. 溶解度表

例2【2011江蘇高考19（2）】反應得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的質量分數(shù)分別為0.30和0.15（相關物質的溶解度曲線見圖3）。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。

解析：首先觀察溶解度曲線，發(fā)現(xiàn)縱坐標有左右兩個，但問題中涉及的物質的溶解度均與左邊縱坐標有關。由溶解度曲線可知，NH4ClO4屬于溶解度變化“陡升型”類物質，而NaCl則屬于“緩升型”類物質，且混合溶液中NH4ClO4相對于NaCl含量較多（其實溶液中也含有少量NaClO4和NH4Cl）。故要得到較多NH4ClO4晶體，應先制成其飽和溶液，再利用NH4ClO4的溶解度隨溫度變化較快的特點，通過冷卻使其析出（此時NaCl析出較少）。若不能達到產品的純度要求，可再重復實驗（重結晶），直到符合要求為止。參考答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾，冰水洗滌。

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略方法：此類試題，一般在題中提供相關物質（有時會有干擾物質）的溶解度變化的信息，如上題中“緩升型”“陡升型”的信息，有時還會有一些特殊的情況，如Ca（OH）2為溶解度變化“下降型”物質，少數(shù)物質還會在某溫度時達到溶解度最大值（如下練習2），要求分析判斷獲得（提純）物質的方法。解決此類問題的方法是：從溶解度曲線中讀出相關物質的溶解度隨溫度變化特點的信息（有時需排除無關物質的干擾），厘清不同溶解度變化類物質與分離提純方法的關系，得到所需的物質。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。

練習2【2015江蘇高考18（3）】從圖4可以看出，從MnSO4和MgSO4混合溶液中結晶MnSO4·H2O晶體，需控制結晶溫度范圍為 。

3. 反映物質組成或成分變化的圖形

例3【2011江蘇高考20（3）】H2O的熱分解也可得到H2，高溫下水分解體系中主要氣體的體積分數(shù)與溫度的關系如圖5所示。圖中A、B表示的物質依次是

。

解析：由圖示（體積分數(shù)與溫度的關系）曲線的升降可知：因約2000K后，φ（H2O）在下降，φ（H2）和φ（O2）在上升，說明H2O在約2000K以上分解產生H2和O2。約3500K以上φ（H2）和φ（O2）逐漸下降，至約5000K時，φ（H2O）及φ（H2）和φ（O2）均接近0，而此間φ（A）和φ（B）上升到最大值后不再變化，說明溫度上升到一定階段后，H2和O2也各自發(fā)生分解最終得到A和B。對照最終φ（A）∶φ（B）=2∶1的特點，根據(jù)H2O分子中n（H）∶n（O）=2∶1的實際，確定A、B分別為H、O（或氫原子、氧原子）。此題的分析推斷過程，很好地體現(xiàn)了定性與定量相結合的化學學科思想在具體問題中的運用。

例4【2012江蘇高考20（2）】鎂鋁合金（Mg17Al12 ）是一種潛在的貯氫材料，可在氬氣保護下，將一定化學計量比的Mg、Al 單質在一定溫度下熔煉獲得。該合金在一定條件下完全吸氫的反應方程式為Mg17Al12+17H2=17MgH2+12Al。得到的混合物Y（17MgH2 +12Al）在一定條件下可釋放出氫氣。

③在0.5 mol·L-1NaOH 和1.0 mol·L-1 MgCl2溶液中，混合物Y 均只能部分放出氫氣，反應后殘留固體物質的X-射線衍射譜圖如圖6所示（X-射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質是否存在，不同晶態(tài)物質出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同）。在上述NaOH溶液中，混合物Y中產生氫氣的主要物質是 （填化學式）。

解析：本題給出了殘留固體物質的X-射線衍射譜圖的相關信息。從題中提供的關于X-射線衍射譜圖特點的信息及高中化學所學到的相關知識看，譜圖中衍射峰實際上反映了各種晶態(tài)物質存在狀況。由上半幅譜圖可知，混合物Y（含MgH2和Al，分別用□和△表示）與NaOH溶液作用后，□依然明顯存在，而△未出現(xiàn)。故此時與NaOH溶液發(fā)生反應產生氫氣的主要物質是Al。至于下半幅譜圖存在的原因，其一是體現(xiàn)問題的完整性，其二是作為干擾信息而出現(xiàn)。

