摘要:結(jié)合江蘇高考化學(xué)試題中的圖形,具體分析工藝流程圖、曲線坐標(biāo)圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖、模型示意圖的解題思路和一般方法。關(guān)鍵詞:高考化學(xué)試題;2011年江蘇高考;圖形
文章編號(hào):1005–6629(2012)7–0064–04 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
考試說(shuō)明要求:能用正確的化學(xué)用語(yǔ)及文字、圖表、模型、圖形等表達(dá)化學(xué)問(wèn)題解決的過(guò)程和結(jié)果,并作出解釋的能力。2011年江蘇化學(xué)高考試卷用事實(shí)詮釋了上述要求,僅有標(biāo)號(hào)的圖形就有14幅之多,主要是工藝流程圖、曲線坐標(biāo)圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖、模型示意圖等。
如何解讀圖形?筆者認(rèn)為:首先是識(shí)圖,即看懂圖形,了解其意義,搞清其原理,解決“做什么”的問(wèn)題;其次是研圖,即運(yùn)用有關(guān)知識(shí)研究圖形具有的性質(zhì),揭示的規(guī)律,解決“為什么”的問(wèn)題;最后是用圖,即利用化學(xué)原理和圖形解決“怎么做”的問(wèn)題。
1 工藝流程圖
工藝流程圖是表示工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行順序的簡(jiǎn)圖,是將生產(chǎn)過(guò)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(yōu)點(diǎn)在于能從整體的角度,直觀反映化工生產(chǎn)的過(guò)程,有利于過(guò)程的分析、評(píng)價(jià)。
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:
?。?)做什么?對(duì)比分析生產(chǎn)流程中的第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品),從中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系,弄清生產(chǎn)流程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過(guò)程中依次進(jìn)行的反應(yīng)。
明確生產(chǎn)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(yīng)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(guò)濾除去不溶性雜質(zhì)后,通入氯氣氧化后制備氯化鐵晶體。
?。?)為什么?每一步除目標(biāo)物質(zhì)外還產(chǎn)生了什么雜質(zhì)或副產(chǎn)物?雜質(zhì)是否要除去,采用什么方法除去?研圖時(shí)要明白:一切反應(yīng)或操作都是為了獲得產(chǎn)品而服務(wù)
本題中,將硫鐵礦焙燒轉(zhuǎn)化為氧化鐵時(shí)產(chǎn)生的SO2,是大氣污染物,必須處理,過(guò)濾程序是為了除去不溶性殘?jiān)1绢}的主要疑點(diǎn)是:氯氣氧化是為了什么?在此流程中還有什么物質(zhì)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(hào),不需深入探究。
(3)怎么做?看清問(wèn)題,準(zhǔn)確規(guī)范作答是目的。答題時(shí)要看清問(wèn)題,不能答非所問(wèn),要注意語(yǔ)言表達(dá)的科學(xué)性,要分清實(shí)驗(yàn)操作名稱和具體操作步驟。例如針對(duì)第(2)問(wèn):酸溶及后續(xù)過(guò)程中均需保持鹽酸過(guò)量,其目的是 、 。
這里的關(guān)鍵詞是:酸溶、后續(xù)、鹽酸過(guò)量。
酸溶的目的是將氧化鐵溶解,而鹽酸要過(guò)量,只可能是想使鐵的氧化物盡可能多的轉(zhuǎn)化,即提高鐵元素的浸出率;后續(xù)、酸過(guò)量,也就是要保證后續(xù)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(kāi)差距,考查學(xué)生對(duì)整道題的理解分析。解題時(shí),要對(duì)比分析生產(chǎn)流程中的原料與產(chǎn)品,認(rèn)清流程圖中每一步的目的,從對(duì)比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系以及前后每一步間的聯(lián)系,弄清生產(chǎn)流程過(guò)程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜分離提純產(chǎn)品的操作方法,然后再結(jié)合題設(shè)的問(wèn)題,逐一推敲解答。把元素化合物知識(shí)與生產(chǎn)工藝、化學(xué)平衡原理結(jié)合起來(lái),引導(dǎo)中學(xué)化學(xué)教學(xué)關(guān)注化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用性和實(shí)踐性,這是新課標(biāo)倡導(dǎo)的趨勢(shì)。
