啟發式策略在化學問題解決中的應用

摘 要：啟發式策略是憑借經驗來解決問題的一種方法，或者可以說是有助于人們找出問題解決方法的一種提示或經驗估計。主要的啟發式策略有四個，即手段——目的分析策略、反推法策略、簡化策略、爬山策略。以五個具體問題的分析說明每種策略適合解決哪類化學題目以及相關的具體操作方法。

關鍵詞：啟發式策略；問題解決；化學

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1009-010X（2017）35-0036-04

高三化學復習進入第二輪，學生對于基本知識與基本理論的掌握已經比較好了，但還是有很多學生在考試中拿不到高分，究其原因主要是因為時間有限不能慢慢思考導致的。另外就是在考試當中精神比較緊張思維不夠嚴密，所以造成了很多不必要的失分，因此在平時的教學當中進行有關答題策略的指導就很重要。好的策略可以讓學生在考場當中做到心中有底，保持清醒的頭腦，從而能夠在最短的時間內準確地解決問題。

一、手段——目的分析策略

這種策略的核心是發現問題的當前狀態與目標狀態之間的差別，并采用一定的步驟來縮小這種差別。也就是說，將需要解決的問題的總目標分為若干子目標，通過達成一系列的子目標最終達到總目標，使問題得到解決。這種策略在一些無機推斷尤其是一些沒有明顯突破口的推斷題中十分有效。

例如：現有A、B、C、D、E五種強電解質，它們在水中可電離產生下列離子（各種離子不重復）：

H+、Na+、Al3+、Ag+、Ba2+、OH-、Cl-、CO32-、NO32-、SO42-

已知：

①A、B兩溶液呈堿性；C、D、E溶液呈酸性。

②A溶液與E溶液反應既有氣體又有沉淀產生；A與C溶液反應只有氣體產生（沉淀包括微溶物，下同）。

③D溶液與另外四種溶液反應都能產生沉淀。

④在E溶液中逐滴加入B溶液，溶液先出現沉淀，當滴加至過量時，沉淀部分溶解。

試回答下列問題：

（1）A、C的化學式分別為 、 。

（2）A溶液呈堿性的原因 。

。

（3）已知：NaOH（aq）+HNO3（aq）=NaNO3（aq）+H2O（l）；ΔH=-akJ/mol（a>0）。請寫出C與B反應的熱化學方程式 。

（4）在100mL0.1mol/L的E溶液中，逐滴加入35mL2mol/LNaOH溶液，最終得到的沉淀的物質的量為 。

這道題目學生乍一看會覺得很簡單，因為有關離子共存不共存的問題以及離子之間相互反應的問題從高一到高三已經練習過很多，對于學生來說已經是駕輕就熟的問題了。可是仔細一看，很多學生又會感覺無從下手，并且三五分鐘后還是沒有頭緒，因此在考場上就會出現慌亂的狀況。但是如果學生會使用手段——目的分析策略，對該題抽絲撥繭，就會找到正確的答案。根據手段——目的分析策略的一般步驟，我們可以這樣逐步地解決這個問題：

第一，認清問題的初始狀態和目標狀態。

本道題目的初始狀態就是十種離子，而目標狀態就是由這十種離子組合而成的五種可溶性物質，這樣一分析我們就知道了其中有一種物質一定是AgNO3。其余的四種物質有多種組合，一時還不能確定，這就需要進行下一個步驟。

第二，分解問題的總目標為若干小目標（每個小目標就是一個中間狀態）。

根據所給信息，我們可以把問題分為這樣幾個小目標：（1）它們可以形成哪些呈酸性的物質溶液；（2）可以形成哪些呈堿性的溶液；（3）與每種物質均能反應產生沉淀的是什么物質；（4）能夠反應既生成氣體又形成沉淀的有哪些。

第三，選擇手段從初始狀態向第一個小目標推進。

根據第一個目標學生可以把這些離子能夠形成的物質分成這樣兩組：

酸性：HCl 、H2SO4、AlCl3、Al2（SO4）3、AgNO3（C、D、E）

堿性：Ba（OH）2、Na2CO3（A、B）

第四，達到第一個小目標后，再選擇手段向第二個小目標推進，依次類推。

完成了第一個目標后，我們可以向第二個目標推進。根據分析能夠與另外四種均反應產生沉淀的應該是AgNO3，由此我們就可以得到D是AgNO3。接著完成下面的目標得到A是Na2CO3，那么B就是Ba（OH）2，E是AlCl3或Al2（SO4）3，根據最后一個信息E溶液中滴加B（Ba（OH）2）溶液，溶液先沉淀后部分溶解所以E是 Al2（SO4）3，那么C就是HCl。

第五，如果一個手段行不通，就退回到原來的狀態，重新選擇手段，直到達到總目標。

我們在分析這道題的時候也可以分成兩組后再進行假設， 因為A、B應該是Ba（OH）2、Na2CO3，所以可以假設A是Ba（OH）2，但帶到下面所給的信息中不符，所以A是Na2CO3。

通過使用這種手段——目的分析策略，把目標分成若干小目標，并逐步推進，就使得這道讓很多學生暈頭轉向的題目變得清晰易懂了。如果教師在課堂中有意識地培養學生熟練掌握這種解題策略，那么在考試當中遇到比較復雜且容易混亂的題目時，學生就不會出現慌亂的局面，而是信心十足地通過分小步走找到正確的答案。信心對于考生來說很重要，因為有信心，問題就已經解決一半了。

