數(shù)形結(jié)合　素養(yǎng)立意

沈鋒

一、題型概述

化學(xué)反應(yīng)原理最容易失分的是圖像題，原因是圖像的呈現(xiàn)方式變得越來越新穎，如試題中涉及的圖像已不僅僅是速率與簡單的化學(xué)平衡，研究體系也已不是單純的氣相體系，往往根據(jù)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)，更多的是研究復(fù)雜液相反應(yīng)體系，坐標(biāo)參數(shù)也不再局限于時(shí)間、溫度、壓強(qiáng)、速率、轉(zhuǎn)化率、百分含量，而是有更多的變量，像物質(zhì)的量之比、氣體分壓或離子濃度的對數(shù)或負(fù)對數(shù)等，分析投料比、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的變化。這樣的變化使試題新穎，信息量增大的同時(shí)，也增大了試題的難度，讀懂圖形變得更困難。多變量圖像題是高考考查的一個(gè)方向和趨勢，它是指在一個(gè)坐標(biāo)系中存在多個(gè)變量的圖像，此類題的特點(diǎn)是：一方面信息量大，考查了讀圖能力；另一方面多變量的存在，考查了分析推理能力，在新課標(biāo)高考中受到命題者的青睞。

二、構(gòu)建思維模型

第一步：識別圖像類型。

需要界定縱坐標(biāo)參數(shù)與橫坐標(biāo)參數(shù)，把握點(diǎn)與線的內(nèi)在聯(lián)系。

（1）看面：仔細(xì)審讀坐標(biāo)系，清晰縱、橫坐標(biāo)分別所代表的意義，結(jié)合有關(guān)化學(xué)原理知識解析。

（2）看線：①理清坐標(biāo)系曲線的變化趨勢，關(guān)注變化趨勢和變化的拐點(diǎn)，關(guān)注正、逆反應(yīng)，從而判斷反應(yīng)特點(diǎn)；②明確拐點(diǎn)具有的意義。比如，在轉(zhuǎn)化率-時(shí)間圖像上，曲線先到達(dá)拐點(diǎn)便會取得平衡，對其推理和剖析后可以發(fā)現(xiàn)，曲線可以反映出壓強(qiáng)大和濃度大的情況。

（3）看點(diǎn)：①觀察清楚起點(diǎn)，對指向生成物或指向反應(yīng)物加以明確，生成物濃度不斷增大，而反應(yīng)物濃度不斷減小；②注重終點(diǎn)。比如，對于濃度一時(shí)間圖像，應(yīng)把握終點(diǎn)部分增加的生成物與消耗的反應(yīng)物，與相關(guān)原理相結(jié)合開展判斷和推理才能得出結(jié)果。

第二步：把握反應(yīng)特點(diǎn)。

分析可逆反應(yīng)對應(yīng)的化學(xué)方程式，觀察物質(zhì)的狀態(tài)、反應(yīng)前后氣態(tài)物質(zhì)化學(xué)計(jì)量數(shù)和的變化、反應(yīng)的放吸熱等。

第三步：聯(lián)系結(jié)合平衡原理。

聯(lián)系結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率、平衡移動原理，特別是反應(yīng)的影響因素及反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的前提條件等。

第四步：數(shù)形結(jié)合解答。

化學(xué)原理知識與圖像的整合，逐一進(jìn)行圖表參數(shù)研究，重視圖表能夠滿足化學(xué)平衡移動原理和可逆反應(yīng)特性。

三、典題分析

b.體系壓強(qiáng)不變

c.氣體平均相對分子質(zhì)量不變

d.氣體密度不變

（2）處于這一溫度，如果在起始狀態(tài)將4.0mol N2、12.0mol H，分別充入該容器，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，c（H2）-t曲線上體現(xiàn)為點(diǎn)____（選填圖標(biāo)中字母）。

解析 （l）①a項(xiàng)，3v正（N2）=v逆（H2）的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，所以v正（N2）=3v逆（Hz）的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；b項(xiàng)，該反應(yīng)正向氣體分子數(shù)減小，恒溫恒容條件下，若反應(yīng)正向進(jìn)行、氣體物質(zhì)的量減小、壓強(qiáng)降低，所以體系壓強(qiáng)不變時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；c項(xiàng)，體系中各物質(zhì)均為氣體，氣體質(zhì)量不變，恒溫恒容條件下，反應(yīng)正向進(jìn)行、氣體物質(zhì)的量減小，氣體平均相對分子質(zhì)量增大，所以氣體平均相對分子質(zhì)量不變時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；d項(xiàng)，體系中各物質(zhì)均為氣體，氣體質(zhì)量不變，恒溫恒容條件下，氣體平均密度始終不變，故氣體平均密度不變，不能判定反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；選bc。

（2）由圖可知，將2.00mol N2和6.00mol H2充入1L密閉容器中，達(dá)到平衡時(shí)，c（H2）=3mol/L，即E點(diǎn)；若起始充入4.00mol N2和12.00molH2，是恒容容器中充入的2.00mol N2和6.00molH2的2倍，相當(dāng)加壓、反應(yīng)速率加快、先達(dá)到平衡狀態(tài)，但加壓時(shí)平衡正向移動，使c（H2）小于6mol/L。圖像分析如圖3所示。

