淺談高考關于化學反應機理圖示題的考查

◎ 伍賢玲

化學反應機理圖示題的考查較早出現在2014 年江蘇高考的非選擇題中。試題以將H2S和空氣的混合氣體通入FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中反應回收S 為背景，展示物質轉化圖，考查了元素化合價、氧化還原計算和條件的改進等知識點。近幾年各地高考題也出現這樣的化學反應機理圖示題，考查物質變化和能量變化。圖示題形象地展示真實的反應歷程、清晰地表達復雜的反應機理，符合新高考要求，體現化學核心素養中的宏觀辨識與微觀探析，從不同層次認識物質的多樣性，以及由微觀和宏觀相結合的視角分析和解決實際問題，全面考查學生的能力。所以，在備考過程中要給予高度關注與重視。

反應機理是化學中用來描述某一化學變化所經由的全部基元反應，就是把一個復雜反應分解成若干個基元反應，然后按照一定規律組合起來，從而達到闡述復雜反應的內在聯系，以及總反應與基元反應內在聯系之目的。機理詳細描述了每一步轉化的過程，包括過渡態的形成，鍵的斷裂和生成，以及各步的相對速率大小等[1]。化學反應機理圖示題通常是把反應物、產物、中間產物和催化劑等相關物質以箭頭、曲線的形式連接。所以對于反應機理圖的分析，最重要的是判斷反應物、產物、中間產物以及催化劑。一般來說，在機理圖中，進去的箭頭表示反應物，出來的箭頭表示最終生成物，既有進去又有出來的箭頭表示為催化劑或反應條件，其余可以看成中間物種。

2020年全國Ⅰ卷、Ⅱ卷均出現了該類題型。Ⅰ卷題干中明確指出，銠配合物充當催化劑的作用，用于催化甲醇羰基化。根據反應機理圖中“進去的箭頭表示反應物，出來的箭頭表示最終生成物”可知，反應物除甲醇(CH3OH)外還需要CO，最終產物是乙酸(CH3CO2H)，可以確定甲醇羰基化的反應方程式為CH3OH+CO=CH3CO2H，即B 選項正確。由于CO 出現在圖形的左下角，很容易被學生忽略從而導致解題困難。在歷程中，即非反應物、產物又非催化劑的物質如CH3COI、CH3I 以及各種配離子等，都可視作中間體，故A 選項正確。C 選項反應過程中Rh 的成鍵數目可以關注與Rh相關的配離子，發現成鍵數目有4、5、6三種情況，所以C 選項不正確。根據圖中間這一部分可以確定反應中間體CH3COI 與水作用生成的HI，可以使甲醇轉化為CH3I 和水，即D選項正確。最后確定本題答案選C。

2020 年全國Ⅱ卷的第11 題和Ⅰ卷第10 題相似度極高，同樣也考查了催化加反應過程中Fe的成鍵數目。但不同之處是，題干文字“Fe(CO)5催化某反應”并沒有直接指出任何反應物，只能根據圖示尋找。根據進去的箭頭表示反應物、出來的箭頭表示最終生成物、其余可以看成中間物種(催化劑除外)”，確定CO、H2O為反應物，最終產物是CO2和H2。OH—有進入的箭頭也有出去的箭頭，說明OH—參與了該催化循環，可以看成另一個催化劑或反應條件，這個地方很容易讓學生混淆不清。可以確定本題答案選C，該反應不是消耗溫室氣體CO2，反而是生成了溫室氣體CO2。

以上兩道高考真題都具有基于分析化學反應機理圖實現問題解決的特點，除此之外，還有一個特點值得關注——物質結構。化學反應機理圖中均出現了催化劑和中間產物的空間結構，選項中也出現了催化和中間產物的成鍵數目的考查。基于新高考后“物質結構和性質”和“有機化學基礎”都作為選擇性必修課程的情況，教學中更應該重視物質結構的介紹，尤其是配位化合物和有機化合物的空間結構。