策略指導(dǎo)(二)　面對(duì)抽象難懂的“曲線圖像”應(yīng)強(qiáng)化圖像題的審析技能

策略指導(dǎo)(二)面對(duì)抽象難懂的“曲線圖像”，

應(yīng)強(qiáng)化圖像題的審析技能化學(xué)曲線圖像可以直觀地表示化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)中的過(guò)程變化，在數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的同時(shí)，還能揭示變化特點(diǎn)與變化規(guī)律，圖像常涉及化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、電解質(zhì)溶液等內(nèi)容。這類問(wèn)題是高考的熱點(diǎn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)、失分點(diǎn)。學(xué)生常因不能準(zhǔn)確判讀圖像信息而找不到解題的“著力點(diǎn)”。化學(xué)圖像種類繁多、創(chuàng)新頻現(xiàn)，逐一解讀不可能窮盡一切，也不利于學(xué)生通性通法的建立，編者力求將理論、圖像、實(shí)際變化三者有機(jī)結(jié)合，形成分析化學(xué)圖像的一般思路和方法。一、從識(shí)別圖像構(gòu)成要素開始[過(guò)程體驗(yàn)](以常見酸堿中和滴定曲線圖像的分析為例)[例1]如圖是鹽酸與氫氧化鈉溶液滴定過(guò)程的曲線圖像(25℃，錐形瓶中裝入的溶液10mL)。請(qǐng)說(shuō)出你從曲線圖像中獲取到的主要信息。解讀：根據(jù)起點(diǎn)或pH變化，確定錐形瓶中裝的是堿，即NaOH溶液；根據(jù)起點(diǎn)的pH，確定c(NaOH)＝0.1mol·L－1；根據(jù)鹽酸溶液體積為10mL時(shí)達(dá)到滴定突變點(diǎn)(恰好中和點(diǎn))，結(jié)合化學(xué)方程式計(jì)算得出c(HCl)＝0.1mol·L－1。[達(dá)成目標(biāo)]通過(guò)讓學(xué)生自主分析，明確該實(shí)驗(yàn)需要關(guān)注物質(zhì)和反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作。物質(zhì)的分析要關(guān)注試劑名稱和類別、試劑用量(體積、濃度)，酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)要關(guān)注錐形瓶和滴定管中分別裝了什么溶液。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注圖像坐標(biāo)軸、起點(diǎn)、突變點(diǎn)，結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式，將曲線拆分為“中和”和“過(guò)量”兩個(gè)階段；用簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的語(yǔ)言表示該滴定過(guò)程，即“向10mL0.1mol·L－1NaOH溶液中逐滴滴入0.1mol·L－1鹽酸至過(guò)量”。[例2]鹽酸與氨水相互滴定過(guò)程的曲線如圖所示(25℃，錐形瓶中裝入的溶液為10mL)。請(qǐng)說(shuō)出你從曲線圖像中獲取到的主要信息。解讀：兩個(gè)圖對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程分別是“向氨水中滴入鹽酸”和“向鹽酸中滴入氨水”；但分析溶液濃度時(shí)，應(yīng)從圖(右)起點(diǎn)pH分析，即c(HCl)＝0.1mol·L－1，通過(guò)計(jì)算得出氨水濃度為0.1mol·L－1。所得結(jié)果與圖(左)不矛盾。[達(dá)成目標(biāo)]感受同樣是酸堿中和反應(yīng)，但“強(qiáng)酸和強(qiáng)堿反應(yīng)”與“弱堿和強(qiáng)酸反應(yīng)”的圖像不同，由此形成規(guī)律化認(rèn)知：試劑的類別不同和性質(zhì)強(qiáng)弱不同會(huì)導(dǎo)致圖像不同。[系統(tǒng)認(rèn)知]明確圖像的構(gòu)成要素為“兩軸三點(diǎn)一線”橫軸是因(自變量)，是主動(dòng)變化的；縱軸是果(因變量)，是被動(dòng)變化的；變化的邏輯必須要符合理論規(guī)律和實(shí)際反應(yīng)特點(diǎn)。坐標(biāo)軸x軸外界條件變化y軸反應(yīng)體系變化關(guān)鍵點(diǎn)起點(diǎn)變化沒(méi)有開始特殊點(diǎn)交叉點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、極值點(diǎn)、突變點(diǎn)終點(diǎn)變化結(jié)束或達(dá)到平衡態(tài)曲線多點(diǎn)連線變化趨勢(shì)[遷移應(yīng)用]1．常溫下，用0.10mol·L－1NaOH溶液分別滴定20.00mL濃度均為0.10mol·L－1溶液HA和HB溶液所得滴定曲線如圖。下列說(shuō)法正確的是(

