基于學(xué)生信息素養(yǎng)提升的圖形信息題的解讀策略與方法

陳方

摘要：分析闡述了高中生化學(xué)學(xué)習(xí)中需要形成的信息素養(yǎng)，對高考化學(xué)題中典型圖形信息題舉例并作了分類和解析，對每類題中信息呈現(xiàn)方式與解讀策略方法作了一般性歸納和總結(jié)，在識圖、析圖和用圖的學(xué)習(xí)過程中，不斷提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和分析解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：圖形；信息；解讀；策略與方法

文章編號：1008-0546（2016）02-0000-00 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.02.000

一、有關(guān)背景

1922年，澳大利亞梅耶委員會（Mayer Committee）指出：核心素養(yǎng)是個體高效率的參與工作與融入社會所不可或缺的基本素養(yǎng)。指向能以整合的方式將知識和技能應(yīng)用于情境中，并提出了七大核心素養(yǎng)分支：收集、分析和整理信息的能力；交流思想和信息的能力；計(jì)劃和組織活動的能力，與他人合作的能力；運(yùn)用數(shù)學(xué)方法與數(shù)學(xué)技術(shù)的能力；解決問題的能力；使用技術(shù)手段的能力。

信息素養(yǎng)是現(xiàn)代公民全面素質(zhì)的重要組成部分。高中教育的目的之一就是為高中生終生學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定基礎(chǔ)[1]。《高中化學(xué)新課程理念與實(shí)施》中提到“讓學(xué)生在探索、發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的主動學(xué)習(xí)的過程中體驗(yàn)科學(xué)探究的歷程，通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)、操作、調(diào)查、信息搜集與處理、表達(dá)與交流等，自主、獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)問題所在，培養(yǎng)了搜集和處理信息的能力[2]……”。

當(dāng)今社會已進(jìn)入一個信息多元化的時代，每天我們會接觸到如波濤洶涌般襲來的各種各樣的海量信息，高中化學(xué)學(xué)習(xí)中同樣要面對并處理形式各異的信息。普通高中《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》在第二部分“課程目標(biāo)”“二、過程與方法”中有如下陳述：3.在化學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)會運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、查閱資料等多種手段獲取信息，并運(yùn)用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進(jìn)行加工[3]。2015年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試（選修科目）（化學(xué)科）在“二、考試內(nèi)容及要求”“（一）素養(yǎng)與能力要求”的“2.形成信息素養(yǎng)”中有如下表述：（1）能通過對自然界、生產(chǎn)、生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中化學(xué)現(xiàn)象，以及相關(guān)模型、數(shù)據(jù)和圖形等的觀察，獲取有關(guān)感性知識和印象，并運(yùn)用分析、比較、概括、歸納、推理等方法對所獲取的信息進(jìn)行初步加工和應(yīng)用。（2）能夠敏捷、準(zhǔn)確地獲取試題所給的相關(guān)信息，并與已有知識整合，在分析評價的基礎(chǔ)上應(yīng)用新信息[4]。這不僅指明了學(xué)生獲取信息的具體途徑及形成信息素養(yǎng)的方法，同時對高考中如何考查學(xué)生信息素養(yǎng)與能力（特別是獲取及應(yīng)用新信息）有了具體、細(xì)致、規(guī)范的要求。

二、圖形信息題分類及解讀策略與方法

1. 電化學(xué)裝置圖

例1【2011江蘇高考20（4）】電解尿素[CO（NH2）2]的堿性溶液制氫的裝置示意圖見圖1（電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極）。電解時，陽極的電極反應(yīng)式為 。

解析：據(jù)題示反應(yīng)物為尿素[CO（NH2）2]，電解質(zhì)為堿性溶液（KOH）的信息，再由圖中可知陽極放出N2（生成物）。由尿素的組成得到N元素化合價為-3價，由電荷守恒及原子守恒，不難得到答案為：CO（NH2）2+8OH—-6e—=CO32—+N2↑+6H2O

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略方法：此類試題，一般會在題干和圖中提供一些與電極反應(yīng)或總反應(yīng)相關(guān)的信息。解題時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注兩極反應(yīng)物、產(chǎn)物、電子流向（電源正負(fù)極）、電極材料、隔膜類型（H+、OH-、氣體等）、電解質(zhì)類型（溶液或熔融物）、電解質(zhì)溶液酸堿性等重要信息。通過整合相關(guān)信息并結(jié)合有關(guān)守恒原理，寫出有關(guān)電極反應(yīng)式或總反應(yīng)式，據(jù)此再進(jìn)行分析判斷。

