高中化學(xué)解題中的逆向思維探究

曹江梅

(新疆阿勒泰地區(qū)第二高級中學(xué),新疆 阿勒泰 836500)

高中化學(xué)現(xiàn)已成為重點建設(shè)學(xué)科之一,其學(xué)習(xí)內(nèi)容較為復(fù)雜,在化學(xué)解題過程中要注意思維模式的轉(zhuǎn)換,即正向、逆向思維并用.若是遇到正向思維無法解決的難題,可從題目的對立面出發(fā),以逆向思維進行化學(xué)難題的思考,便可擺脫傳統(tǒng)解題過程中思維的局限性,這對于化學(xué)難題的解答無疑有著很大的幫助[1].下述結(jié)合一些常見化學(xué)題型中應(yīng)用逆向思維進行解答,以此幫助拓展學(xué)生思維,更好地達到化學(xué)教學(xué)基本目標(biāo).

1 逆向思維概述

逆向思維又稱反向思維,即在解題中從結(jié)論出發(fā),推導(dǎo)得出前提條件的一種思維方式.高中化學(xué)是為培養(yǎng)學(xué)生獨特思維方式的一門學(xué)科,逆向思維的運用可獲得意料之外的結(jié)果,因而隨著新一輪課程教育改革的實施,逆向思維在化學(xué)課程考試中的應(yīng)用也是愈發(fā)廣泛.

2 逆向思維在高中化學(xué)不同類型題目解題中的實際應(yīng)用探討

2.1 化學(xué)選擇題中逆向思維的運用

選擇題作為高中化學(xué)最為常見的題型之一,其題目特點便是已經(jīng)給出問題對應(yīng)的答案,需要從所給的選項中選擇正確答案,因而運用逆向思維解題必然更具優(yōu)勢.當(dāng)運用正向思維難以解題時,則可嘗試運用逆向思維,即將選擇題所給選項一一帶入原題目之中,以此快速確定各個選項答案是否與原題相符,最終排除錯誤答案,得到正確的選項[2].

例題1 如圖1所示化合物A、B、C、D、E、X均為中學(xué)常見無機物,且所含元素均為短周期元素,圖示為這些無機化合物之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,其中略去了部分生產(chǎn)物和反應(yīng)物條件.則下述推斷錯誤的是( ).

圖1 合成路線

圖1 無機化合物之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

B. 若D為CO,且C與E能發(fā)生反應(yīng),則化合物A一定為Na2O2

C. 若D為白色沉淀,且與A摩爾質(zhì)量相等,則相應(yīng)的X一定為鋁鹽

D. 若X為碳酸鈉,C為含極性鍵的分子,則A一定為氯氣,且無機物D與E能發(fā)生反應(yīng)

例題2(2021年新課標(biāo)Ⅰ卷)298 K時,在20.0 mL 0.10 mol·L-1氨水中滴入0.10 mol·L-1的鹽酸.溶液的pH與所加鹽酸體積關(guān)系圖如圖2所示.其中0.10 mol·L-1的氨水電離度為1.32%,以下有關(guān)表述正確的選項為( ).

圖2 溶液的pH與所加鹽酸體積關(guān)系圖

A.該滴定過程應(yīng)選擇酚酞作為指示劑

B.M點對應(yīng)的鹽酸體積為20.0 mL

D.N點處的溶液中pH<12

2.2 化學(xué)方程式配平題中逆向思維的運用

化學(xué)方程式配平是常見的化學(xué)題型,也是高中化學(xué)中要求學(xué)生必須掌握的內(nèi)容.在配平過程中,很多情況下都需要從生成物入手進行配平,由此可以顯著簡化化學(xué)方程式配平過程,加快配平速度[3].

