基于證據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)

“證據推理”是高中化學學科核心素養之一，2017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，對物質的性質及其變化提出可能的假設；基于證據進行分析推理，證實或證偽假設；能解釋證據與結論之間的關系，確定形成科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑”.可見，化學核心素養中的“證據推理”實質是“基于證據的推理”.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分度的試題，這類試題在近幾年的高考試題中多有出現，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高階水平的亮點題型.

一、認識“基于證據推理類化學試題”

基于證據推理類化學試題多以化工生產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)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，要求考生根據題中相關信息，運用物質性質和化學變化的規律，對NOx的去除率隨反應溫度變化的實驗事實做有理有據的分析和解釋，即基于證據(化學事實)進行推理.

二、“基于證據推理類化學試題”解題策略

基于證據的推理中，“證據”是指能夠證明某事物真實性的有關事實或材料，“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(結論)的過程.這就要求首先要收集充足的、有根據的事實性證據材料，再通過分析、抽象概括和歸納演繹等思維形式得出相關結論.

基于證據推理類化學試題中的證據應包含兩個方面：一是直接證據，即試題情境中的化學事實(信息)，二是間接證據，即他人已經經過觀察和研究得出的有關規律以及被無數實驗事實證實的原理、定律、結論和推論等，間接證據既有在化學學習中獲得的知識經驗，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聯，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.根據設問明確研究對象(體系)中存在的微粒、條件、包含的化學原理等;2.在題中找出與設問相關的信息;3.依據已有化學知識和經驗,結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聯;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))本題可以把與設問相關的內容從以下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個溫度段出現了不同的變化趨勢.

(2)題中信息：

相關化學反應：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NOx的去除率的變化與化學反應速率加快以及轉化得到的產物相關(即產物是否是無污染的N2).

(4)知識經驗：

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等物質氧化.

題設問題1是要求解釋在50～250℃范圍內隨著溫度的升高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，結合我們已有的知識經驗中的②和③，不難推出此時催化劑發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，此階段可能發生了生成NOx的反應，結合題中“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.

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