浅析高考化学反应机理及能量图试题的命制策略及预测

2022-07-29湖南周学兴

教学考试(高考化学) 2022年3期

湖南周学兴杨霄

(作者单位：湖南常德市第一中学)

一、高考背景

《普通高中化学课程标准(2017版2020修订版)》(以下简称《课程标准》)提出内容要求：“知道化学反应是有历程的”“认识基元反应活化能对化学反应速率的影响”“知道催化剂可以改变反应历程”，并提出学业要求“能进行化学反应速率的简单计算，能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响，能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响”。2019版人教版选择性必修1《化学反应原理》一书提到了“基元反应”的概念以及“反应历程又称反应机理”的定义。

《中国高考评价体系说明》指出：“以考查要求为例，高考评价体系中的‘四翼’突出基础性。高考围绕学科主干内容，加强对基本概念、基本思想方法的考查，杜绝偏题怪题和繁难试题，引导教学重视教材，夯实学生学习基础，给学生提供深度学习和思考的空间。同时，‘四翼’也十分注重综合性、应用性与创新性，通过设置真实的试题情境，考查学生灵活运用所学知识分析解决问题的能力，允许学生从多角度作答，使‘死记硬背’‘机械刷题’‘题海战术’的收益大大降低，引导学生的关注点从‘解题’向‘解决问题’、从‘做题’向‘做人做事’转变。”《教育部关于做好2021年普通高校招生工作的通知》中强调“要优化情境设计，增强试题开放性、灵活性，充分发挥高考命题的育人功能和积极导向作用，引导减少‘死记硬背’和‘机械刷题’现象。”《中国教育报》上发表的《牢记立德树人使命，写好教育考试奋进之笔》中，阐述了高考命题的基本要求、基本步骤和基本原则，能够充分体现试题的开放性、灵活性。

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科，其特征是从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质。化学反应机理及能量变化，利用符号从微观、宏观角度描述了物质创造的过程，并从能量观角度揭示了化学键的断裂与形成过程，较大程度地提升了学生的证据推理与模型认知素养。化学反应机理的揭示，为系统地创造物质提供了理论途径，培育了学生的创新思维。该类试题具有开放性、灵活性的特点，故它将是高考化学考查的热点题型。

二、考情分析

随着新高考的推进，涉及反应机理的试题在近几年高考中考频较高，有关该类型试题的近三年考情如表1所示。

表1 近三年高考化学试题中考查反应机理及能量变化图的情况汇总

通过图表，不难发现考查化学反应与能量变化的试题主要有五种呈现形式，题型涉及选择题和非选择题两种；从试题出现的位置可看出，该题位于试卷中后部，属于较难的试题，对学生的素养水平要求高；考查的核心素养水平主要为水平3和水平4。

通过考情的归纳总结，笔者从命制原创试题的方法以及考查趋势预测等角度进一步分析此类试题，以期为广大教师提供一定的复习方向。

三、创新原创试题

试题的创新主要有新素材、新信息呈现方式、新考向、新思维角度等方面。反应机理及能量试题的重要创新角度是新素材，其次是新信息呈现方式和新思维角度。其中的呈现形式，可将曲线由一条变为多条，将钟状循环图由一个循环变为多个循环等方式进行创作。而其考查角度相对固定。

1.原创试题赏析

【例1】我国学者通过局域晶态氮化碳调控*OCCHO中间体路径实现光催化选择性还原CO2制取CH3CHO，在不同催化剂(HCN、HCN—A)作用下其反应历程中能量变化如图1所示(部分物质省略)。其中HCN—A表现出优异的催化性能，实现了目前光催化CO2生产乙醛的最高纪录。

图1

下列有关说法正确的是

( )

