◇ 湖南 李銀秀

《普通高中化學課程標準(2017年版)》提出化學學科核心素養(yǎng)及其五個方面,其中證據(jù)推理與模型認知核心素養(yǎng)是指:“具有證據(jù)意識,能基于證據(jù)對物質組成、結構及其變化提出可能的假設,通過分析推理加以證實或證偽;建立觀點、結論和證據(jù)之間的邏輯聯(lián)系；認識到可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系,建立認知模型,并能運用模型解釋化學現(xiàn)象,解釋現(xiàn)象的本質和規(guī)律．”“素養(yǎng)立意”的化學命題非常注重對學生“證據(jù)推理”素養(yǎng)的考查．解決陌生復雜化學試題時,不僅要重視問題中的顯性條件,也要注重結合已有知識,挖掘隱含條件,完善證據(jù)鏈條,突破思維障礙．現(xiàn)以2020年1月浙江選考化學第28題為例,對如何解決此類問題作簡單探討．

1 高考原題

題目Ⅰ.由3種元素組成的化合物A,按圖1所示流程進行實驗．氣體B為純凈物,溶液C焰色反應為磚紅色,氣體E能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍．

圖1

請回答:

(1) 組成A的三種元素是________,A的化學式是________．

(2) 固體A與足量稀鹽酸反應的化學方程式是________．

Ⅱ.某興趣小組為探究H2S和Cl2O的性質,將2種氣體同時通入水中,實驗裝置如圖2所示.

圖2

請回答:

(1) 三頸燒瓶中出現(xiàn)淡黃色沉淀,溶液呈強酸性,用一個化學方程式表示________．

(2) 若通入水中的Cl2O已過量,設計實驗方案檢驗________．

2 試題分析

Ⅰ.(1) ① 怎樣推斷Ca元素與N元素的存在?

因為化合物A由3種元素組成,溶液C焰色反應為磚紅色,可知化合物A中含Ca2+,4.00 g沉淀F為CaCO3,則

所以1.90 g A中含n(Ca2+)為0.040 0 mol,m(Ca2+)=0.040 0 mol×40 g·mol-1=1.60 g．

以上是基于Ca元素的特征焰色和NH3的生成這兩個顯性證據(jù)進行推斷的．要完成后續(xù)分析推斷,需要挖掘隱含條件,運用有關思維方法,通過深度計算完善證據(jù)鏈條,突破思維障礙．

② 怎樣推斷H元素的存在且存在形式為H-？

若產生氣體B的反應為非氧化還原反應,A中可能含有無氧酸的弱酸酸根離子S2-,存在以下關系S2-～2H+～H2S,則

n(S2-)=n(H2S)=0.020 mol,
m(S2-)=0.020 mol×32 g·mol-1=0.64 g>0.30 g,

所以該假設不符合題意．

ⅱ.若為后者,則存在H-～H+～H2,n(H-)=n(H2)=0.020 mol,m(H-)=0.020 mol×1 g·mol-1=0.020 g,符合題意．

③ 怎樣推斷N元素以N3-形式存在?

根據(jù)A的質量可知,含N元素的陰離子質量為

1.90 g-1.60 g-0.020 g=0.28 g．

Ca2+與H-所帶單位正、負電荷分別為

0.040 mol×2=0.080 mol；
0.020 mol×1=0.020 mol,
0.080 mol-0.020 mol=0.060 mol.

共帶單位負電荷為0.020 mol×3=0.060 mol,符合題意．若N元素以NH2-存在,

⑤ 怎樣突破解決該小題的思維障礙?

⑥ 怎樣快速確定正確的推斷順序?