練習(xí)1【2014江蘇高考20（1）】硫化氫的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。由硫化氫獲得硫單質(zhì)有多種方法。

（1）將燒堿吸收H2S后的溶液加入到如如圖2所示的電解池的陽極區(qū)進(jìn)行電解。電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng)：S2-—2e-S （n—1）S+ S2-Sn2-

①寫出電解時陰極的電極反應(yīng)式： 。

②電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì)，其離子方程式可寫成： 。

2. 溶解度表

例2【2011江蘇高考19（2）】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0.15（相關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線見圖3）。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。

解析：首先觀察溶解度曲線，發(fā)現(xiàn)縱坐標(biāo)有左右兩個，但問題中涉及的物質(zhì)的溶解度均與左邊縱坐標(biāo)有關(guān)。由溶解度曲線可知，NH4ClO4屬于溶解度變化“陡升型”類物質(zhì)，而NaCl則屬于“緩升型”類物質(zhì)，且混合溶液中NH4ClO4相對于NaCl含量較多（其實(shí)溶液中也含有少量NaClO4和NH4Cl）。故要得到較多NH4ClO4晶體，應(yīng)先制成其飽和溶液，再利用NH4ClO4的溶解度隨溫度變化較快的特點(diǎn)，通過冷卻使其析出（此時NaCl析出較少）。若不能達(dá)到產(chǎn)品的純度要求，可再重復(fù)實(shí)驗(yàn)（重結(jié)晶），直到符合要求為止。參考答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，冰水洗滌。

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略方法：此類試題，一般在題中提供相關(guān)物質(zhì)（有時會有干擾物質(zhì)）的溶解度變化的信息，如上題中“緩升型”“陡升型”的信息，有時還會有一些特殊的情況，如Ca（OH）2為溶解度變化“下降型”物質(zhì)，少數(shù)物質(zhì)還會在某溫度時達(dá)到溶解度最大值（如下練習(xí)2），要求分析判斷獲得（提純）物質(zhì)的方法。解決此類問題的方法是：從溶解度曲線中讀出相關(guān)物質(zhì)的溶解度隨溫度變化特點(diǎn)的信息（有時需排除無關(guān)物質(zhì)的干擾），厘清不同溶解度變化類物質(zhì)與分離提純方法的關(guān)系，得到所需的物質(zhì)。如上題中欲從混合溶液中獲得較多NaCl晶體，可采取的操作為：加熱蒸發(fā)、趁熱過濾、（乙醇）洗滌。

練習(xí)2【2015江蘇高考18（3）】從圖4可以看出，從MnSO4和MgSO4混合溶液中結(jié)晶MnSO4·H2O晶體，需控制結(jié)晶溫度范圍為 。

3. 反映物質(zhì)組成或成分變化的圖形

例3【2011江蘇高考20（3）】H2O的熱分解也可得到H2，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)系如圖5所示。圖中A、B表示的物質(zhì)依次是

。

解析：由圖示（體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系）曲線的升降可知：因約2000K后，φ（H2O）在下降，φ（H2）和φ（O2）在上升，說明H2O在約2000K以上分解產(chǎn)生H2和O2。約3500K以上φ（H2）和φ（O2）逐漸下降，至約5000K時，φ（H2O）及φ（H2）和φ（O2）均接近0，而此間φ（A）和φ（B）上升到最大值后不再變化，說明溫度上升到一定階段后，H2和O2也各自發(fā)生分解最終得到A和B。對照最終φ（A）∶φ（B）=2∶1的特點(diǎn)，根據(jù)H2O分子中n（H）∶n（O）=2∶1的實(shí)際，確定A、B分別為H、O（或氫原子、氧原子）。此題的分析推斷過程，很好地體現(xiàn)了定性與定量相結(jié)合的化學(xué)學(xué)科思想在具體問題中的運(yùn)用。

例4【2012江蘇高考20（2）】鎂鋁合金（Mg17Al12 ）是一種潛在的貯氫材料，可在氬氣保護(hù)下，將一定化學(xué)計(jì)量比的Mg、Al 單質(zhì)在一定溫度下熔煉獲得。該合金在一定條件下完全吸氫的反應(yīng)方程式為Mg17Al12+17H2=17MgH2+12Al。得到的混合物Y（17MgH2 +12Al）在一定條件下可釋放出氫氣。