例5【2013江蘇高考20（3）】磷的重要化合物NaH2PO4、Na2HPO4和Na3PO4可通過H3PO4與NaOH溶液反應獲得，含磷各物種的分布分數(shù)（平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數(shù)）與pH 的關系如圖7所示。

①為獲得盡可能純的NaH2PO4，pH應控制在 ；pH=8時，溶液中主要含磷物種濃度大小關系為

。

②Na2HPO4溶液顯堿性，若向溶液中加入足量的CaCl2溶液，溶液則顯酸性，其原因是

（用離子方程式表示）。

解析：①本題提供了H3PO4與NaOH溶液反應時，得到的三種鈉鹽及H3PO4的分布分數(shù)（縱坐標）與pH（橫坐標）關系的信息。若要獲得盡可能純的NaH2PO4，顯然應使NaH2PO4的分布分數(shù)盡可能大（接近1.0），由圖知，pH應控制在4～5.5之間（答介于此區(qū)間內的任意值或區(qū)間均可）。第二空，在圖中橫坐標中找出pH=8的點，作橫坐標的垂線，與曲線中相交有兩點，兩點的縱坐標分別代表HPO42-和H2PO4-的分布分數(shù)。顯然，答案為c（HPO42-）>c（H2PO4-）。

②題中已表達Na2HPO4與CaCl2反應后溶液呈酸性的信息，故反應不應是簡單的復分解（因生成CaHPO4沉淀和呈中性的NaCl，與題意不符）。觀察分析Na2HPO4的成分，反應中若產生H+方可與題意對應，則HPO42-應通過電離產生H+和PO43-，PO43-與Ca2+結合產生Ca3（PO4）2沉淀【其實質是PO43-與Ca2+結合產生Ca3（PO4）2沉淀，促進了HPO42-的電離】。答案為：3Ca2++2HPO42-Ca3（PO4）2↓+2H+

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略方法：此類試題一般在題中出現(xiàn)有關物質組成或成分的二維坐標系信息。解題時應根據(jù)各類圖像的特點，找出反映物質組成或成分變化的相關規(guī)律或定量關系，判斷、分析或計算出物質的組成、成分或寫出有關反應。

練習3【2014江蘇高考20（3）】H2S在高溫下分解生成硫蒸汽和H2。若反應在不同溫度下達到平衡時，混合氣體中各組分的體積分數(shù)如圖8所示，H2S在高溫下分解反應的化學方程式為 。

練習4【2014南京二模20（3）】采用球磨法制備Al與LiBH4的復合材料，并對Al-LiBH4體系與水反應產氫的特性進行下列研究：

①圖9為25℃水浴時每克不同配比的Al-LiBH4復合材料與水反應產生H2體積隨時間變化關系圖。由圖9可知，下列說法正確的是 （填字母）。

a. 25℃時，純鋁與水不反應

b. 25℃時，純LiBH4與水反應產生氫氣

c. 25℃時，Al-LiBH4復合材料中LiBH4含量越高，1 000s內產生氫氣的體積越大

②圖10為25℃和75℃時，Al-LiBH4復合材料[ω（LiBH4）=25%]與水反應一定時間后產物的X-射線衍射圖譜（X-射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質是否存在，不同晶態(tài)物質出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同）。

從圖10分析，25℃時Al-LiBH4復合材料中與水完全反應的物質是 （填化學式），產生Al（OH）3的化學方程式為 。

練習5【2014鹽城期中20（3）】氯化銅溶液中銅

各物種的分布分數(shù)（平衡時某物種的濃度占各物種濃度

之和的分數(shù)）與c（Cl-） 的關系如圖11所示。

①當c（Cl-）=9mol·L-1時，溶液中主要的3種含銅物種濃度大小關系為 。

②在c（Cl-）=1mol·L-1的氯化銅溶液中，滴入AgNO3溶液，含銅物種間轉化的離子方程式為 （任寫一個）。

4. 反映分子組成特點的圖形

例6【2013江蘇高考20（4）】磷的化合物三氯氧磷（）與季戊四醇（）以物質的量之比2∶1反應時，可獲得一種新型阻燃劑中間體X，并釋放出一種酸性氣體。季戊四醇與X 的核磁共振氫譜如圖12所示。