例題3配平下列化學(xué)方程式:

_Cu3P+_H3PO4+_H2SO4

分析對該化學(xué)方程式進行分析可知,其屬于典型的氧化還原反應(yīng)方程式.由反應(yīng)物及生成物價態(tài)變化分析可知,P4在反應(yīng)中既作氧化物,又作還原物,CuSO4則作氧化劑.氧化還原反應(yīng)方程式的配平主要是從化合物價態(tài)變化及原子數(shù)量兩方面進行,若是正向進行配平,則需將P4進行拆分,不論是從化合物價態(tài)還是物料守恒角度出發(fā),都難以進行配平操作.而若是從生成物出發(fā)進行配平,則可從化合物價態(tài)變化首先確定Cu3P、H3PO4氧化產(chǎn)物及還原產(chǎn)物之間的計量關(guān)系.即經(jīng)分析可知生成物化合價變化分別為Cu(+1)→Cu(+2),P(-3)→P(0),P(+5)→P(0),若設(shè)Cu3P、H3PO4化學(xué)計量數(shù)分別為x、y,則根據(jù)化合價變化可得關(guān)系式6x=5y,以此初步填寫上述化學(xué)方程式為:

5Cu3P+6H3PO4+H2SO4

然后將計量數(shù)均化為整數(shù),并依照物料守恒原則配平H2O、H2SO4即可完成該化學(xué)方程式配平的全部工作.最終得到本題答案如下:

20Cu3P+24H3PO4+60H2SO4

經(jīng)由上述分析可知,化學(xué)方程式配平題采用逆向思維更容易解題,尤其是類似例題歧化反應(yīng)的配平,若從反應(yīng)物出發(fā)正向配平,則需將歧化反應(yīng)物進行拆分,雖也能解出最終結(jié)果,但所花費的時間遠超逆向思維從生成物出發(fā)配平.

2.3 有機合成路線探究類型題逆向思維的運用

有機合成路線探究是高中化學(xué)學(xué)習(xí)中的重難點,這類題對于學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)知識掌握程度及思維能力都有著較高的要求.對于有機合成路線等綜合性題目而言,若是一味地以正向思維進行解題,即從所給反應(yīng)物直接推斷合成產(chǎn)物的路線,通常需要多次試錯,在耗費大量時間的同時也很難得出最終的結(jié)果.對此,在有機合成路線教學(xué)中,需貫徹逆向思維,從最終產(chǎn)物逆推合成路線,由此可以削減大多數(shù)題目的難度,且利于學(xué)生多角度解題,下述則以具體例題為例,具體分析高中化學(xué)有機合成路線探究題中逆向解題思維的運用[4].

例題4苯乙酸芐酯為花香型香料,其結(jié)構(gòu)簡式如下:

以苯甲醇作為起始原料,設(shè)計一條制備苯乙酸芐酯的合成路線.

試題解析本題目為典型的高中化學(xué)有機合成路線題,在已知合成原料為苯甲醇,制備物為苯乙酸芐酯的條件下,便可從制備物出發(fā)逆推至合成原料.在了解了苯乙酸芐酯結(jié)構(gòu)簡式的基礎(chǔ)上,向前推一步,可知在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中,合成酯類有機物最常用的方法便是酸醇脫水縮合,因而從箭頭位置斷開可初步推斷上一步有機物為苯乙酸和苯甲醇.

繼續(xù)由苯乙酸回推,考慮到最終合成物為苯甲醇,要保持C基結(jié)構(gòu)一致,則前兩步物質(zhì)可以分別為氯化芐、甲基苯氰.由此便基本明晰了該有機合成具體路線[5],如圖1所示.

該有機合成路線題還屬于高中化學(xué)有機合成中較為簡單的題目,對于更復(fù)雜的有機合成路線探究題,則逆向思維的運用更為重要.尤其是在給定多種合成原料的情況下,若是正向推斷需逐一進行試推,一旦學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握不牢固,則耗費大量時間的同時也難以得到正確結(jié)果,長期如此很容易影響到學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的信心及興趣,因而逆向思維的培養(yǎng)及運用也是必要的[6].