③在0.5 mol·L-1NaOH 和1.0 mol·L-1 MgCl2溶液中，混合物Y 均只能部分放出氫氣，反應(yīng)后殘留固體物質(zhì)的X-射線衍射譜圖如圖6所示（X-射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在，不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同）。在上述NaOH溶液中，混合物Y中產(chǎn)生氫氣的主要物質(zhì)是 （填化學(xué)式）。

解析：本題給出了殘留固體物質(zhì)的X-射線衍射譜圖的相關(guān)信息。從題中提供的關(guān)于X-射線衍射譜圖特點(diǎn)的信息及高中化學(xué)所學(xué)到的相關(guān)知識看，譜圖中衍射峰實(shí)際上反映了各種晶態(tài)物質(zhì)存在狀況。由上半幅譜圖可知，混合物Y（含MgH2和Al，分別用□和△表示）與NaOH溶液作用后，□依然明顯存在，而△未出現(xiàn)。故此時與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的主要物質(zhì)是Al。至于下半幅譜圖存在的原因，其一是體現(xiàn)問題的完整性，其二是作為干擾信息而出現(xiàn)。

例5【2013江蘇高考20（3）】磷的重要化合物NaH2PO4、Na2HPO4和Na3PO4可通過H3PO4與NaOH溶液反應(yīng)獲得，含磷各物種的分布分?jǐn)?shù)（平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù)）與pH 的關(guān)系如圖7所示。

①為獲得盡可能純的NaH2PO4，pH應(yīng)控制在 ；pH=8時，溶液中主要含磷物種濃度大小關(guān)系為

。

②Na2HPO4溶液顯堿性，若向溶液中加入足量的CaCl2溶液，溶液則顯酸性，其原因是

（用離子方程式表示）。

解析：①本題提供了H3PO4與NaOH溶液反應(yīng)時，得到的三種鈉鹽及H3PO4的分布分?jǐn)?shù)（縱坐標(biāo)）與pH（橫坐標(biāo)）關(guān)系的信息。若要獲得盡可能純的NaH2PO4，顯然應(yīng)使NaH2PO4的分布分?jǐn)?shù)盡可能大（接近1.0），由圖知，pH應(yīng)控制在4～5.5之間（答介于此區(qū)間內(nèi)的任意值或區(qū)間均可）。第二空，在圖中橫坐標(biāo)中找出pH=8的點(diǎn)，作橫坐標(biāo)的垂線，與曲線中相交有兩點(diǎn)，兩點(diǎn)的縱坐標(biāo)分別代表HPO42-和H2PO4-的分布分?jǐn)?shù)。顯然，答案為c（HPO42-）>c（H2PO4-）。

②題中已表達(dá)Na2HPO4與CaCl2反應(yīng)后溶液呈酸性的信息，故反應(yīng)不應(yīng)是簡單的復(fù)分解（因生成CaHPO4沉淀和呈中性的NaCl，與題意不符）。觀察分析Na2HPO4的成分，反應(yīng)中若產(chǎn)生H+方可與題意對應(yīng)，則HPO42-應(yīng)通過電離產(chǎn)生H+和PO43-，PO43-與Ca2+結(jié)合產(chǎn)生Ca3（PO4）2沉淀【其實(shí)質(zhì)是PO43-與Ca2+結(jié)合產(chǎn)生Ca3（PO4）2沉淀，促進(jìn)了HPO42-的電離】。答案為：3Ca2++2HPO42-Ca3（PO4）2↓+2H+

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略方法：此類試題一般在題中出現(xiàn)有關(guān)物質(zhì)組成或成分的二維坐標(biāo)系信息。解題時應(yīng)根據(jù)各類圖像的特點(diǎn)，找出反映物質(zhì)組成或成分變化的相關(guān)規(guī)律或定量關(guān)系，判斷、分析或計(jì)算出物質(zhì)的組成、成分或?qū)懗鲇嘘P(guān)反應(yīng)。

練習(xí)3【2014江蘇高考20（3）】H2S在高溫下分解生成硫蒸汽和H2。若反應(yīng)在不同溫度下達(dá)到平衡時，混合氣體中各組分的體積分?jǐn)?shù)如圖8所示，H2S在高溫下分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。

練習(xí)4【2014南京二模20（3）】采用球磨法制備Al與LiBH4的復(fù)合材料，并對Al-LiBH4體系與水反應(yīng)產(chǎn)氫的特性進(jìn)行下列研究：

