试谈工业生产类数据图线的教学策略

戴明

摘 要：《普通高中化学课程标准（2017年版）》要求学生“能收集并用数据、图表等多种方式描述实验数据，能基于现象和数据进行分析推理得出合理结论”，即要求学生能进行证据推理与模型认知。本文提出了工业生产类数据图线教学中的五个策略，用以提升解决此类问题的教学效果，进而发展学生化学学科的核心素养。

关键词：高中化学；工业生产；数据图线；教学策略

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2018）11-079-2

近几年，工业生产类的数据图线问题深受试题专家的青睐，此类问题以图线为载体，体现“能力立意”原则，兼顾知识与能力的双重测量，较好考查了学生数据分析与处理能力。此类问题实现了四个走向，一是，从实验原理走向生产实际，让学生深刻理解化学知识、工业生产、社会发展与生态环境之间的相互关系。二是，从定性知识走向定量图线，通过工业生产将部分化学反应原理量化为数据曲线，综合考查学生的信息转化能力。三是，从被动接受知识走向活动中主动探究，数据图线中常隐含相关信息，需要学生对其进行挖掘、猜想和概括。四是，从化学学科问题走向多学科融合，数据图线把化学原理抽象为数学问题，通过对数据与原理的结合分析，实现了学科间的融合。

面对具体的工业生產类数据图线，“教师要善于引导学生捕捉图表背后所隐含的丰富的化学信息，充分挖掘图表信息潜在的解题功能”。如何从分析图线走向读懂信息，直至运用所学信息解决实际问题，笔者将结合五个具体的案例（限于篇幅，文字有删减），分别阐述工业生产类数据图线的教学策略。

一、评价综合效益

【案例一】 人造金刚石酸洗废液中含有大量的Ni2+、Mn2+、Co2+等离子。某厂技术人员设计了除杂方案，最终通过电解含Ni2+滤液，在阴极得到纯度较高的镍粉。电解过程中电流效率η（镀层金属实际析出质量与理论析出质量之比）与pH的关系见右图所示，电解的最佳pH范围是 ，理由是 。

【案例分析】 不难发现，电解的酸性溶液随着pH的不断增大，电流效率η增大，当4.0

【教学建议】 这是在一个自变量作用下的单一图线，教师需要引导学生完成三个方面分析：一是，学习该情境下的信息，将“新概念”翻译成“老说法”，即什么是电流效率，电流效率与产率的关系如何。二是，通过分析得出随着自变量（pH）的增大，因变量（电流效率）的线性发展规律。三是，引导学生用“多、快、好、省”四个字来评价工业生产的综合效益，力求综合效益最大化。“多”就是评价总产出、“快”就是评价化学反应速率、“好”就是评价生产对生态等的影响、“省”就是在总产出的基础上评价总投入。

二、选择最佳条件

【案例二】 以冶铜工厂中预处理过的污泥渣（主要成分为CuO和Cu）为原料制备CuSO4晶体的流程中，步骤一是分别选用氨水、氨水—碳酸铵混合溶液进行氨浸，氨浸时铜元素的回收率随温度变化见右图所示。

（1）浸取液为氨水时，反应温度一般控制在55℃，温度过高铜元素回收率降低的原因是 。

（2）浸取液为氨水一碳酸铵混合溶液时，铜元素的回收率受温度影响小的原因可能是 。

【案例分析】 （1）温度过高时，浸取液中一水合氨分解，铜元素回收率降低。（2）当浸取液为氨水一碳酸铵混合溶液时，溶液中存在氨水的电离平衡和NH+4的水解平衡，当温度变化时，两个平衡都发生相应移动，使混合溶液中的一水合氨浓度变化较小，与同温度下氨水相比，铜元素的回收率高。

【教学建议】 这是在多自变量作用下的多条图线，通过分析图线选择最佳生产条件。教师需要引导学生完成三个方面分析：一是，根据图线的符号标记或说明，确定不同图线所处的具体条件。二是，利用控制变量的思想，既要“横着看”，随着横坐标的增大，图线的发展情况。三是，又要“竖着看”，即在同一横坐标数值下不同图线所对应纵坐标，结合“横着看”与“竖着看”的结果，找出在多个自变量作用下的最佳结合点，进而选择最佳生产条件。

