中学化学反应复合图像考查的几个层次

摘 要：复合图像可同时呈现化学反应时间、加入反应物的量、各参加反应物质的量（浓度）、温度等之间的关系，多个维度的量在同一个坐标系中全面地呈现.学生通过图像的分析，能全面细致地了解化学反应发生的全过程，而过程的分析能提升学生的图像分析能力和探究能力.

关键词：化学反应；复合图像；高中化学

中图分类号：G632   文献标识码：A   文章编号：1008-0333（2023）34-0126-03

新课程标准倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动［1］.而在真实的反应情景中，反应体系中同时存在多个的量变化，将多个量之间的变化关系在同一个图像中呈现，该图像称为复合图像.复合图像在试题中呈现考查，已成为近年考试的热点，这类试题的区分度较高，设计难度有层次，文章将从试题设置难度层次分析说明.

1 复合图像的识图分析

复合图像与常规图像一样，都在二维坐标图中表示各量之间的关系，但相较于常规图像，由于呈现的量多样，可公用横（或纵）坐标，出现两条（或多条）纵（或横）坐标，这样的图像从呈现形式而言较为复杂，识图时需耐心、谨慎.

例1 （2022年泸州市一诊13）常温下，用0.1 mol·L-1 NaOH溶液滴定0.1 mol·L-1一元酸HA溶液 20 mL，中和滴定过程中溶液pOH随pH、V［NaOH（aq）］变化的关系如图1所示，pOH＝

-lgc（OH-）.下列说法不正确的是（  ）.

A.曲线X代表pOH随V［NaOH（aq）］的变化关系

B.一元酸HA的电离常数的数量级为10-5

C.反应至b点pOH时，应加 13.30 mL NaOH溶液

D.该滴定可选用酚酞作指示剂

答案：C

思路分析 结合室温下溶液pH＋pOH＝14，pOH随pH的变化关系是一条直线（即线Y）；结合酸碱中和滴定在滴定终点前后溶液pH的突变关系， pOH随V［NaOH（aq）］变化的关系为线X.横坐标V［NaOH（aq）］＝0.00 mL，a点是反应的起点，该点只是HA溶液，V［NaOH（aq）］＝20.00 mL，反应恰好完成.

结合分析可知，曲线X代表pOH随V［NaOH（aq）］的變化关系，A项正确；a点溶液pOH＝11.12，即c（H+）＝10-（14-11.12）＝10-2.88，结合：

HAH+＋A-

Ka＝c（H+）×c（A-）c（HA）＝10-2.88×10-2.880.1-10-2.88≈10-4.76，其数量级为10-5，B项正确；反应至b点（线Y）时，溶液pOH＝pH＝7，结合线X，pH＝7时，加入V［NaOH（aq）］介于13.30～20.00 mL，C项错误；该过程是强酸滴定弱碱，应选用酚酞作指示剂，D项正确.

能力提升 本题的解题难度出现在C项，直接观察图像b点对应的V［NaOH（aq）］＝13.30 mL，误认为C项正确而出错.结合本题分析，所谓的复合图像其实就是过程中出现了pOH～pH图和pOH～V［NaOH（aq）］图，共用了pOH纵轴，将两个图像重叠而形成的复合图像，但两组变化不同的坐标系分别对应实线变化和虚线变化，因此为了清晰地分析，可将两个图象拆开如图2、图3所示.

这样，很清晰地观察到，b点（线Y）时，溶液pOH＝pH＝7，判断pOH～V［NaOH（aq）］关系时需从虚线上去观察，即可得到V［NaOH（aq）］介于13.30～20.00 mL.

2 复合图像的图析与简单应用

数形结合（数图结合）的分析是化学考题中一个重要的关键能力的考查，区分度稍高的题目一般需要在数形结合（数图结合）的基础上得出横纵坐标系内在物理量之间的关系，进而分析反应原理进行相关应用.

例2 （2021全国乙卷28，节选）一氯化碘（ICl）是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂.回答下列问题：

（3）McMorris测定和计算了在136～180℃范围内下列反应的平衡常数Kp：

2NO（g）＋2ICl（g）2NOCl（g）＋I2（g） Kp1

2NOCl（g）2NO（g）＋Cl2（g） Kp2

得到lg Kp1～1T和lg Kp2～1T均为线性关系，如图4所示.