2 坐標(biāo)曲線圖
坐標(biāo)曲線圖是借助簡(jiǎn)單的線條走向,巧妙表達(dá)變化的復(fù)雜過(guò)程,從而揭示出化學(xué)原理本質(zhì)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(lái)越大。此類試題的特點(diǎn):(1)化學(xué)提供的信息暗示于“標(biāo)”(縱、橫坐標(biāo))、“點(diǎn)”(起點(diǎn)、終點(diǎn)、拐點(diǎn)、極點(diǎn)等)、“線”(曲線變化趨勢(shì)及線段比例)之中;(2)圖像中隱含的信息量大,對(duì)學(xué)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(xué)生會(huì)多角度、多層面去思考和探究問(wèn)題。
如第19題(部分):高氯酸銨(NH4ClO4)是復(fù)合火箭推進(jìn)劑的重要成分,實(shí)驗(yàn)室可通過(guò)下列反應(yīng)制?。篘aClO4(aq)+NH4Cl(aq) NH4ClO4 (aq)+NaCl(aq)。反應(yīng)得到的混合溶液中,NH4ClO4和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.30和0.l5(相關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線見(jiàn)圖2)。從混合溶液中獲得較多NH4ClO4晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為(填操作名稱): 干燥。
解讀:
?。?)做什么?實(shí)驗(yàn)操作的目的是通過(guò)反應(yīng)獲取較多NH4ClO4晶體。所依據(jù)的是物質(zhì)的溶解度曲線。這是一個(gè)雙縱坐標(biāo)圖,橫坐標(biāo)為溫度,左縱坐標(biāo)表示的是NH4Cl、NaCl和NH4ClO4的溶解度,右縱坐標(biāo)表示的是NaClO4的溶解度,從數(shù)據(jù)來(lái)看,NaClO4的溶解度遠(yuǎn)大于前三者的。
?。?)為什么?低溫時(shí)高氯酸銨的溶解度最小而從溶液中析出,使反應(yīng)能向生成高氯酸銨的方向進(jìn)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(jié)晶的方法。本題值得研究的是:把反應(yīng)得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.30和0.l5作為已知條件的目的是什么?要想通過(guò)降溫結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)約為26.5 %,遠(yuǎn)大于15 %,為了降溫過(guò)程中析出更多的高氯酸銨晶體,必須先將溶液蒸發(fā)濃縮。
(3)怎么做?本題的關(guān)鍵是“獲得較多”晶體。因?yàn)楦呗人徜@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(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過(guò)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(chǔ)存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。H2O的熱分解也可得到H2,如圖3所示。圖中A、B表示的物質(zhì)依次是 。
