浅谈高考关于化学反应机理图示题的考查

◎ 伍贤玲

化学反应机理图示题的考查较早出现在2014 年江苏高考的非选择题中。试题以将H2S和空气的混合气体通入FeCl3、FeCl2、CuCl2的混合溶液中反应回收S 为背景，展示物质转化图，考查了元素化合价、氧化还原计算和条件的改进等知识点。近几年各地高考题也出现这样的化学反应机理图示题，考查物质变化和能量变化。图示题形象地展示真实的反应历程、清晰地表达复杂的反应机理，符合新高考要求，体现化学核心素养中的宏观辨识与微观探析，从不同层次认识物质的多样性，以及由微观和宏观相结合的视角分析和解决实际问题，全面考查学生的能力。所以，在备考过程中要给予高度关注与重视。

反应机理是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应，就是把一个复杂反应分解成若干个基元反应，然后按照一定规律组合起来，从而达到阐述复杂反应的内在联系，以及总反应与基元反应内在联系之目的。机理详细描述了每一步转化的过程，包括过渡态的形成，键的断裂和生成，以及各步的相对速率大小等[1]。化学反应机理图示题通常是把反应物、产物、中间产物和催化剂等相关物质以箭头、曲线的形式连接。所以对于反应机理图的分析，最重要的是判断反应物、产物、中间产物以及催化剂。一般来说，在机理图中，进去的箭头表示反应物，出来的箭头表示最终生成物，既有进去又有出来的箭头表示为催化剂或反应条件，其余可以看成中间物种。

2020年全国Ⅰ卷、Ⅱ卷均出现了该类题型。Ⅰ卷题干中明确指出，铑配合物充当催化剂的作用，用于催化甲醇羰基化。根据反应机理图中“进去的箭头表示反应物，出来的箭头表示最终生成物”可知，反应物除甲醇(CH3OH)外还需要CO，最终产物是乙酸(CH3CO2H)，可以确定甲醇羰基化的反应方程式为CH3OH+CO=CH3CO2H，即B 选项正确。由于CO 出现在图形的左下角，很容易被学生忽略从而导致解题困难。在历程中，即非反应物、产物又非催化剂的物质如CH3COI、CH3I 以及各种配离子等，都可视作中间体，故A 选项正确。C 选项反应过程中Rh 的成键数目可以关注与Rh相关的配离子，发现成键数目有4、5、6三种情况，所以C 选项不正确。根据图中间这一部分可以确定反应中间体CH3COI 与水作用生成的HI，可以使甲醇转化为CH3I 和水，即D选项正确。最后确定本题答案选C。

2020 年全国Ⅱ卷的第11 题和Ⅰ卷第10 题相似度极高，同样也考查了催化加反应过程中Fe的成键数目。但不同之处是，题干文字“Fe(CO)5催化某反应”并没有直接指出任何反应物，只能根据图示寻找。根据进去的箭头表示反应物、出来的箭头表示最终生成物、其余可以看成中间物种(催化剂除外)”，确定CO、H2O为反应物，最终产物是CO2和H2。OH—有进入的箭头也有出去的箭头，说明OH—参与了该催化循环，可以看成另一个催化剂或反应条件，这个地方很容易让学生混淆不清。可以确定本题答案选C，该反应不是消耗温室气体CO2，反而是生成了温室气体CO2。

以上两道高考真题都具有基于分析化学反应机理图实现问题解决的特点，除此之外，还有一个特点值得关注——物质结构。化学反应机理图中均出现了催化剂和中间产物的空间结构，选项中也出现了催化和中间产物的成键数目的考查。基于新高考后“物质结构和性质”和“有机化学基础”都作为选择性必修课程的情况，教学中更应该重视物质结构的介绍，尤其是配位化合物和有机化合物的空间结构。