①酸性氣體是 （填化學式）。

②X的結構簡式為 。

解析：①此題提供了有關物質的結構、反應中反應物間物質的量之比、相關物質的核磁共振氫譜的信息。由題中反應產生酸性氣體，結合所給出的物質的結構與成分信息，可分析得出：氣體應為HCl（由季戊四醇與三氯氧磷發(fā)生取代反應而得）。

②對照題中的第二幅核磁共振氫譜圖，經分析知X應只含有一種H，因季戊四醇有兩種H（其分子中含四個-OH和四個-CH2-），故該題中的反應應是季戊四醇分子中的四個-OH上的所有H原子與兩分子三氯氧磷中的各兩個Cl原子（共四個Cl原子）結合生成HCl，其余部分結合得到X，故X的結構簡式為： 。

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略方法：此類試題一般在題中提供反應前后有關物質的核磁共振氫譜圖等圖譜。在核磁共振氫譜圖中，特征峰的數(shù)目反映了有機物分子中氫原子化學環(huán)境的種類；不同特征峰的強度比（或特征峰的高度比）反映了不同化學環(huán)境氫原子的數(shù)目比。由此可分析推斷出有關物質分子中氫原子種類與數(shù)目的信息，再結合其它條件或信息，可得到有關物質的結構。

練習6 【2014南京一模20（2）】一種有機鎂化合物可用于制造光學元件的涂布液，化學式可表示為：，它可發(fā)生如下反應：

ROH與B的核磁共振氫譜如圖13所示。

ROH是由C、H、O、F四種元素組成的含氟有機物，分子中只有1個氧原子，所有氟原子化學環(huán)境相同，相對分子質量為168，則ROH的結構簡式為

； B的結構簡式為 。

5. 其它二維坐標系類圖形

例7【南京2015考前模擬題20-1（2）】用CO還原焙燒氧化鐵時，溫度的變化對還原焙燒產物影響很大。圖14是不同溫度下還原焙燒過程中固體中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為兩種物質組成的混合物，F(xiàn)中有一種物質為Fe）：

根據(jù)圖中信息可知，C點物質主要成分是：

（填化學式）；D→E過程發(fā)生的反應為：

；用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時，溫度最好控制在570℃左右的原因是： 。

解析：首先分析橫坐標與縱坐標代表的量及其關系，得出氧化鐵被CO還原隨著溫度升高而得到不同產物的關系。進而根據(jù)橫坐標Fe或O的百分含量結合A、B、D為純凈物的提示信息，分析計算判斷出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的過程為Fe2O3被還原為Fe3O4的過程；D→E的過程為Fe3O4被還原為FeO過程；D→F的過程為Fe3O4被還原為Fe的過程。因此，用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時，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+CO3FeO+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：二維坐標曲線圖是數(shù)學方法中函數(shù)類圖形的y-x曲線圖。這類圖形大多以時間、溫度、元素百分含量、pH值等量為橫坐標，以物質的某種性質和特征等為縱坐標，以二維坐標系曲線來表示物質的變化。它能借助簡單的線條走向，巧妙地表達物質結構、性質、現(xiàn)象與化學原理等方面較為復雜的過程，考查學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化等方面的綜合能力。

解讀的基本策略與步驟方法：

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

2. 分析：分析圖像中隱含的信息，找出數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)點。將其加工成化學語言，同時聯(lián)系化學概念、化學原理等，從而快速解決問題。

3. 答題：針對題意運用圖形特征解決相關問題。

三、結語

縱觀近幾年的各地高考化學試題，每年都有以圖形方式呈現(xiàn)相關實驗結果及各類信息的試題。要求學生在獲取信息后對相關化學現(xiàn)象、事實作出合理解釋，在分析推理基礎上作出合理的判斷或得出正確的結論。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、應用等各方面。因此要學會了解圖形所呈現(xiàn)的化學含義，掌握化學圖形最基本的剖析方法，從中提煉出相關的信息，嘗試應用圖形分析解決化學問題，表述自己的思路與思維的結果。這樣不僅可以提高自己的識圖能力，更能通過這個過程訓練與優(yōu)化思維策略，加深對化學基礎知識、基本理論的理解，更好地解決化學實際問題，不斷提升學生的信息素養(yǎng)和綜合運用能力。

附練習題參考答案：

參考文獻

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