數形結合　素養立意

沈鋒

一、題型概述

化學反應原理最容易失分的是圖像題，原因是圖像的呈現方式變得越來越新穎，如試題中涉及的圖像已不僅僅是速率與簡單的化學平衡，研究體系也已不是單純的氣相體系，往往根據實際工業生產，更多的是研究復雜液相反應體系，坐標參數也不再局限于時間、溫度、壓強、速率、轉化率、百分含量，而是有更多的變量，像物質的量之比、氣體分壓或離子濃度的對數或負對數等，分析投料比、轉化率、產率的變化。這樣的變化使試題新穎，信息量增大的同時，也增大了試題的難度，讀懂圖形變得更困難。多變量圖像題是高考考查的一個方向和趨勢，它是指在一個坐標系中存在多個變量的圖像，此類題的特點是：一方面信息量大，考查了讀圖能力；另一方面多變量的存在，考查了分析推理能力，在新課標高考中受到命題者的青睞。

二、構建思維模型

第一步：識別圖像類型。

需要界定縱坐標參數與橫坐標參數，把握點與線的內在聯系。

（1）看面：仔細審讀坐標系，清晰縱、橫坐標分別所代表的意義，結合有關化學原理知識解析。

（2）看線：①理清坐標系曲線的變化趨勢，關注變化趨勢和變化的拐點，關注正、逆反應，從而判斷反應特點；②明確拐點具有的意義。比如，在轉化率-時間圖像上，曲線先到達拐點便會取得平衡，對其推理和剖析后可以發現，曲線可以反映出壓強大和濃度大的情況。

（3）看點：①觀察清楚起點，對指向生成物或指向反應物加以明確，生成物濃度不斷增大，而反應物濃度不斷減??；②注重終點。比如，對于濃度一時間圖像，應把握終點部分增加的生成物與消耗的反應物，與相關原理相結合開展判斷和推理才能得出結果。

第二步：把握反應特點。

分析可逆反應對應的化學方程式，觀察物質的狀態、反應前后氣態物質化學計量數和的變化、反應的放吸熱等。

第三步：聯系結合平衡原理。

聯系結合化學反應速率、平衡移動原理，特別是反應的影響因素及反應實現的前提條件等。

第四步：數形結合解答。

化學原理知識與圖像的整合，逐一進行圖表參數研究，重視圖表能夠滿足化學平衡移動原理和可逆反應特性。

三、典題分析

b.體系壓強不變

c.氣體平均相對分子質量不變

d.氣體密度不變

（2）處于這一溫度，如果在起始狀態將4.0mol N2、12.0mol H，分別充入該容器，反應達到平衡時，c（H2）-t曲線上體現為點____（選填圖標中字母）。

解析 （l）①a項，3v正（N2）=v逆（H2）的狀態是平衡狀態，所以v正（N2）=3v逆（Hz）的狀態不是平衡狀態，故a錯誤；b項，該反應正向氣體分子數減小，恒溫恒容條件下，若反應正向進行、氣體物質的量減小、壓強降低，所以體系壓強不變時達到平衡狀態，故b正確；c項，體系中各物質均為氣體，氣體質量不變，恒溫恒容條件下，反應正向進行、氣體物質的量減小，氣體平均相對分子質量增大，所以氣體平均相對分子質量不變時達到平衡狀態，故c正確；d項，體系中各物質均為氣體，氣體質量不變，恒溫恒容條件下，氣體平均密度始終不變，故氣體平均密度不變，不能判定反應已達到平衡狀態，故d錯誤；選bc。

（2）由圖可知，將2.00mol N2和6.00mol H2充入1L密閉容器中，達到平衡時，c（H2）=3mol/L，即E點；若起始充入4.00mol N2和12.00molH2，是恒容容器中充入的2.00mol N2和6.00molH2的2倍，相當加壓、反應速率加快、先達到平衡狀態，但加壓時平衡正向移動，使c（H2）小于6mol/L。圖像分析如圖3所示。

四、歸納總結

1.外界條件給可逆反應的逆反應速率和正反應速率帶來的影響（見表1）

反應方向存在一致性，但影響程度未必保持一致。

2.化學平衡的主要影響因素（見表2）

五、方法論證

1.關于化學平衡移動方向解析

客觀來講，化學平衡狀態屬于恒定物質參數的一種狀態，化學平衡移動的主要原因在于條件變化使得化學反應方向變化；化學平衡移動導致有關狀態參數發生改變，不過化學平衡移動未必改變部分化學平衡狀態參數，其參數改變的趨勢也不具有恒定性。因此，化學平衡移動方向主要由正反應速率、逆反應速率變化產生的具體變化量所決定，這樣一來，化學平衡移動方向在本質上由v（正）、v（逆）內在聯系所決定；變化條件的瞬間如果存在組分參數改變的情況，如平衡常數K、濃度商Q出現變化，則化學平衡一定會移動。由此不難得出，把v（正）、v（逆）內在聯系和平衡常數K、濃度商Q內在聯系當成辨別平衡移動方向、平衡移動的依據具有一定合理性，若以此來判斷平衡的移動，可能產生結果的偏差。

2.關于幾類不能用平衡移動原理解釋的問題分析

（1）如果外界的條件出現變化，不管平衡向正反應方向移動還是向逆反應方向移動，都難以讓外界條件改變得到本質上的削弱，此時平衡未移動。例如反應：反應前、反應后氣體系數和不變，當外界壓強增大或減小時，平衡無論正向或逆向移動都不能減弱壓強的改變，故對于該反應，壓強改變，平衡不發生移動。

（2）無論是正催化劑，還是負催化劑，都會使正反應速率、逆反應速率出現相同程度的變化，因此催化劑無法導致化學平衡移動。

3.圖形結合的一般思路及方法

（1）分析圖像縱、橫坐標軸上的數據，觀察圖像上曲線的走向和變化趨勢。

（2）若圖像上的曲線有2條或者2條以上時，注意觀察和理解曲線的交點和拐點所代表的意義，先出現拐點的“溫度高或壓強大”。

（3）若圖像中有3個變量時，應“定1議2”。

（4）加入催化劑或對反應前后氣體分子數不變的反應改變壓強，平衡不移動，但會改變到達平衡的時間。

（5）曲線斜率大表示反應速率快，可能是升溫、加壓或使用催化劑。

（6）綜合運用勒夏特列原理解決問題。

從設置問題的角度看，題目往往是圍繞某一個主題，有多個小題，從多方面提出問題，每個小題不一定有必然的關聯，目的是考查不同的化學反應原理知識?？v觀近幾年的高考試題，不難發現命題點主要有以下幾點：①化學反應速率和化學平衡的分析，化學平衡常數的表達式及計算、反應物轉化率的分析及計算，反應條件的選擇；②溶液中的離子濃度關系、酸堿中和滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定以及各平衡常數的關系、計算和應用等。

試題的旱現方式，敘述、圖像、圖表等多種形式相結合，以選題或填空的方式提出問題，從而實現對學生的從圖表獲取信息的能力、審題能力、計算能力、文字表述能力、對化學用語的應用能力的考查，而且還可以很好的聯系生產生活實際，體現由理論到應用的轉化過程，同時也能很好地體現“變化觀念與平衡思想”和“宏觀辨識與微觀探析”化學核心素養內容的落實。

（收稿日期：2024-02-28）