三、分析重要节点

【案例三】 以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如右图所示。250～300℃时，温度升高但乙酸的生成速率减慢的可能原因是 。

【案例分析】 不难看出，图线中反应温度决定着乙酸的生成速率以及催化剂的催化效率。一般情况下，反应温度升高化学反应速率加快，如100～250℃范围。250～300℃时，温度升高，乙酸的生成速率却“反常”减慢了。分析可知，拐点250℃时，催化剂效率最高，当温度超过250℃，催化效率降低，故温度升高，乙酸的生成速率反而减慢了。

【教学建议】 这是在一个自变量作用下的两个因变量变化图线。教师需要引导学生完成三个方面分析：一是，根据图线的符号标记或说明，明确两个因变量相应的纵坐标，以及随着自变量的变化，各图线的发展情况。二是，加强对起点和终点的分析，明确图线的总体走向。三是，加强对拐点的分析，对于拐点这样的“反常”点，蕴藏着丰富的信息与内涵，既需要“瞻前”，即随着反应的进行，为拐点的到来创造了怎样的条件；更需要“顾后”，即拐点之后，联系反应物的性质等，推测可能发生的变化。图线上的起点、拐点和终点，与生产数据相对应，反映出生产过程中物质转化的情况。

四、强化定量分析

【案例四】 已知过硫酸钾具有强氧化性（常被还原成硫酸钾），现将0.40mol过硫酸钾与0.20mol硫酸配制成1L溶液，在80℃条件下加热并在t时刻向溶液中滴入少量FeCl3溶液（作催化剂），测定溶液中各成分的浓度如右图所示，图中物质X的化学式为 。

【案例分析】 不难看出，图线反映出随着时间的推移，溶液中离子浓度以及收集到的气体体积的变化。在t时刻，S2O2-8的物质的量减少了0.3mol，同时SO2-4增大了0.6mol，根据信息S2O2-8具有强氧化性，电子共转移了0.6mol，由图可知，产物X的物质的量为0.3mol，根据得失电子总数守恒，可以判断产物X的化学式为H2O2。

【教学建议】 这是利用在一个自变量作用下的两个因变量变化图线，进行定量计算和分析的案例。教师需要引导学生完成两个方面分析：一是，将定性分析与定量计算相结合，在图线特定位置上，准确找到相关物质及其物质的量。二是，结合化学反应，充分运用得失电子总数守恒、质量守恒和溶液中离子电荷守恒等守恒思想，进行定量计算并完成相关分析。

五、使用题干信息

【案例五】 在微生物的催化下，ClO-4可被CH3COO-还原降解。CH3COO-也可作为碳元素的来源，促进微生物生长。CH3COO-的浓度对ClO-4降解程度的影响如右下图所示。12小时后，在CH3COO-浓度小于0.4g/L的条件下，ClO-4的降解速率几乎停滞的原因是 。

【案例分析】 不难看出，随着CH3COO-浓度的提高ClO-4降解速率加快。找出题干中的关键信息：CH3COO-也可作为碳元素的来源，可促进微生物生长，而微生物恰恰也是此反应的催化剂。故ClO-4的降解速率几乎停滞的原因是，CH3COO-浓度过低，难以促进微生物生长，催化效率降低，故降解速率显著减慢。

【教学建议】 影响工业生产效率和效益的外界因素存在很多，如濃度、温度、压强、催化剂、时间、电流强度、光照条件等等，由于工业生产流程比较复杂、涉及物质较多、生产条件控制要求较高等实际情况，题干中常会出现不少陌生信息，教师要引导学生重视对陌生信息的学习与筛选，并善于找出对解决问题有帮助的关键信息。

对工业生产类数据图线的分析体现了很好的思考性、探究性与应用性，充分回应了《普通高中化学课程标准（2017年版）》中化学学科核心素养要求。因此，此类数据图线应引起广大教师和学生的充分重视。在备考过程中，教师应指导学生掌握观察和分析各类图线的方法，深入挖掘图线中所蕴藏的丰富信息，不断提升学生读图、析图和用图的能力，为提升学生化学学科核心素养打下坚实的基础。

[参考文献]

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]2018年江苏省普通高中学业水平测试（选修科目）说明[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2017.

[3]彭梭，王后雄.高考化学图表信息题的功能及价值分析[J].化学教育，2015（15）.