①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2，反应的ΔH_______0（填“大于”或“小于”）.

②2ICl（g）Cl2（g）＋I2（g）的K=_______（用Kp1、Kp2表示）；该反应的ΔH_______0（填“大于”或“小于”），写出推理过程_______.

思路分析 （3）①根据图像分析反应2NOCl（g）2NO（g）＋Cl2（g） Kp2，横坐标向右，数值（1T）增大，温度T降低，lgKp2减小，平衡逆向移动，即该反应为吸热反应，ΔH大于0；

②反应2ICl（g）Cl2（g）＋I2（g）的K＝p（I2）·p（Cl2）p2（ICl），Kp1＝

p（I2）·p2（NOCl）p2（NO）·p2（ICl）

，Kp2＝

p2（NO）·p（Cl2）p2（NOCl）

，由K、Kp1、Kp2的表达式可知K＝Kp1·Kp2，设T′＞T，由图可知：lgKp2（T′）-lgKp2（T）>lgKp1（T）-lgKp1（T′），则有：lgKp2（T′）＋lgKp1（T′）＞lgKp2（T）＋lgKp1（T），即lg［Kp2（T′）·Kp1（T′）］＞lg［Kp2（T）·Kp1（T）］，即K（T′）＞K（T），温度越高，反应2ICl（g）Cl2（g）＋I2（g）的K越大，说明平衡正向移动，即正反应为吸热反应，ΔH大于0；当温度降低相同的值时，lgKp1增大的幅度小于lgKp2减小的幅度，所以K＝Kp1·Kp2减小，所以反应2ICl（g）Cl2（g）＋I2（g）的ΔH大于0.

3 复合图像的图析与综合应用

一些难度系数较高的题目，在设置复合图像和题干时，可能会在相同的坐标系中增加曲线的数目，同时在图像中增加不同点位关系，通过数学计算进行数形分析，还会结合相关化学原理进行高难度的题干设置.

例3 （2022·全国·高二单元测试）天然水体中的H2CO3与空气中的CO2保持平衡.已知

Ksp（CaCO3）＝2.8×10-9，某溶洞水体中lgc（X）（X为H2CO3、HCO-3、CO2-3或Ca2+）与pH的关系如图5所示.下列说法正确的是（  ）.

A．曲线①代表CO2-3

B．pH＝10.3时，c（Ca2+）＝2.8×10-7.9 mol·L-1

C．c（Ca2+）随pH升高而增大

D．H2CO3的一级电离常数为10-8.3

答案 B

思路分析 根据图像可知，随着pH的增大，溶液碱性增強，HCO-3、CO2-3浓度都增大，而曲线①在pH很小时已产生，因此曲线①代表HCO-3，②代表CO2-3，③代表Ca2+.

由上述分析可知，曲线①代表HCO-3，A项错误；已知Ksp（CaCO3）＝2.8×10-9，根据图像，pH＝10.3时，c（HCO-3）＝c（CO2-3）＝10-1.1，则c（Ca2+）＝

Kspc（CO2-3）＝

2.8×10-910-1.1＝2.8×10-7.9 mol·L-1，B项正确；曲线③代表Ca2+，根据图像可知，c（Ca2+）随pH升高而减小，C项错误；曲线①为HCO-3，由点（6.3，-5）可知，H2CO3的一级电离常数Ka1＝c（H+）×c（HCO-3）c（H2CO3）＝1.0×10-63，D项错误.

参考文献：

［1］ 邱荣.基于科学核心素养的教学评价引领［M］.南京：南京师范大学出版社，2019.

［责任编辑：季春阳］

收稿日期：2023-09-05

作者简介：刘宇（1980-），男，四川省泸州人，本科，中学高级教师，从事高中化学教学研究.

基金项目：本文系四川省2020年度教育科研资助金项目一般课题“基于发展学生‘证据推理与模型认知素养的高中化学教学实践研究”（课题编号：SCJG20A101）；泸州市2021年“基于学科核心素养的高中化学‘教、学、评一体化教学研究”专项课题“基于高中化学学科核心素养的原创命题模型研究”（批准文号：泸教科［2021］82号）阶段成果