)A．由圖可知HB為強(qiáng)酸，HA為弱酸B．點(diǎn)③是HB溶液的滴定終點(diǎn)，滴定過(guò)程可選用石蕊作為指示劑C．常溫下，Ka(HA)＝10－11D．點(diǎn)①所示溶液中：

c(A－)>c(HA)答案：C

解析：由初始?xì)潆x子濃度可知，兩種酸均發(fā)生部分電離，所以HB和HA均為弱酸，但前者酸性大于后者，A錯(cuò)誤；當(dāng)加入堿的體積是20mL時(shí)達(dá)到滴定終點(diǎn)，生成的鹽是強(qiáng)堿弱酸鹽，所以應(yīng)該用酚酞作指示劑，B錯(cuò)誤；點(diǎn)①所示溶液中溶質(zhì)是等物質(zhì)的量的HA和NaA混合溶液，若不考慮鹽類的水解和弱酸的電離，則c(A－)＝c(HA)，此時(shí)溶液顯堿性，所以水解大于電離，水解過(guò)程生成酸，即c(A－)<c(HA)，D錯(cuò)誤。2．常溫下，用0.1000mol·L－1NaOH溶液滴定20mL0.1000mol·L－1H3PO3溶液，溶液pH與滴入NaOH溶液的體積間的關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)答案：C

