基于證據(jù)推理類化學試題解題策略

曹 坤

(江蘇省南京市燕子磯中學 210038)

“證據(jù)推理”是高中化學學科核心素養(yǎng)之一，2017年版普通高中化學課程標準中的闡釋是“初步學會收集各種證據(jù)，對物質(zhì)的性質(zhì)及其變化提出可能的假設(shè)；基于證據(jù)進行分析推理，證實或證偽假設(shè)；能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定形成科學結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑”.可見，化學核心素養(yǎng)中的“證據(jù)推理”實質(zhì)是“基于證據(jù)的推理”.作為選拔性考試的化學高考，考查學生能否從化學視角認識客觀事物，以及是否具備有效解決化學問題的能力和品格，是化學高考的一項重要考查目標.“基于證據(jù)推理類試題”無疑是對這種能力和品格考查的一類具有良好區(qū)分度的試題，這類試題在近幾年的高考試題中多有出現(xiàn)，特別是江蘇高考化學試題將此類試題融合在綜合探究類試題中，是考查化學核心素養(yǎng)高階水平的亮點題型.

一、認識“基于證據(jù)推理類化學試題”

基于證據(jù)推理類化學試題多以化工生產(chǎn)或化學科學的實際應用或化學科學實驗研究為情境，以真實情境下實際問題為測試載體，要求考生對提供的化學事實(證據(jù))進行分析判斷或解釋.

例1(2018年江蘇高考20題第(4)小題)在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應生成N2.將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應器中反應(裝置如圖1所示).

反應相同時間NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如圖2所示，在50～250℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是____；當反應溫度高于380℃時，NOx的去除率迅速下降的原因可能是____.

該題以利用新型催化劑去除大氣中的NOx污染物真實的實驗研究為背景，要求考生根據(jù)題中相關(guān)信息，運用物質(zhì)性質(zhì)和化學變化的規(guī)律，對NOx的去除率隨反應溫度變化的實驗事實做有理有據(jù)的分析和解釋，即基于證據(jù)(化學事實)進行推理.

二、“基于證據(jù)推理類化學試題”解題策略

基于證據(jù)的推理中，“證據(jù)”是指能夠證明某事物真實性的有關(guān)事實或材料，“推理”是思維的一種基本形式，具體指由一個或幾個已知判斷(前提)推出新判斷(結(jié)論)的過程.這就要求首先要收集充足的、有根據(jù)的事實性證據(jù)材料，再通過分析、抽象概括和歸納演繹等思維形式得出相關(guān)結(jié)論.

基于證據(jù)推理類化學試題中的證據(jù)應包含兩個方面：一是直接證據(jù)，即試題情境中的化學事實(信息)，二是間接證據(jù)，即他人已經(jīng)經(jīng)過觀察和研究得出的有關(guān)規(guī)律以及被無數(shù)實驗事實證實的原理、定律、結(jié)論和推論等，間接證據(jù)既有在化學學習中獲得的知識經(jīng)驗，也有在化學學科學習形成的化學基本觀念.推理就是將題中信息、化學知識、化學觀念與試題中的化學事實間進行關(guān)聯(lián)，借助理論思維和邏輯推理在因與果之間搭橋.具體解題步驟和思維模型如下：

解題步驟思維模型 1.根據(jù)設(shè)問明確研究對象(體系)中存在的微粒、條件、包含的化學原理等;2.在題中找出與設(shè)問相關(guān)的信息;3.依據(jù)已有化學知識和經(jīng)驗,結(jié)合化學基本觀念對信息進行加工處理;4.尋找題中信息、化學知識、化學觀念與化學事實間的關(guān)聯(lián);5.在因與果之間搭橋;6.解答并自我評價.

分析(2018年江蘇高考20題第(4)小題(題干見上))本題可以把與設(shè)問相關(guān)的內(nèi)容從以下4個方面進行羅列：

(1)化學事實：

反應相同時間，NOx的去除率0～50℃、50～150℃、150～380℃、高于380℃等4個溫度段出現(xiàn)了不同的變化趨勢.

(2)題中信息：

相關(guān)化學反應：有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應生成N2；反應條件：將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應器中(非封閉體系)；

(3)化學觀念：

化學反應中元素守恒；相同時間內(nèi)NOx的去除率的變化與化學反應速率加快以及轉(zhuǎn)化得到的產(chǎn)物相關(guān)(即產(chǎn)物是否是無污染的N2).

(4)知識經(jīng)驗：

①溫度升高，反應速率加快.

②催化劑能極大地加快化學反應速率.

③催化劑都具有一定的活性最強的溫度范圍(催化劑的活性溫度).

④NH3具有還原性，一定條件下可被O2、NOx等物質(zhì)氧化.

題設(shè)問題1是要求解釋在50～250℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因，對比0～50℃NOx的去除率上升緩慢，在50～150℃去除率迅速上升，結(jié)合我們已有的知識經(jīng)驗中的②和③，不難推出此時催化劑發(fā)揮了很好的催化作用，在150～250℃去除率上升又變緩慢了，應該是催化劑的活性減弱了，由此，可作出的合理推斷為：迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使NOx去除反應速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應速率增大；題設(shè)問題2是要求解釋當反應溫度高于380℃時NOx的去除率迅速下降的原因，NOx的去除率一種可能是NOx轉(zhuǎn)化為N2的反應速率變慢，二是從已形成的化學變化的觀念分析，此階段可能發(fā)生了生成NOx的反應，結(jié)合題中“將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體”信息和已有知識經(jīng)驗④，可作出的合理推斷為：催化劑活性下降，NH3與O2反應生成了NO.

基于證據(jù)推理類化學試題凸顯對化學學科本質(zhì)特征和化學學科思維的考查，解題時，需要將題中信息、已有知識經(jīng)驗和化學學科的基本觀念與實驗事實進行整合關(guān)聯(lián)，建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系.這類試題往往以真實情境下復雜體系中物質(zhì)轉(zhuǎn)化為載體，涉及到基本反應規(guī)律、反應條件、能量、速率、限度等，要求考生對物質(zhì)的轉(zhuǎn)化具有以下基本認識：①物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律是守恒(元素、原子、電子、能量)；②物質(zhì)轉(zhuǎn)化會伴隨能量轉(zhuǎn)化；③物質(zhì)轉(zhuǎn)化有速率和限度(反應可調(diào))；④物質(zhì)轉(zhuǎn)化是在一定條件下發(fā)生的，與量有關(guān)(反應可控)；⑤物質(zhì)轉(zhuǎn)化往往是在復雜的體系環(huán)境下進行，存在競爭(反應復雜)；⑥物質(zhì)轉(zhuǎn)化生成的新物質(zhì)與體系環(huán)境相關(guān)(微粒存在形式與環(huán)境相關(guān))；解題時把這些基本認識及題中信息與題中的化學事實進行關(guān)聯(lián)即可順利作出合理推斷.