淺析高考化學反應機理及能量圖試題的命制策略及預測

湖南 周學興 楊 霄

(作者單位：湖南常德市第一中學)

一、高考背景

《普通高中化學課程標準(2017版2020修訂版)》(以下簡稱《課程標準》)提出內容要求：“知道化學反應是有歷程的”“認識基元反應活化能對化學反應速率的影響”“知道催化劑可以改變反應歷程”，并提出學業要求“能進行化學反應速率的簡單計算，能通過實驗探究分析不同組分濃度改變對化學反應速率的影響，能用一定的理論模型說明外界條件改變對化學反應速率的影響”。2019版人教版選擇性必修1《化學反應原理》一書提到了“基元反應”的概念以及“反應歷程又稱反應機理”的定義。

《中國高考評價體系說明》指出：“以考查要求為例，高考評價體系中的‘四翼’突出基礎性。高考圍繞學科主干內容，加強對基本概念、基本思想方法的考查，杜絕偏題怪題和繁難試題，引導教學重視教材，夯實學生學習基礎，給學生提供深度學習和思考的空間。同時，‘四翼’也十分注重綜合性、應用性與創新性，通過設置真實的試題情境，考查學生靈活運用所學知識分析解決問題的能力，允許學生從多角度作答，使‘死記硬背’‘機械刷題’‘題海戰術’的收益大大降低，引導學生的關注點從‘解題’向‘解決問題’、從‘做題’向‘做人做事’轉變。”《教育部關于做好2021年普通高校招生工作的通知》中強調“要優化情境設計，增強試題開放性、靈活性，充分發揮高考命題的育人功能和積極導向作用，引導減少‘死記硬背’和‘機械刷題’現象。”《中國教育報》上發表的《牢記立德樹人使命，寫好教育考試奮進之筆》中，闡述了高考命題的基本要求、基本步驟和基本原則，能夠充分體現試題的開放性、靈活性。

化學是在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的一門基礎學科，其特征是從微觀層次認識物質，以符號形式描述物質，在不同層面創造物質。化學反應機理及能量變化，利用符號從微觀、宏觀角度描述了物質創造的過程，并從能量觀角度揭示了化學鍵的斷裂與形成過程，較大程度地提升了學生的證據推理與模型認知素養。化學反應機理的揭示，為系統地創造物質提供了理論途徑，培育了學生的創新思維。該類試題具有開放性、靈活性的特點，故它將是高考化學考查的熱點題型。

二、考情分析

隨著新高考的推進，涉及反應機理的試題在近幾年高考中考頻較高，有關該類型試題的近三年考情如表1所示。

表1 近三年高考化學試題中考查反應機理及能量變化圖的情況匯總

通過圖表，不難發現考查化學反應與能量變化的試題主要有五種呈現形式，題型涉及選擇題和非選擇題兩種；從試題出現的位置可看出，該題位于試卷中后部，屬于較難的試題，對學生的素養水平要求高；考查的核心素養水平主要為水平3和水平4。

通過考情的歸納總結，筆者從命制原創試題的方法以及考查趨勢預測等角度進一步分析此類試題，以期為廣大教師提供一定的復習方向。

三、創新原創試題

試題的創新主要有新素材、新信息呈現方式、新考向、新思維角度等方面。反應機理及能量試題的重要創新角度是新素材，其次是新信息呈現方式和新思維角度。其中的呈現形式，可將曲線由一條變為多條，將鐘狀循環圖由一個循環變為多個循環等方式進行創作。而其考查角度相對固定。

1.原創試題賞析

【例1】我國學者通過局域晶態氮化碳調控*OCCHO中間體路徑實現光催化選擇性還原CO2制取CH3CHO，在不同催化劑(HCN、HCN—A)作用下其反應歷程中能量變化如圖1所示(部分物質省略)。其中HCN—A表現出優異的催化性能，實現了目前光催化CO2生產乙醛的最高紀錄。

圖1

下列有關說法正確的是

( )

A.步驟Ⅱ→Ⅲ過程中存在C—H的形成

B.由圖1可知CO2轉化為CH3CHO的反應為放熱反應

C.決定*CO→CH3CHO的反應速率的步驟是Ⅳ→Ⅴ

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

【參考答案】D

在碳達峰、碳中和的目標背景下，我國明確提出要大力發展低碳可再生能源產業，加快發展零碳、負碳技術，減少CO2的排放，加強CO2的高值化轉化，推動能源低碳轉型。光催化還原二氧化碳技術可利用半導體材料，在太陽能的驅動下，將CO2催化轉化成碳氫燃料、短碳鏈、高附加價值化學品。題中涉及的研究提供了光催化CO2的重要方向。本題考查了化學鍵、焓變符號、決速步的判斷等知識，尤其深度考查了學生對陌生信息的分析、處理、整合的能力。如D項，HCN催化下Ⅱ→Ⅲ為吸熱過程，而HCN—A催化下Ⅱ→Ⅲ為放熱過程。

