数形结合　素养立意

沈锋

一、題型概述

化学反应原理最容易失分的是图像题，原因是图像的呈现方式变得越来越新颖，如试题中涉及的图像已不仅仅是速率与简单的化学平衡，研究体系也已不是单纯的气相体系，往往根据实际工业生产，更多的是研究复杂液相反应体系，坐标参数也不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率、百分含量，而是有更多的变量，像物质的量之比、气体分压或离子浓度的对数或负对数等，分析投料比、转化率、产率的变化。这样的变化使试题新颖，信息量增大的同时，也增大了试题的难度，读懂图形变得更困难。多变量图像题是高考考查的一个方向和趋势，它是指在一个坐标系中存在多个变量的图像，此类题的特点是：一方面信息量大，考查了读图能力；另一方面多变量的存在，考查了分析推理能力，在新课标高考中受到命题者的青睐。

二、构建思维模型

第一步：识别图像类型。

需要界定纵坐标参数与横坐标参数，把握点与线的内在联系。

（1）看面：仔细审读坐标系，清晰纵、横坐标分别所代表的意义，结合有关化学原理知识解析。

（2）看线：①理清坐标系曲线的变化趋势，关注变化趋势和变化的拐点，关注正、逆反应，从而判断反应特点；②明确拐点具有的意义。比如，在转化率-时间图像上，曲线先到达拐点便会取得平衡，对其推理和剖析后可以发现，曲线可以反映出压强大和浓度大的情况。

（3）看点：①观察清楚起点，对指向生成物或指向反应物加以明确，生成物浓度不断增大，而反应物浓度不断减小；②注重终点。比如，对于浓度一时间图像，应把握终点部分增加的生成物与消耗的反应物，与相关原理相结合开展判断和推理才能得出结果。

第二步：把握反应特点。

分析可逆反应对应的化学方程式，观察物质的状态、反应前后气态物质化学计量数和的变化、反应的放吸热等。

第三步：联系结合平衡原理。

联系结合化学反应速率、平衡移动原理，特别是反应的影响因素及反应实现的前提条件等。

第四步：数形结合解答。

化学原理知识与图像的整合，逐一进行图表参数研究，重视图表能够满足化学平衡移动原理和可逆反应特性。

三、典题分析

b.体系压强不变

c.气体平均相对分子质量不变

d.气体密度不变

（2）处于这一温度，如果在起始状态将4.0mol N2、12.0mol H，分别充入该容器，反应达到平衡时，c（H2）-t曲线上体现为点____（选填图标中字母）。

解析 （l）①a项，3v正（N2）=v逆（H2）的状态是平衡状态，所以v正（N2）=3v逆（Hz）的状态不是平衡状态，故a错误；b项，该反应正向气体分子数减小，恒温恒容条件下，若反应正向进行、气体物质的量减小、压强降低，所以体系压强不变时达到平衡状态，故b正确；c项，体系中各物质均为气体，气体质量不变，恒温恒容条件下，反应正向进行、气体物质的量减小，气体平均相对分子质量增大，所以气体平均相对分子质量不变时达到平衡状态，故c正确；d项，体系中各物质均为气体，气体质量不变，恒温恒容条件下，气体平均密度始终不变，故气体平均密度不变，不能判定反应已达到平衡状态，故d错误；选bc。

（2）由图可知，将2.00mol N2和6.00mol H2充入1L密闭容器中，达到平衡时，c（H2）=3mol/L，即E点；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，相当加压、反应速率加快、先达到平衡状态，但加压时平衡正向移动，使c（H2）小于6mol/L。图像分析如图3所示。

四、归纳总结

1.外界条件给可逆反应的逆反应速率和正反应速率带来的影响（见表1）

反应方向存在一致性，但影响程度未必保持一致。

2.化学平衡的主要影响因素（见表2）

五、方法论证

1.关于化学平衡移动方向解析

客观来讲，化学平衡状态属于恒定物质参数的一种状态，化学平衡移动的主要原因在于条件变化使得化学反应方向变化；化学平衡移动导致有关状态参数发生改变，不过化学平衡移动未必改变部分化学平衡状态参数，其参数改变的趋势也不具有恒定性。因此，化学平衡移动方向主要由正反应速率、逆反应速率变化产生的具体变化量所决定，这样一来，化学平衡移动方向在本质上由v（正）、v（逆）内在联系所决定；变化条件的瞬间如果存在组分参数改变的情况，如平衡常数K、浓度商Q出现变化，则化学平衡一定会移动。由此不难得出，把v（正）、v（逆）内在联系和平衡常数K、浓度商Q内在联系当成辨别平衡移动方向、平衡移动的依据具有一定合理性，若以此来判断平衡的移动，可能产生结果的偏差。

2.关于几类不能用平衡移动原理解释的问题分析

（1）如果外界的条件出现变化，不管平衡向正反应方向移动还是向逆反应方向移动，都难以让外界条件改变得到本质上的削弱，此时平衡未移动。例如反应：反应前、反应后气体系数和不变，当外界压强增大或减小时，平衡无论正向或逆向移动都不能减弱压强的改变，故对于该反应，压强改变，平衡不发生移动。

（2）无论是正催化剂，还是负催化剂，都会使正反应速率、逆反应速率出现相同程度的变化，因此催化剂无法导致化学平衡移动。

3.图形结合的一般思路及方法

（1）分析图像纵、横坐标轴上的数据，观察图像上曲线的走向和变化趋势。

（2）若图像上的曲线有2条或者2条以上时，注意观察和理解曲线的交点和拐点所代表的意义，先出现拐点的“温度高或压强大”。

（3）若图像中有3个变量时，应“定1议2”。

（4）加入催化剂或对反应前后气体分子数不变的反应改变压强，平衡不移动，但会改变到达平衡的时间。

（5）曲线斜率大表示反应速率快，可能是升温、加压或使用催化剂。

（6）综合运用勒夏特列原理解决问题。

从设置问题的角度看，题目往往是围绕某一个主题，有多个小题，从多方面提出问题，每个小题不一定有必然的关联，目的是考查不同的化学反应原理知识。纵观近几年的高考试题，不难发现命题点主要有以下几点：①化学反应速率和化学平衡的分析，化学平衡常数的表达式及计算、反应物转化率的分析及计算，反应条件的选择；②溶液中的离子浓度关系、酸碱中和滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定以及各平衡常数的关系、计算和应用等。

试题的旱现方式，叙述、图像、图表等多种形式相结合，以选题或填空的方式提出问题，从而实现对学生的从图表获取信息的能力、审题能力、计算能力、文字表述能力、对化学用语的应用能力的考查，而且还可以很好的联系生产生活实际，体现由理论到应用的转化过程，同时也能很好地体现“变化观念与平衡思想”和“宏观辨识与微观探析”化学核心素养内容的落实。

（收稿日期：2024-02-28）