①圖9為25℃水浴時每克不同配比的Al-LiBH4復(fù)合材料與水反應(yīng)產(chǎn)生H2體積隨時間變化關(guān)系圖。由圖9可知，下列說法正確的是 （填字母）。

a. 25℃時，純鋁與水不反應(yīng)

b. 25℃時，純LiBH4與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣

c. 25℃時，Al-LiBH4復(fù)合材料中LiBH4含量越高，1 000s內(nèi)產(chǎn)生氫氣的體積越大

②圖10為25℃和75℃時，Al-LiBH4復(fù)合材料[ω（LiBH4）=25%]與水反應(yīng)一定時間后產(chǎn)物的X-射線衍射圖譜（X-射線衍射可用于判斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在，不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同）。

從圖10分析，25℃時Al-LiBH4復(fù)合材料中與水完全反應(yīng)的物質(zhì)是 （填化學(xué)式），產(chǎn)生Al（OH）3的化學(xué)方程式為 。

練習(xí)5【2014鹽城期中20（3）】氯化銅溶液中銅

各物種的分布分?jǐn)?shù)（平衡時某物種的濃度占各物種濃度

之和的分?jǐn)?shù)）與c（Cl-） 的關(guān)系如圖11所示。

①當(dāng)c（Cl-）=9mol·L-1時，溶液中主要的3種含銅物種濃度大小關(guān)系為 。

②在c（Cl-）=1mol·L-1的氯化銅溶液中，滴入AgNO3溶液，含銅物種間轉(zhuǎn)化的離子方程式為 （任寫一個）。

4. 反映分子組成特點(diǎn)的圖形

例6【2013江蘇高考20（4）】磷的化合物三氯氧磷（）與季戊四醇（）以物質(zhì)的量之比2∶1反應(yīng)時，可獲得一種新型阻燃劑中間體X，并釋放出一種酸性氣體。季戊四醇與X 的核磁共振氫譜如圖12所示。

①酸性氣體是 （填化學(xué)式）。

②X的結(jié)構(gòu)簡式為 。

解析：①此題提供了有關(guān)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)中反應(yīng)物間物質(zhì)的量之比、相關(guān)物質(zhì)的核磁共振氫譜的信息。由題中反應(yīng)產(chǎn)生酸性氣體，結(jié)合所給出的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與成分信息，可分析得出：氣體應(yīng)為HCl（由季戊四醇與三氯氧磷發(fā)生取代反應(yīng)而得）。

②對照題中的第二幅核磁共振氫譜圖，經(jīng)分析知X應(yīng)只含有一種H，因季戊四醇有兩種H（其分子中含四個-OH和四個-CH2-），故該題中的反應(yīng)應(yīng)是季戊四醇分子中的四個-OH上的所有H原子與兩分子三氯氧磷中的各兩個Cl原子（共四個Cl原子）結(jié)合生成HCl，其余部分結(jié)合得到X，故X的結(jié)構(gòu)簡式為： 。

信息呈現(xiàn)方式與解讀策略方法：此類試題一般在題中提供反應(yīng)前后有關(guān)物質(zhì)的核磁共振氫譜圖等圖譜。在核磁共振氫譜圖中，特征峰的數(shù)目反映了有機(jī)物分子中氫原子化學(xué)環(huán)境的種類；不同特征峰的強(qiáng)度比（或特征峰的高度比）反映了不同化學(xué)環(huán)境氫原子的數(shù)目比。由此可分析推斷出有關(guān)物質(zhì)分子中氫原子種類與數(shù)目的信息，再結(jié)合其它條件或信息，可得到有關(guān)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

練習(xí)6 【2014南京一模20（2）】一種有機(jī)鎂化合物可用于制造光學(xué)元件的涂布液，化學(xué)式可表示為：，它可發(fā)生如下反應(yīng)：

ROH與B的核磁共振氫譜如圖13所示。

ROH是由C、H、O、F四種元素組成的含氟有機(jī)物，分子中只有1個氧原子，所有氟原子化學(xué)環(huán)境相同，相對分子質(zhì)量為168，則ROH的結(jié)構(gòu)簡式為

； B的結(jié)構(gòu)簡式為 。

5. 其它二維坐標(biāo)系類圖形

例7【南京2015考前模擬題20-1（2）】用CO還原焙燒氧化鐵時，溫度的變化對還原焙燒產(chǎn)物影響很大。圖14是不同溫度下還原焙燒過程中固體中Fe和O的百分含量變化示意圖（其中A、B、D為純凈物，C、E、F為兩種物質(zhì)組成的混合物，F(xiàn)中有一種物質(zhì)為Fe）：