四、歸納總結(jié)

1.外界條件給可逆反應(yīng)的逆反應(yīng)速率和正反應(yīng)速率帶來的影響（見表1）

反應(yīng)方向存在一致性，但影響程度未必保持一致。

2.化學(xué)平衡的主要影響因素（見表2）

五、方法論證

1.關(guān)于化學(xué)平衡移動方向解析

客觀來講，化學(xué)平衡狀態(tài)屬于恒定物質(zhì)參數(shù)的一種狀態(tài)，化學(xué)平衡移動的主要原因在于條件變化使得化學(xué)反應(yīng)方向變化；化學(xué)平衡移動導(dǎo)致有關(guān)狀態(tài)參數(shù)發(fā)生改變，不過化學(xué)平衡移動未必改變部分化學(xué)平衡狀態(tài)參數(shù)，其參數(shù)改變的趨勢也不具有恒定性。因此，化學(xué)平衡移動方向主要由正反應(yīng)速率、逆反應(yīng)速率變化產(chǎn)生的具體變化量所決定，這樣一來，化學(xué)平衡移動方向在本質(zhì)上由v（正）、v（逆）內(nèi)在聯(lián)系所決定；變化條件的瞬間如果存在組分參數(shù)改變的情況，如平衡常數(shù)K、濃度商Q出現(xiàn)變化，則化學(xué)平衡一定會移動。由此不難得出，把v（正）、v（逆）內(nèi)在聯(lián)系和平衡常數(shù)K、濃度商Q內(nèi)在聯(lián)系當(dāng)成辨別平衡移動方向、平衡移動的依據(jù)具有一定合理性，若以此來判斷平衡的移動，可能產(chǎn)生結(jié)果的偏差。

2.關(guān)于幾類不能用平衡移動原理解釋的問題分析

（1）如果外界的條件出現(xiàn)變化，不管平衡向正反應(yīng)方向移動還是向逆反應(yīng)方向移動，都難以讓外界條件改變得到本質(zhì)上的削弱，此時(shí)平衡未移動。例如反應(yīng)：反應(yīng)前、反應(yīng)后氣體系數(shù)和不變，當(dāng)外界壓強(qiáng)增大或減小時(shí)，平衡無論正向或逆向移動都不能減弱壓強(qiáng)的改變，故對于該反應(yīng)，壓強(qiáng)改變，平衡不發(fā)生移動。

（2）無論是正催化劑，還是負(fù)催化劑，都會使正反應(yīng)速率、逆反應(yīng)速率出現(xiàn)相同程度的變化，因此催化劑無法導(dǎo)致化學(xué)平衡移動。

3.圖形結(jié)合的一般思路及方法

（1）分析圖像縱、橫坐標(biāo)軸上的數(shù)據(jù)，觀察圖像上曲線的走向和變化趨勢。

（2）若圖像上的曲線有2條或者2條以上時(shí)，注意觀察和理解曲線的交點(diǎn)和拐點(diǎn)所代表的意義，先出現(xiàn)拐點(diǎn)的“溫度高或壓強(qiáng)大”。

（3）若圖像中有3個(gè)變量時(shí)，應(yīng)“定1議2”。

（4）加入催化劑或?qū)Ψ磻?yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)改變壓強(qiáng)，平衡不移動，但會改變到達(dá)平衡的時(shí)間。

（5）曲線斜率大表示反應(yīng)速率快，可能是升溫、加壓或使用催化劑。

（6）綜合運(yùn)用勒夏特列原理解決問題。

從設(shè)置問題的角度看，題目往往是圍繞某一個(gè)主題，有多個(gè)小題，從多方面提出問題，每個(gè)小題不一定有必然的關(guān)聯(lián)，目的是考查不同的化學(xué)反應(yīng)原理知識。縱觀近幾年的高考試題，不難發(fā)現(xiàn)命題點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：①化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的分析，化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式及計(jì)算、反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的分析及計(jì)算，反應(yīng)條件的選擇；②溶液中的離子濃度關(guān)系、酸堿中和滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定以及各平衡常數(shù)的關(guān)系、計(jì)算和應(yīng)用等。

試題的旱現(xiàn)方式，敘述、圖像、圖表等多種形式相結(jié)合，以選題或填空的方式提出問題，從而實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的從圖表獲取信息的能力、審題能力、計(jì)算能力、文字表述能力、對化學(xué)用語的應(yīng)用能力的考查，而且還可以很好的聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際，體現(xiàn)由理論到應(yīng)用的轉(zhuǎn)化過程，同時(shí)也能很好地體現(xiàn)“變化觀念與平衡思想”和“宏觀辨識與微觀探析”化學(xué)核心素養(yǎng)內(nèi)容的落實(shí)。

（收稿日期：2024-02-28）