基于证据推理类化学试题解题策略

曹 坤

(江苏省南京市燕子矶中学 210038)

“证据推理”是高中化学学科核心素养之一，2017年版普通高中化学课程标准中的阐释是“初步学会收集各种证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设；基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径”.可见，化学核心素养中的“证据推理”实质是“基于证据的推理”.作为选拔性考试的化学高考，考查学生能否从化学视角认识客观事物，以及是否具备有效解决化学问题的能力和品格，是化学高考的一项重要考查目标.“基于证据推理类试题”无疑是对这种能力和品格考查的一类具有良好区分度的试题，这类试题在近几年的高考试题中多有出现，特别是江苏高考化学试题将此类试题融合在综合探究类试题中，是考查化学核心素养高阶水平的亮点题型.

一、认识“基于证据推理类化学试题”

基于证据推理类化学试题多以化工生产或化学科学的实际应用或化学科学实验研究为情境，以真实情境下实际问题为测试载体，要求考生对提供的化学事实(证据)进行分析判断或解释.

例1(2018年江苏高考20题第(4)小题)在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2.将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置如图1所示).

反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是____；当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是____.

该题以利用新型催化剂去除大气中的NOx污染物真实的实验研究为背景，要求考生根据题中相关信息，运用物质性质和化学变化的规律，对NOx的去除率随反应温度变化的实验事实做有理有据的分析和解释，即基于证据(化学事实)进行推理.

二、“基于证据推理类化学试题”解题策略

基于证据的推理中，“证据”是指能够证明某事物真实性的有关事实或材料，“推理”是思维的一种基本形式，具体指由一个或几个已知判断(前提)推出新判断(结论)的过程.这就要求首先要收集充足的、有根据的事实性证据材料，再通过分析、抽象概括和归纳演绎等思维形式得出相关结论.

基于证据推理类化学试题中的证据应包含两个方面：一是直接证据，即试题情境中的化学事实(信息)，二是间接证据，即他人已经经过观察和研究得出的有关规律以及被无数实验事实证实的原理、定律、结论和推论等，间接证据既有在化学学习中获得的知识经验，也有在化学学科学习形成的化学基本观念.推理就是将题中信息、化学知识、化学观念与试题中的化学事实间进行关联，借助理论思维和逻辑推理在因与果之间搭桥.具体解题步骤和思维模型如下：

解题步骤思维模型 1.根据设问明确研究对象(体系)中存在的微粒、条件、包含的化学原理等;2.在题中找出与设问相关的信息;3.依据已有化学知识和经验,结合化学基本观念对信息进行加工处理;4.寻找题中信息、化学知识、化学观念与化学事实间的关联;5.在因与果之间搭桥;6.解答并自我评价.

分析(2018年江苏高考20题第(4)小题(题干见上))本题可以把与设问相关的内容从以下4个方面进行罗列：

(1)化学事实：

反应相同时间，NOx的去除率0～50℃、50～150℃、150～380℃、高于380℃等4个温度段出现了不同的变化趋势.

(2)题中信息：

相关化学反应：有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2；反应条件：将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中(非封闭体系)；

(3)化学观念：

化学反应中元素守恒；相同时间内NOx的去除率的变化与化学反应速率加快以及转化得到的产物相关(即产物是否是无污染的N2).

(4)知识经验：

①温度升高，反应速率加快.

②催化剂能极大地加快化学反应速率.

③催化剂都具有一定的活性最强的温度范围(催化剂的活性温度).

④NH3具有还原性，一定条件下可被O2、NOx等物质氧化.

题设问题1是要求解释在50～250℃范围内随着温度的升高NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因，对比0～50℃NOx的去除率上升缓慢，在50～150℃去除率迅速上升，结合我们已有的知识经验中的②和③，不难推出此时催化剂发挥了很好的催化作用，在150～250℃去除率上升又变缓慢了，应该是催化剂的活性减弱了，由此，可作出的合理推断为：迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大；题设问题2是要求解释当反应温度高于380℃时NOx的去除率迅速下降的原因，NOx的去除率一种可能是NOx转化为N2的反应速率变慢，二是从已形成的化学变化的观念分析，此阶段可能发生了生成NOx的反应，结合题中“将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体”信息和已有知识经验④，可作出的合理推断为：催化剂活性下降，NH3与O2反应生成了NO.

基于证据推理类化学试题凸显对化学学科本质特征和化学学科思维的考查，解题时，需要将题中信息、已有知识经验和化学学科的基本观念与实验事实进行整合关联，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系.这类试题往往以真实情境下复杂体系中物质转化为载体，涉及到基本反应规律、反应条件、能量、速率、限度等，要求考生对物质的转化具有以下基本认识：①物质转化的基本规律是守恒(元素、原子、电子、能量)；②物质转化会伴随能量转化；③物质转化有速率和限度(反应可调)；④物质转化是在一定条件下发生的，与量有关(反应可控)；⑤物质转化往往是在复杂的体系环境下进行，存在竞争(反应复杂)；⑥物质转化生成的新物质与体系环境相关(微粒存在形式与环境相关)；解题时把这些基本认识及题中信息与题中的化学事实进行关联即可顺利作出合理推断.