A.步骤Ⅱ→Ⅲ过程中存在C—H的形成

B.由图1可知CO2转化为CH3CHO的反应为放热反应

C.决定*CO→CH3CHO的反应速率的步骤是Ⅳ→Ⅴ

D.HCN—A优于HCN的重要原因之一是*CHO和*CO 生成*OCCHO的ΔH<0

【参考答案】D

在碳达峰、碳中和的目标背景下，我国明确提出要大力发展低碳可再生能源产业，加快发展零碳、负碳技术，减少CO2的排放，加强CO2的高值化转化，推动能源低碳转型。光催化还原二氧化碳技术可利用半导体材料，在太阳能的驱动下，将CO2催化转化成碳氢燃料、短碳链、高附加价值化学品。题中涉及的研究提供了光催化CO2的重要方向。本题考查了化学键、焓变符号、决速步的判断等知识，尤其深度考查了学生对陌生信息的分析、处理、整合的能力。如D项，HCN催化下Ⅱ→Ⅲ为吸热过程，而HCN—A催化下Ⅱ→Ⅲ为放热过程。

例1是笔者认真分析、学习了历年高考反应机理真题后进行的模拟创作。确定命题框架和命题程序后，最难的是要选择合适的情境。笔者通过互联网数据库、期刊等搜索渠道以及《催化计》《X-MOL》等微信公众号，获取了大量的有关“反应机理”的文献资料。认真阅读研究这些文献，然后依据测量目标选取符合《课程标准》要求的文献作为试题情境的载体。精心设计考向，与情境载体有机融合，考查内容要贴合反应机理试题特点。

本题在真题的基础上又有几点创新，截取反应机理过程中的部分能量图，除了各步基元反应的反应类型、化学键等常规考点外，还考查了反应原理的分析等，所选情境突出了化学研究对于环境保护的重要指导意义，培养了学生的科学态度和社会责任核心素养。在命题时，信息呈现的选择上，可将多种类型的机理图整合在同一横纵坐标中，以增强试题的开放性和创新性。

【例2】以CH3SH为原料制C2H4的一种反应机理及相对能量如图2所示。

图2

下列有关说法错误的是

( )

A.步骤Ⅱ决定了整个反应历程的反应速率

B.步骤Ⅳ的ΔH=-15.6 eV

D.步骤Ⅲ中CH3SH的作用是提供-CH3，故也可用CH3SCH3代替

【参考答案】B

本题取材于《分子催化》期刊上一篇研究论文。考查了决速步、焓变计算、总反应式书写、反应物的可行性分析等知识。本题在真题上的创新之处，主要是信息呈现形式的创新，将反应机理与相对能量值组合在一个图像中，在设问角度上，D项是创新考向，考查学生分析步骤Ⅲ发生的是取代反应，继而推理出CH3SCH3也可实现反应目标。

2.原创试题命制的一般策略

原创试题的命制并非空中楼阁，反应机理这类试题的命制，主要是选取好素材、在常见考向基础上选创设问内容。命制该类试题的一般策略见图3。

图3 命制反应机理试题的一般策略

综上，笔者通过对反应机理及能量图试题的考情、考向的归纳，为教学提供了一定的思路。为了提升学生的创新意识，教师提升原创试题的命制能力势在必行，笔者提供了命制此类试题的一般策略，以期抛砖引玉。

四、高考预测

1.题型预测

反应历程往往伴随着能量变化，纵观历年高考化学试题可知，有关反应机理的常见类型有抛物线机理能量图、能垒机理图、直线型机理图、钟状图式机理图、反应步骤的书写和分析等。该内容主要是以选择题形式进行考查，也不乏在非选择题中出现。

从2019—2021年的变化中可发现，抛物线机理图常在浙江选考中出现，直线型机理图常在江苏省真题中出现。随着新高考的推进，湖南省率先创新考向，将能垒机理图与钟状图式机理图组合考查，广东、天津的高考真题出现了抛物线型机理图，河北、山东高考题倾向能垒机理图的考查。值得关注的是未来的考题中有关基元反应的分析与书写的考查可能会增大比例。

未来高考化学的试题，仍会保持一定的力度来考查该内容。从题型角度而言，为了体现试题的综合性、创新性，应会出现多种机理图示即组合式题型，在变式中灵活考查学生的必备知识、关键能力，层级式考查学生对知识的掌握程度，具有较高的梯度性。

2.考向归纳及预测

反应机理的最终研究目标是服务生活、生产，提高生产效率，这也决定了该题型的考向是有规律可循的。笔者通过近年有关高考试题的分析，对此部分的考向与题型进行了归纳总结，如图4至图7所示。