根據(jù)圖中信息可知，C點(diǎn)物質(zhì)主要成分是：

（填化學(xué)式）；D→E過程發(fā)生的反應(yīng)為：

；用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時，溫度最好控制在570℃左右的原因是： 。

解析：首先分析橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)代表的量及其關(guān)系，得出氧化鐵被CO還原隨著溫度升高而得到不同產(chǎn)物的關(guān)系。進(jìn)而根據(jù)橫坐標(biāo)Fe或O的百分含量結(jié)合A、B、D為純凈物的提示信息，分析計(jì)算判斷出A～B為Fe2O3，D為Fe3O4；C為Fe3O4和Fe2O3混合物，F(xiàn)為Fe3O4和Fe混合物；而E中除了Fe3O4外，另外一種物質(zhì)含鐵量要比Fe3O4高又不是Fe，分析得出它是FeO。所以，A→B過程Fe2O3沒有被還原；B→D的過程為Fe2O3被還原為Fe3O4的過程；D→E的過程為Fe3O4被還原為FeO過程；D→F的過程為Fe3O4被還原為Fe的過程。因此，用CO還原焙燒氧化鐵煉鐵時，溫度最好控制在570℃左右的原因是：溫度太低，氧化鐵被還原為四氧化三鐵，不能得到鐵；溫度太高，氧化鐵被還原為氧化亞鐵，且多消耗能源。

參考答案：Fe3O4和Fe2O3；Fe3O4+CO3FeO+CO2溫度太低，氧化鐵被還原為四氧化三鐵，不能得到鐵；溫度太高，氧化鐵被還原為氧化亞鐵，且多消耗能源。

信息呈現(xiàn)方式：二維坐標(biāo)曲線圖是數(shù)學(xué)方法中函數(shù)類圖形的y-x曲線圖。這類圖形大多以時間、溫度、元素百分含量、pH值等量為橫坐標(biāo)，以物質(zhì)的某種性質(zhì)和特征等為縱坐標(biāo)，以二維坐標(biāo)系曲線來表示物質(zhì)的變化。它能借助簡單的線條走向，巧妙地表達(dá)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、現(xiàn)象與化學(xué)原理等方面較為復(fù)雜的過程，考查學(xué)生對圖形含義的理解，圖形信息的收集與處理及曲線與文字的相互轉(zhuǎn)化等方面的綜合能力。

解讀的基本策略與步驟方法：

1. 看圖：一看縱橫坐標(biāo)含義；二看特殊點(diǎn)（起點(diǎn)、拐點(diǎn)、落點(diǎn)）；三看變化趨勢（規(guī)律）；四看曲線之間的關(guān)系。

2. 分析：分析圖像中隱含的信息，找出數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)點(diǎn)。將其加工成化學(xué)語言，同時聯(lián)系化學(xué)概念、化學(xué)原理等，從而快速解決問題。

3. 答題：針對題意運(yùn)用圖形特征解決相關(guān)問題。

三、結(jié)語

縱觀近幾年的各地高考化學(xué)試題，每年都有以圖形方式呈現(xiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及各類信息的試題。要求學(xué)生在獲取信息后對相關(guān)化學(xué)現(xiàn)象、事實(shí)作出合理解釋，在分析推理基礎(chǔ)上作出合理的判斷或得出正確的結(jié)論。試題的新穎度、難度和區(qū)分度在一定程度上都借助于圖形的創(chuàng)新得以體現(xiàn)。圖形題將數(shù)據(jù)、圖線與化學(xué)問題融為一體，信息量大，信息加工涉及諸如信息的尋找、選擇、整理、重組、應(yīng)用等各方面。因此要學(xué)會了解圖形所呈現(xiàn)的化學(xué)含義，掌握化學(xué)圖形最基本的剖析方法，從中提煉出相關(guān)的信息，嘗試應(yīng)用圖形分析解決化學(xué)問題，表述自己的思路與思維的結(jié)果。這樣不僅可以提高自己的識圖能力，更能通過這個過程訓(xùn)練與優(yōu)化思維策略，加深對化學(xué)基礎(chǔ)知識、基本理論的理解，更好地解決化學(xué)實(shí)際問題，不斷提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和綜合運(yùn)用能力。

附練習(xí)題參考答案：

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