二、反推法策略

這種策略適合于解決那些從起始狀態出發可以有多種走法，但是只有一條路能夠達到目標狀態的問題。最基本的思想是：從目標狀態出發向初始狀態反推，直到達到初始狀態為止，然后再由初始狀態沿反推路線一步步正向求解。這種方法比較適合解決一些無機框圖或有機框圖推斷題和有機合成問題。

例：下圖中A、B、C、D、E、F、G均為有機化合物。

本道題目如果從A的分子式來看A有很多種結構，從A到B、C的反應來看，也只能知道A 屬于酯，具體的結構也很難推出，但是如果由E、F、G反推回B、C、D就比較容易，從E的結構簡式可以推出B的結構簡式為

C的結構簡式為CH3COOH，D的結構簡式CH3CH2OH，從而推出A的結構簡式就是十分容易的事了。推出A的結構簡式后再正推一次，看看通過反應①是否可以得到B、C、D，就可以檢查出推斷是否正確。

三、簡化策略

這種策略就是在問題的解決過程中，先拋開問題的某些細節，直接抓住問題的關鍵信息，將抽象的問題簡化成簡單的形式，然后解決已簡化了的問題，最后實現對復雜問題的解決的方法。這種方法非常適合一些看起來非常復雜的計算尤其是多步反應的一步計算。還有就是一些看起來很復雜但是問題卻很簡單的選擇題，也就是問題似乎很難但是有一個明擺著的正確答案的選擇題。

例：有氧化鐵和氧化銅的混合物ag，加入2mol/L的硫酸溶液50mL時，恰好完全溶解。若將這種混合物bg在氣流中加熱并充分反應，冷卻后剩余固體的質量為（ ）。

A.（a-1.6）b/ag

B.1.6b/ag

C.（a-3.2）b/ag

D.0.8b/ag

對于這道題目很多學生束手無策，因為該題涉及到四個反應方程式，如果分別求出Fe2O3、CuO的質量再求出bg混合物后來生成的Cu和Fe的質量當然可以算出，但是十分麻煩，要用的時間也比較多，而且中間過程容易計算錯誤，故一般不這么做。但如果我們采用簡化策略就容易多了，本題要求的是bgFe2O3、CuO混合物中Fe和Cu的質量，中間還涉及到了一個混合物與硫酸的反應，為求簡便我們可以忽略中間的一些過程試著找出它們之間的關系，然后列出這樣的關系式：

Fe2（SO4）3—Fe2O3—Fe

CuSO4—CuO—Cu

我們不難看出氧原子的個數與硫酸根的個數相同，而單質的質量只要總質量減去氧原子的質量就可以得到，這樣我們就很容易算出是A答案。應用這種策略解決這一問題所消耗的時間肯定不會超過2分鐘。

例：2008 年北京奧運會主體育場的外形好似“鳥巢”（The Bird Nest）。有一類硼烷也好似鳥巢，故稱為巢式硼烷。巢式硼烷除 B10H14不與水反應外，其余均易與水反應生成氫氣和硼酸，硼烷易被氧化。下圖是三種巢式硼烷，有關說法正確的是（ ）。

A.這類巢式硼烷的通式是 BnHn+4

B.2B5H9 + 12O2 5B2O3 +9H2O，lmolB5H9

完全燃燒轉移25mol電子

C.8個硼原子的巢式棚烷化學式應為B8H10

D.硼烷與水反應是非氧化還原反應

這道題目看起來很復雜，給出了一些學生不是很熟悉的信息，又將硼烷比較復雜的結構畫出，一眼望去可能有些頭暈，但是想要找到正確的答案卻是十分容易的，只要我們忽略一些不必要，有可能會造成干擾的信息，比如說硼烷的結構式，略讀一遍題后就可以直接看選項，因為是單選題，所以很容易看出本A答案是正確的。這是一個明擺著的正確答案而其他選項我們就不用再去看了，這樣就能快速地解決這道問題，所耗時間不超過一分鐘。

四、爬山策略

這種策略的名稱是一個形象的比喻。即在問題解決的過程中，假定目標是山頂，人們不可能一下子爬到山頂，而是先確定較低處為目標，爬上這個目標后，再確定比較高處的目標，如此多次循環，最終到達山頂。這種策略給人一種成功感，可鼓勵人們進一步解決問題，這種方法適合于很多比較復雜的填空題。

化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗的重要性每個教師都是知道的，在歷年的高考當中實驗題也是必考的內容。縱觀近幾年各省及全國高考化學，實驗題都是一道能力層次相對要求較高的題目，是一道“拉分題”。且實驗題主要考察學生對實驗相關基本知識的掌握以及分析問題和解決問題的能力，綜合能力要求較高，并且還要求學生具有扎實的基本功以及靈活分析、解決問題的能力，因此在解決實驗題的過程中可以把啟發式策略的各種方法綜合運用。

綜上所述，在高三最后階段的復習中，不僅要培養學生掌握知識的能力，更要培養學生學會應用解題策略的能力，而且這方面的培養可能更加重要，因為只有掌握了好的解題策略才能做到事半功倍。