作图法在高中化学解题中的应用

2022-09-06魏燕江苏省南通市第二中学

成功密码 2022年2期

◎魏燕（江苏省南通市第二中学）

化学知识兼有抽象与繁杂等特征，对学生思维能力、想象力等具有较高要求，尤其是在面对难度较高的综合性题目时，学生如果缺乏灵变思维与有效的解题技巧，那么就无法快速找到解题的突破口与思路，最终会影响学生解题能力。作图法是一种简化化学问题求解过程的有效解题方法，主要可以将抽象、繁杂的化学问题以图像的形式直观呈现出来，对降低学生解题难度、助力他们解题能力有积极意义。

一、作图法及其在高中化学解题中的应用价值

作图法本质上是将文本与符号方面的内容以图像的方式展示出来，将抽象、复杂的内容采用直观的图像方式呈现出来。高中阶段是基础教育化学学科教学的“最高”阶段，相关的化学知识在“量”与“质”方面都有极大改变，相应的化学问题的综合性、繁杂性与抽象性等特征也更加突出，题目难度大大增加。学生面对繁杂化学问题时灵活应用作图法，并结合化学反应机理或者其他一些化学原理等将化学问题当中的有关参数及变量以图形或图像的形态展现出来，这样必然可以简化整个化学问题的求解流程，降低解题难度，最终帮助他们快速确定问题求解突破口与思路。

二、作图法在高中化学解题中的应用策略

（一）基于作图法，激发解题兴趣

兴趣是决定学生实现学习目标的核心要素，关系着学生主观能动性得以有效调动，进而会对学习力提升产生极大影响。同理，在锻炼学生化学解题能力、有效渗透作图法这种解题方法期间，也需要激发学生主动解题的兴趣，灵活采用示例来为学生直观地展示作图法在某些化学问题求解中的具体应用过程，让他们切身体会与感受作图法在帮助学生简化问题求解思路，助力快速解题方面的益处。一旦学生在解决化学复杂问题中感受到作图法应用的神奇之处时，就会对其产生强烈的学习兴趣，保证夯实学生运用作图法求解化学问题的思想基础。

例1：现有一个称量外物的天平，已知其左右两个托盘中分别放置一个装有等质量分数和质量的稀硫酸烧杯，通过对天平进行调整来达到平衡状态，之后再在两个烧杯中分别掺加Fe 铁粉和Mg 镁粉。待两个烧杯中的物质进行彻底反应之后，发现此时天平依旧维持在平衡状态。假定已知左右两个烧杯当中都包含9.8g 的H2SO4，那么下面各个选项中肯定不符合条件的是（）。

A.a=5.6g，b=5.6g B.a=1.54g，b=1.62g

C.a=7.7g，b=8.1g D.a=6.3g，b=6.3g

解析：如果采取常规的顺向解题思路，那么就需要将各个选项给出的质量分别带入化学反应式中来分析各个反应最终的进程变化情况，这样会涉及繁杂的计算过程，整体计算工作量也会比较大。而如果在分析问题中，学生懂得灵活应用作图法进行解题，那么可以对整个问题进行极大简化，即在硫酸和铁、镁两种金属进行充分反应后会相应地生成相同质量的H2。此时可以结合二者各自的化学反应原理来合理地构建出图1 所示的化学反应图像，这样就可以通过观察图像来便捷地确定本道题中a、b 两个参数肯定不符合的选项是C。在这种作图法的辅助下，学生会感觉耳目一新，尤其是在那些耗费脑筋百般思索而无所收获的学生更是会对作图法产生浓厚的学习兴趣。

图1

例2：现有钠、镁、铝三种金属物质，已知等量的它们和等物质的量盐酸之间发生化学反应生成了H2，并且这时候生成的氢气本身主要涉及3种不同的情况。假定盐酸内部包含的HCL 含量是1mol，那么在此时所涉及的3 种情况之内，需要多少克的金属物质？

解析：由于本道题中涉及不少未知具体量的内容，抽象性比较强，所以许多高中生在碰到后可能一时间不知道如何下手进行求解。但是如果他们在面对本道题的过程中灵活地运用作图法，即结合题干信息与条件，相应地绘制出图2 所示的反应过程图，那么就可以直观地明确相应的生成氢气的3 种情况：其一，生成的氢气量保持一致；其二，铝和镁两种金属反应生成的氢气量相同，并且都比钠反应生成的氢气多；其三，钠这种金属生成的氢气量最大，而镁金属物质反应生成的氢气含量最小。假定1mol 盐酸同这些金属进行彻底反应之后，那么这时候所需的金属钠是1mol（23g），金属镁是1/2mol（12g），金属铝是1/2mol（9g）。

图2

基于图2 可知，如果三种金属最终生成了同等量的氢气，那么此时有且仅有C点契合题干条件，并且这时候需要1mol 金属物质量，也就是23g。假定金属铝和金属镁二者生成氢气量保持一致，并且要比金属钠反应生成的量更小，那么这时候金属钠本身是1mol 以上，也就是要求质量超过23g；假定钠这种金属生成的氢气量最大，而镁金属物质反应生成的氢气含量最小，那么这时候仅有OA、OB满足题干条件，并且在x大于0 并且处于1mol 范围之内的时候，y在0 以上之后且不足12g。这样就可以巧用作图法简化问题分析过程，避免学生在解题中出现分析不全面而造成解题不准。通过反复借助作图法简化问题求解过程，可以逐步培养他们对作图法的浓厚兴趣，这对他们最终牢固掌握作图法求解化学问题有很大帮助。

（二）基于作图法，锻炼思维能力

思维能力是助力学生解题能力发展中不可或缺的基本能力之一，也是助力学生化学核心素养养成中必不可少的因素之一。在指导学生求解化学问题过程中，如果可以灵活应用作图法，那么可以借助直观图形或图像的方式来直观地展示出问题，不仅可以缩减繁杂的计算过程，同样可以极大地降低学生解题中出现错误的概率。比如，在指导学生运用作图法解题时，可以有效锻炼他们对解题信息进行有效筛选的能力，找到快速解决有关问题的突破口，避免因为逻辑能力问题而造成审题不清、考虑不全等问题。

例3：现有均为2mol/l 的硫酸溶液和氢氧化钠溶液150mL，分别向它们当中掺加等量的金属铝，已知在它们经过彻底反应之后所生成的气体体积之比是6 ∶5，那么可知此时在两种溶液中所加入的金属铝的物质的量是多少摩尔？

解析：由于本道化学问题中涉及较多的参数，整体问题求解过程比较复杂，为了帮助他们快速简化整个问题的求解过程，同样可以指导学生利用作图法来对相应的问题进行简化，保证有效锻炼他们自身的思维能力，即首先绘制出图3所示图像，在等物质的量浓度与体积的两种溶液和金属铝发生化学反应期间所涉及的金属铝本身物质的量是0.3mol 和0.2mol；如果金属铝本身为0.2mol，那么这时候两种溶液在反应之后所生成氢气含量为0.3mol，这时候所生成气体之比为1 ∶1，然后联系题干中给出的生成气体的体积之比6 ∶5可以快速求解出氢氧化钠溶液和金属钠发生化学反应所生成的气体是0.36mol，进而可以结合图3所示的数据来快速确定溶液中掺加的金属铝的量是0.24mol。