解析：從滴定曲線上可知H3PO3的pH大于1小于2，則為弱酸，由滴定曲線出現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，則為二元弱酸，A正確；40mL后隨著NaOH溶液的滴入，水的電離程度逐漸減小，C錯(cuò)誤；二、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，通過(guò)圖像的形成和變換，建立圖像的分析思路[過(guò)程體驗(yàn)](以定性與定量分析化學(xué)曲線圖像為例)[例1]觀察常溫下用0.1mol·L－1KOH溶液滴定10mL0.1mol·L－1HA溶液的滴定曲線。(1)請(qǐng)分析曲線，盡可能多地說(shuō)出從曲線中獲得的信息或推論。解讀：①根據(jù)文字信息和圖示，再結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式“KOH＋HA===KA＋H2O”分析實(shí)驗(yàn)操作為“向10mL0.1mol·L－1HA溶液中滴加0.1mol·L－1KOH溶液至過(guò)量”；②根據(jù)起點(diǎn)確定HA為弱酸；③根據(jù)b點(diǎn)橫坐標(biāo)的體積確定為“半點(diǎn)”，溶質(zhì)為HA和KA，且物質(zhì)的量恰好相等，溶液呈酸性；④根據(jù)c點(diǎn)pH確定該點(diǎn)為中性點(diǎn)；⑤根據(jù)d點(diǎn)體積確定該點(diǎn)為恰好中和點(diǎn)，所得溶質(zhì)為KA，溶液呈堿性，也能說(shuō)明HA為弱酸。[達(dá)成目標(biāo)]分析圖像時(shí)，結(jié)合曲線構(gòu)成要素，優(yōu)先關(guān)注坐標(biāo)軸和點(diǎn)；對(duì)坐標(biāo)軸必須關(guān)注是什么樣的物理量、單位、刻度，對(duì)點(diǎn)需要關(guān)注坐標(biāo)數(shù)據(jù)，這些是定量分析的前提。同時(shí)，需要將曲線的趨勢(shì)與理論、實(shí)際變化相結(jié)合，進(jìn)行定性的分析。(2)在下圖繪制上述反應(yīng)中各溶質(zhì)物質(zhì)的量隨KOH溶液體積的變化曲線。解讀：根據(jù)方程式“KOH＋HA===KA＋H2O”與溶液的濃度和體積，確定KOH溶液以0mL為起點(diǎn)，10.00mL時(shí)為恰好中和點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程溶質(zhì)HA從0.001mol變?yōu)?mol，溶質(zhì)KA從0mol變?yōu)?.001mol。再滴加KOH溶液，KA物質(zhì)的量不變，KOH在增加，最終得到如圖所示曲線。[達(dá)成目標(biāo)]引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到同樣的反應(yīng)、同樣的操作，改變坐標(biāo)軸后圖像則不同。認(rèn)識(shí)到操作、試劑、坐標(biāo)軸等都會(huì)影響圖像的呈現(xiàn)結(jié)果；但圖像的構(gòu)成要素和內(nèi)在的邏輯卻保持不變。從讀懂圖到繪制圖的過(guò)程是加深理解圖像的過(guò)程，提升的是定性定量分析水平及對(duì)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的多角度、多層次的認(rèn)識(shí)水平。(3)若HA是CH3COOH，分析上述反應(yīng)中CH3COOH的物質(zhì)的量(濃度)分?jǐn)?shù)曲線圖(見下圖)確定不同pH時(shí)微粒存在的主要形式和微粒物質(zhì)的量(濃度)分?jǐn)?shù)的變化原因；計(jì)算電離平衡常數(shù)Ka。[達(dá)成目標(biāo)]理解微粒物質(zhì)的量(濃度)分布分?jǐn)?shù)曲線為平衡狀態(tài)下的曲線，可借助分布分?jǐn)?shù)曲線分析微粒的存在形式和量的情況；學(xué)會(huì)依據(jù)pH和化學(xué)反應(yīng)(反應(yīng)物的量在減少，生成物的量在增加)尋找微粒存在的主要形式；借助交點(diǎn)計(jì)算電離平衡常數(shù)；能將曲線走勢(shì)與滴定過(guò)程建立聯(lián)系。同時(shí)，對(duì)曲線圖像的研究從一條過(guò)渡到多條。(1)起始時(shí)n(N2)∶n(H2)＝1∶3，N2的起始濃度為0.4mol·L－1，達(dá)到平衡時(shí)濃度為0.3mol·L－1，分別繪制出c(N2)-t、c(H2)-t、c(NH3)-t、各組分濃度-t曲線圖像。解讀：①結(jié)合三段式分別計(jì)算各物質(zhì)的起始濃度和平衡濃度，畫出對(duì)應(yīng)的曲線圖像，結(jié)果如圖所示。②經(jīng)過(guò)平移曲線將三條線合并到一個(gè)圖像上，如圖所示。[達(dá)成目標(biāo)]通過(guò)繪制合成氨反應(yīng)中各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的曲線，從一條線→兩條線→三條線合為一張圖的過(guò)程，認(rèn)識(shí)到一個(gè)圖像中呈現(xiàn)多條曲線的條件是橫縱坐標(biāo)相同；體現(xiàn)的是同一反應(yīng)中，從不同角度(速率、平衡)思考問(wèn)題，表現(xiàn)的是反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)的變化規(guī)律。分析復(fù)雜圖像時(shí)要學(xué)會(huì)圖像的拆解，化繁為易，針對(duì)解題。(2)繪制出不同壓強(qiáng)下，平衡狀態(tài)時(shí)氨氣物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)隨溫度變化大致趨勢(shì)的圖像(如圖1)，將幾個(gè)圖合并成一個(gè)圖(如圖2)。思考并回答：多因素、多條線放在一個(gè)圖中，價(jià)值是什么？解讀：①根據(jù)勒夏特列原理，相同壓強(qiáng)時(shí)，平衡時(shí)氨氣的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)隨溫度升高而減小，溫度相同時(shí)，壓強(qiáng)越大平衡態(tài)氨氣物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)越大。②將三個(gè)不同壓強(qiáng)的曲線合并在一個(gè)“平衡態(tài)氨氣物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)隨溫度變化”的坐標(biāo)圖中時(shí)，學(xué)生開始關(guān)注三條曲線相對(duì)高低的問(wèn)題。[達(dá)成目標(biāo)]理解同一圖像中有多條曲線可以是因?yàn)橛貌煌镔|(zhì)來(lái)表示反應(yīng)過(guò)程，也可以是因?yàn)榉謩e用曲線來(lái)表示不同因素對(duì)反應(yīng)的影響。多條曲線在同一圖像中更容易進(jìn)行比較分析，有助于綜合考慮各種因素來(lái)優(yōu)化條件。(3)比較下圖中p1、p2、p3、p4、p5的大小關(guān)系。多因素多條曲線如何分析？解讀：需要在相同溫度下來(lái)比較壓強(qiáng)的大小，可做垂直輔助線(350℃)；增大壓強(qiáng)時(shí)，依據(jù)勒夏特列原理，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，依據(jù)所給反應(yīng)氣體減小的方向?yàn)檎磻?yīng)方向，即該平衡正移，平衡混合物中氨的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)增大。因此，氨的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)增大對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)越大，從而得出p1＞p2＞p3＞p4＞p5的結(jié)論。[達(dá)成目標(biāo)]理解多條曲線在同一圖像中的分析方法：選擇一條曲線或做輔助線進(jìn)行變量控制。明確在繪圖時(shí)，需要通過(guò)確定坐標(biāo)值來(lái)確定關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)的連線形成曲線。A．ΔH<0B．p1>p2>p3C．N點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)均大于M點(diǎn)D．T1

