挖掘隐含条件，完善证据链条，突破思维障碍——以2020年1月浙江选考化学第28题的详细分析为例

◇ 湖南 李银秀

《普通高中化学课程标准(2017年版)》提出化学学科核心素养及其五个方面,其中证据推理与模型认知核心素养是指:“具有证据意识,能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设,通过分析推理加以证实或证伪;建立观点、结论和证据之间的逻辑联系；认识到可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系,建立认知模型,并能运用模型解释化学现象,解释现象的本质和规律．”“素养立意”的化学命题非常注重对学生“证据推理”素养的考查．解决陌生复杂化学试题时,不仅要重视问题中的显性条件,也要注重结合已有知识,挖掘隐含条件,完善证据链条,突破思维障碍．现以2020年1月浙江选考化学第28题为例,对如何解决此类问题作简单探讨．

1 高考原题

题目Ⅰ.由3种元素组成的化合物A,按图1所示流程进行实验．气体B为纯净物,溶液C焰色反应为砖红色,气体E能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．

图1

请回答:

(1) 组成A的三种元素是________,A的化学式是________．

(2) 固体A与足量稀盐酸反应的化学方程式是________．

Ⅱ.某兴趣小组为探究H2S和Cl2O的性质,将2种气体同时通入水中,实验装置如图2所示.

图2

请回答:

(1) 三颈烧瓶中出现淡黄色沉淀,溶液呈强酸性,用一个化学方程式表示________．

(2) 若通入水中的Cl2O已过量,设计实验方案检验________．

2 试题分析

Ⅰ.(1) ① 怎样推断Ca元素与N元素的存在?

因为化合物A由3种元素组成,溶液C焰色反应为砖红色,可知化合物A中含Ca2+,4.00 g沉淀F为CaCO3,则

所以1.90 g A中含n(Ca2+)为0.040 0 mol,m(Ca2+)=0.040 0 mol×40 g·mol-1=1.60 g．

以上是基于Ca元素的特征焰色和NH3的生成这两个显性证据进行推断的．要完成后续分析推断,需要挖掘隐含条件,运用有关思维方法,通过深度计算完善证据链条,突破思维障碍．

② 怎样推断H元素的存在且存在形式为H-？

若产生气体B的反应为非氧化还原反应,A中可能含有无氧酸的弱酸酸根离子S2-,存在以下关系S2-～2H+～H2S,则

n(S2-)=n(H2S)=0.020 mol,
m(S2-)=0.020 mol×32 g·mol-1=0.64 g>0.30 g,

所以该假设不符合题意．

ⅱ.若为后者,则存在H-～H+～H2,n(H-)=n(H2)=0.020 mol,m(H-)=0.020 mol×1 g·mol-1=0.020 g,符合题意．

③ 怎样推断N元素以N3-形式存在?

根据A的质量可知,含N元素的阴离子质量为

1.90 g-1.60 g-0.020 g=0.28 g．

Ca2+与H-所带单位正、负电荷分别为

0.040 mol×2=0.080 mol；
0.020 mol×1=0.020 mol,
0.080 mol-0.020 mol=0.060 mol.

共带单位负电荷为0.020 mol×3=0.060 mol,符合题意．若N元素以NH2-存在,

⑤ 怎样突破解决该小题的思维障碍?

⑥ 怎样快速确定正确的推断顺序?

该小题的正确推理顺序应该是敏锐捕捉试题中未告知NH3的物质的量,暗示推断过程应该是根据A的质量、CaCO3的质量，分析出H2在标准状况下的体积后,结合电荷守恒,推断出含N元素阴离子的成分及物质的量,进而求出Ca2+、H-、 N3-的比值．可见,高考重视对接受、吸收及整合信息能力的考查,因此考生要默契地与命题者“对话”．

(2)Ca2HN可看作CaH2与Ca3N2以物质的量之比1∶1经过复杂作用形成的CaH2·Ca3N2,从价态角度思考，根据异性相吸思想,容易推知CaH2+2HCl=CaCl2+2H2↑、Ca3N2+8HCl=3CaCl2+2NH4Cl,故易写出方程式Ca2HN+5HCl=2CaCl2+H2↑+NH4Cl．

Ⅱ.(1)三颈烧瓶中出现的淡黄色沉淀为S,可见涉及反应为氧化还原反应,H2S为还原剂,Cl2O为氧化剂,Cl元素化合价降低,溶液呈强酸性,说明生成了HCl,据此写出方程式2H2S+Cl2O=2S↓+2HCl+H2O．

(2)若通入水中的Cl2O已过量,因为Cl2O具有强氧化性,可与Cl2的检验类比．适量的Cl2能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝,若Cl2过量,因会发生反应5Cl2+I2+6H2O=10HCl+2HIO3，所以会使试纸变蓝后再褪色．

答案Ⅰ. (1)Ca、H和N； Ca2HN.

(2)Ca2HN+5HCl=2CaCl2+H2↑+NH4Cl.

(3)4NH3+6HCHO→

(或C6H12N4)+6H2O.

Ⅱ.(1)2H2S+Cl2O=2S↓+2HCl+H2O.

(2)用玻璃棒蘸取清液,点到KI-淀粉试纸上,如果变蓝(或变蓝后再褪色),说明Cl2O过量.

3 试题解答的启示

通过对该题的命题研究和详细的解题过程分析,对我们产生如下启示．

1)加强对新课标与新教材的研究,正确领会高考考点的设置意图.

很多考生按照教师的要求只了解到钠元素与钾元素的特征焰色,结果导致该题第(1)问无法作答．值得注意的是,2017年全国卷Ⅳ(海南卷)第16题就考查了锂元素的焰色．由于焰色实验在进行元素的检验时灵敏度很高以及其他重要原因,2019年开始陆续出版的新教材对光谱分析的内容提出了更高的要求,这也许是该题将“钙元素焰色为砖红色”设置为解题突破口的重要原因．

2)深度挖掘课本蕴含的思想观念方法,重视课本隐含知识的应用迁移.

3)科学理解证据推理与模型认知核心素养,加强不同学科思想方法的融合.

《中国高考评价体系说明》中强调:高考考查的目的是“一核”,即“立德树人、服务选才、引导教学”,考查的内容是“四层”,即“必备知识、关键能力、学科素养、核心价值”,考查的要求是“四翼”,即“基础性、综合性、应用性、创新性”，其中综合性的要求是指高考强调融会贯通，因此在学习过程中学生要注意基础知识内容之间、模块内容之间、学科内容之间要相互关联．有同学质疑假设讨论的方法能作为证据推理吗?答案是肯定的,这实质上相当于数学上的排除法、反证法,另外数学中的归纳法证明也是从举例开始逐步推进深入的．可见,学科之间的深度融合,应体现在日常学习中,这对提高备考时的综合能力大有裨益．

展现正确思路是“证实”的过程,剖析错误思路是“证伪”的过程．我们在解答试题时,不仅要善于总结所学元素单质及其化合物知识、氧化还原反应、复分解反应、元素周期表、元素周期律、反应历程、反应中的能量变化、反应速率、化学平衡等知识,还需基于结构、类别、价态等选择正确全面的思维角度和认识路径,完善证据链条,也要在解决问题中勇于展现不正确的思维角度和思维路径,要做好典型错误的深度分析和反思感悟,突破思维障碍,从而能从多角度深刻理解必备知识、形成关键能力、发展学科素养．学习中要逐步养成良好的认知方式和思维习惯,找到错误的根源,不断提高思维品质,洞察问题本质,有效提升分析和解决问题的能力．