例1是筆者認真分析、學習了歷年高考反應機理真題后進行的模擬創作。確定命題框架和命題程序后，最難的是要選擇合適的情境。筆者通過互聯網數據庫、期刊等搜索渠道以及《催化計》《X-MOL》等微信公眾號，獲取了大量的有關“反應機理”的文獻資料。認真閱讀研究這些文獻，然后依據測量目標選取符合《課程標準》要求的文獻作為試題情境的載體。精心設計考向，與情境載體有機融合，考查內容要貼合反應機理試題特點。

本題在真題的基礎上又有幾點創新，截取反應機理過程中的部分能量圖，除了各步基元反應的反應類型、化學鍵等常規考點外，還考查了反應原理的分析等，所選情境突出了化學研究對于環境保護的重要指導意義，培養了學生的科學態度和社會責任核心素養。在命題時，信息呈現的選擇上，可將多種類型的機理圖整合在同一橫縱坐標中，以增強試題的開放性和創新性。

【例2】以CH3SH為原料制C2H4的一種反應機理及相對能量如圖2所示。

圖2

下列有關說法錯誤的是

( )

A.步驟Ⅱ決定了整個反應歷程的反應速率

B.步驟Ⅳ的ΔH=-15.6 eV

D.步驟Ⅲ中CH3SH的作用是提供-CH3，故也可用CH3SCH3代替

【參考答案】B

本題取材于《分子催化》期刊上一篇研究論文。考查了決速步、焓變計算、總反應式書寫、反應物的可行性分析等知識。本題在真題上的創新之處，主要是信息呈現形式的創新，將反應機理與相對能量值組合在一個圖像中，在設問角度上，D項是創新考向，考查學生分析步驟Ⅲ發生的是取代反應，繼而推理出CH3SCH3也可實現反應目標。

2.原創試題命制的一般策略

原創試題的命制并非空中樓閣，反應機理這類試題的命制，主要是選取好素材、在常見考向基礎上選創設問內容。命制該類試題的一般策略見圖3。

圖3 命制反應機理試題的一般策略

綜上，筆者通過對反應機理及能量圖試題的考情、考向的歸納，為教學提供了一定的思路。為了提升學生的創新意識，教師提升原創試題的命制能力勢在必行，筆者提供了命制此類試題的一般策略，以期拋磚引玉。

四、高考預測

1.題型預測

反應歷程往往伴隨著能量變化，縱觀歷年高考化學試題可知，有關反應機理的常見類型有拋物線機理能量圖、能壘機理圖、直線型機理圖、鐘狀圖式機理圖、反應步驟的書寫和分析等。該內容主要是以選擇題形式進行考查，也不乏在非選擇題中出現。

從2019—2021年的變化中可發現，拋物線機理圖常在浙江選考中出現，直線型機理圖常在江蘇省真題中出現。隨著新高考的推進，湖南省率先創新考向，將能壘機理圖與鐘狀圖式機理圖組合考查，廣東、天津的高考真題出現了拋物線型機理圖，河北、山東高考題傾向能壘機理圖的考查。值得關注的是未來的考題中有關基元反應的分析與書寫的考查可能會增大比例。

未來高考化學的試題，仍會保持一定的力度來考查該內容。從題型角度而言，為了體現試題的綜合性、創新性，應會出現多種機理圖示即組合式題型，在變式中靈活考查學生的必備知識、關鍵能力，層級式考查學生對知識的掌握程度，具有較高的梯度性。

2.考向歸納及預測

反應機理的最終研究目標是服務生活、生產，提高生產效率，這也決定了該題型的考向是有規律可循的。筆者通過近年有關高考試題的分析，對此部分的考向與題型進行了歸納總結，如圖4至圖7所示。

圖4 拋物線能量圖考向歸納及預測

圖5 直線型機理題考向歸納及預測

圖6 鐘狀圖式反應機理考向歸納及預測

圖7 能壘圖式機理題考向歸納及預測

五、結束語

在高三化學復習中，尤其是三輪復習階段，如何進一步提升學生的復習效率，是當前教師應研究的重大課題。教師若是能夠從原創試題命制的角度展開，在課堂上引導學生進行試題的命制，讓學生從命題者的角度來審視試題，提升學生的創新思維，相信能夠讓學生對化學學科的認知更上一層樓。