解讀:本題是要求學(xué)生,從高溫下水分解體系中主要?dú)怏w的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系圖中判斷A、B表示的物質(zhì)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(xué)們熟知的反應(yīng),從圖中看出,從2000 K到5000 K,水受熱分解系中各物質(zhì)量的變化情況。這就是我們要研究的(為什么?)。結(jié)合氣體的A、B的體積分?jǐn)?shù),可知在6000 K時(shí),水完全轉(zhuǎn)變成了A、B,且A、B的體積分?jǐn)?shù)約是2/3、1/3。答案就只有一個(gè)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(biāo)曲線圖,一要看清橫、縱坐標(biāo)代表的含義,理解圖示化學(xué)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(duì)正確而迅速的解題起著關(guān)鍵作用;二要理清圖像變化的趨勢(shì),重點(diǎn)把握起點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn);突破口在于抓住圖像中關(guān)鍵點(diǎn)的含義,在此基礎(chǔ)上結(jié)合化學(xué)原理做出正確的判斷。
3 模型示意圖
模型示意圖是用簡(jiǎn)明、形象、直觀的圖形說(shuō)明知識(shí)結(jié)構(gòu)和內(nèi)涵,揭示化學(xué)變化規(guī)律的一種略圖。它能將復(fù)雜的事物形象直觀地表達(dá)出來(lái),化抽象為具體、變復(fù)雜的文字?jǐn)⑹鰹楹?jiǎn)捷的圖示,降低了人們認(rèn)識(shí)客觀事物的難度,其價(jià)值在于“型簡(jiǎn)意深”。模型示意圖對(duì)精度要求不高,著重在“意”字上下功夫。解讀時(shí)重在“以型通理”,就是指通過(guò)標(biāo)題了解某圖所反映的化學(xué)事物的內(nèi)容后,要深入分析其中蘊(yùn)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(jiàn)圖4(電解池中隔膜僅阻止氣體通過(guò),陰、陽(yáng)極均為惰性電極)。電解時(shí),陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為 。
解讀:
?。?)做什么?該題要求考生從電解模型示意圖入手,寫出電解時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)式。該圖與蘇教版《選修4:化學(xué)反應(yīng)原理》(圖5)電解飽和食鹽水原理示意圖極為相似。
?。?)為什么?如果同學(xué)能從以下幾個(gè)方面思考:
?、訇?、陽(yáng)極的材料是什么?是活性電極還是惰性電極?
?、陉?yáng)極區(qū)、陰極區(qū)各有什么離子?
?、墼谥绷麟姷淖饔孟?,離子會(huì)怎樣的移動(dòng)?
?、芨裟さ淖饔檬鞘裁??
?、蓐?yáng)極區(qū)、陰極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)是什么?
?、拗赋鲭姌O產(chǎn)物并寫出化學(xué)反應(yīng)方程式。
至此,不僅能有效地解決離子移動(dòng)方向的問(wèn)題,同時(shí)也能明確在陰、陽(yáng)極分別發(fā)生的得、失電子過(guò)程。這一分析思路還可幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)其他的電解裝置提出思維路徑。
?。?)怎么做?由于陽(yáng)極材料是惰性電極,而隔膜僅能阻隔氣體的通過(guò),不影響溶液中離子和分子的通過(guò),所以整個(gè)的電解質(zhì)溶液應(yīng)該是尿素KOH溶液,在直流電的作用下,OH-應(yīng)該向陽(yáng)極移動(dòng),溶液中的H+應(yīng)該向陰極移動(dòng)的,陽(yáng)極區(qū)的的氣體N2,肯定是尿素失去電子被氧化的產(chǎn)物。另一種產(chǎn)物是什么?1 mol尿素[CO(NH2)2]能失去幾摩爾電子?學(xué)生就感覺(jué)到困難了,這就需要知道,尿素中的碳為+4價(jià)、氧為-2價(jià)、氫為+1價(jià)、氮為-3價(jià),應(yīng)該是-3價(jià)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(shí)驗(yàn)示意圖的改進(jìn)和優(yōu)化。對(duì)教材上一些重要的示意圖要關(guān)注,加深理解。另外,要關(guān)注生活,適度加強(qiáng)綜合訓(xùn)練與提升。
4 實(shí)驗(yàn)裝置圖
實(shí)驗(yàn)裝置圖能直觀地告訴學(xué)生,本實(shí)驗(yàn)用的儀器,某些反應(yīng)物的狀態(tài)和名稱,需要學(xué)生結(jié)合一定的化學(xué)知識(shí)去辨別實(shí)驗(yàn)裝置圖中隱含的秘密。若學(xué)生用“死記硬背”的方法來(lái)解決考題中的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題,結(jié)果肯定是低效的。因此,教師在化學(xué)教學(xué)中,應(yīng)該重視感性與理性的