℃、p3壓強(qiáng)下，Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的v正>v逆答案：C

解析：由圖可知，隨溫度升高CO的平衡轉(zhuǎn)化率下降，說(shuō)明升溫平衡逆向移動(dòng)，則正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，ΔH<0，故A正確；該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，減小壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，壓強(qiáng)由p3→p2→p1過(guò)程中CO轉(zhuǎn)化率增大，可知平衡正向移動(dòng)，則壓強(qiáng)：p1>p2>p3，故B正確；N、M點(diǎn)溫度相同，則K相同，故C錯(cuò)誤；T1

℃、p3壓強(qiáng)下M點(diǎn)為平衡狀態(tài)，Q點(diǎn)轉(zhuǎn)化率低于平衡轉(zhuǎn)化率，則反應(yīng)正向進(jìn)行，v正>v逆，故D正確。A．T1>T2B．a(chǎn)、b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)Ka>KbC．a(chǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的體系中，反應(yīng)從開始到平衡的2min內(nèi)，v(H2O)＝0.16mol·L－1·min－1D．b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的體系中，m＝1.8答案：D

解析：已知反應(yīng)為放熱反應(yīng)，b、c點(diǎn)的投料比相同，溫度低，平衡向正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率高。b的轉(zhuǎn)化率高，所以T1溫度低，A錯(cuò)誤；反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則平衡常數(shù)減小，則Ka<Kb，B錯(cuò)誤；a點(diǎn)時(shí)X＝1.0，此時(shí)C2H4(g)與H2O(g)的物質(zhì)的量相等，即m＝2，據(jù)圖中信息列三段式：三、通過(guò)曲線圖像的變化趨勢(shì)，探究“知識(shí)理論”與“實(shí)際反應(yīng)”間的因果關(guān)系，獲取解題有用信息[過(guò)程體驗(yàn)](以復(fù)雜變化過(guò)程曲線圖像的分析與繪制為例)[例1]分析H2CO3水溶液中含碳微粒(不考慮CO2)在不同pH時(shí)的物質(zhì)的量(濃度)百分?jǐn)?shù)圖像(見下圖)，指出各曲線分別代表什么微粒，并解釋說(shuō)明。[例2]繪制“向10mL0.1mol·L－1碳酸鈉(pH≈11)溶液中滴入0.1mol·L－1鹽酸”曲線，結(jié)合H2CO3水溶液中含碳粒子(不考慮CO2)的物質(zhì)的量(濃度)百分?jǐn)?shù)圖像(見下圖)，確定兩個(gè)滴定突變點(diǎn)(所加鹽酸的體積、pH)。③向Na2CO3溶液中繼續(xù)滴加過(guò)量鹽酸。反應(yīng)①、反應(yīng)②恰好結(jié)束時(shí)對(duì)應(yīng)的鹽酸體積分別為10mL、20mL，即兩個(gè)突變點(diǎn)的橫坐標(biāo)。經(jīng)討論，要確定兩個(gè)突變點(diǎn)的縱坐標(biāo)，需要結(jié)合“H2CO3水溶液中含碳粒子(不考慮CO2)的物質(zhì)的量(濃度)百分?jǐn)?shù)圖像”。反應(yīng)①起點(diǎn)pH≈11，故起點(diǎn)為右側(cè)第一條粗實(shí)線；反應(yīng)①的終點(diǎn)、反應(yīng)②的起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)是百分含量最大的位置，即中間的粗實(shí)線位置