該小題的正確推理順序應該是敏銳捕捉試題中未告知NH3的物質的量,暗示推斷過程應該是根據(jù)A的質量、CaCO3的質量，分析出H2在標準狀況下的體積后,結合電荷守恒,推斷出含N元素陰離子的成分及物質的量,進而求出Ca2+、H-、 N3-的比值．可見,高考重視對接受、吸收及整合信息能力的考查,因此考生要默契地與命題者“對話”．

(2)Ca2HN可看作CaH2與Ca3N2以物質的量之比1∶1經(jīng)過復雜作用形成的CaH2·Ca3N2,從價態(tài)角度思考，根據(jù)異性相吸思想,容易推知CaH2+2HCl=CaCl2+2H2↑、Ca3N2+8HCl=3CaCl2+2NH4Cl,故易寫出方程式Ca2HN+5HCl=2CaCl2+H2↑+NH4Cl．

Ⅱ.(1)三頸燒瓶中出現(xiàn)的淡黃色沉淀為S,可見涉及反應為氧化還原反應,H2S為還原劑,Cl2O為氧化劑,Cl元素化合價降低,溶液呈強酸性,說明生成了HCl,據(jù)此寫出方程式2H2S+Cl2O=2S↓+2HCl+H2O．

(2)若通入水中的Cl2O已過量,因為Cl2O具有強氧化性,可與Cl2的檢驗類比．適量的Cl2能使?jié)駶櫟腒I-淀粉試紙變藍,若Cl2過量,因會發(fā)生反應5Cl2+I2+6H2O=10HCl+2HIO3，所以會使試紙變藍后再褪色．

答案Ⅰ. (1)Ca、H和N； Ca2HN.

(2)Ca2HN+5HCl=2CaCl2+H2↑+NH4Cl.

(3)4NH3+6HCHO→

(或C6H12N4)+6H2O.

Ⅱ.(1)2H2S+Cl2O=2S↓+2HCl+H2O.

(2)用玻璃棒蘸取清液,點到KI-淀粉試紙上,如果變藍(或變藍后再褪色),說明Cl2O過量.

3 試題解答的啟示

通過對該題的命題研究和詳細的解題過程分析,對我們產生如下啟示．

1)加強對新課標與新教材的研究,正確領會高考考點的設置意圖.

很多考生按照教師的要求只了解到鈉元素與鉀元素的特征焰色,結果導致該題第(1)問無法作答．值得注意的是,2017年全國卷Ⅳ(海南卷)第16題就考查了鋰元素的焰色．由于焰色實驗在進行元素的檢驗時靈敏度很高以及其他重要原因,2019年開始陸續(xù)出版的新教材對光譜分析的內容提出了更高的要求,這也許是該題將“鈣元素焰色為磚紅色”設置為解題突破口的重要原因．

2)深度挖掘課本蘊含的思想觀念方法,重視課本隱含知識的應用遷移.

3)科學理解證據(jù)推理與模型認知核心素養(yǎng),加強不同學科思想方法的融合.

《中國高考評價體系說明》中強調:高考考查的目的是“一核”,即“立德樹人、服務選才、引導教學”,考查的內容是“四層”,即“必備知識、關鍵能力、學科素養(yǎng)、核心價值”,考查的要求是“四翼”,即“基礎性、綜合性、應用性、創(chuàng)新性”，其中綜合性的要求是指高考強調融會貫通，因此在學習過程中學生要注意基礎知識內容之間、模塊內容之間、學科內容之間要相互關聯(lián)．有同學質疑假設討論的方法能作為證據(jù)推理嗎?答案是肯定的,這實質上相當于數(shù)學上的排除法、反證法,另外數(shù)學中的歸納法證明也是從舉例開始逐步推進深入的．可見,學科之間的深度融合,應體現(xiàn)在日常學習中,這對提高備考時的綜合能力大有裨益．

展現(xiàn)正確思路是“證實”的過程,剖析錯誤思路是“證偽”的過程．我們在解答試題時,不僅要善于總結所學元素單質及其化合物知識、氧化還原反應、復分解反應、元素周期表、元素周期律、反應歷程、反應中的能量變化、反應速率、化學平衡等知識,還需基于結構、類別、價態(tài)等選擇正確全面的思維角度和認識路徑,完善證據(jù)鏈條,也要在解決問題中勇于展現(xiàn)不正確的思維角度和思維路徑,要做好典型錯誤的深度分析和反思感悟,突破思維障礙,從而能從多角度深刻理解必備知識、形成關鍵能力、發(fā)展學科素養(yǎng)．學習中要逐步養(yǎng)成良好的認知方式和思維習慣,找到錯誤的根源,不斷提高思維品質,洞察問題本質,有效提升分析和解決問題的能力．