高中化學解題中的逆向思維探究

曹江梅

(新疆阿勒泰地區第二高級中學,新疆 阿勒泰 836500)

高中化學現已成為重點建設學科之一,其學習內容較為復雜,在化學解題過程中要注意思維模式的轉換,即正向、逆向思維并用.若是遇到正向思維無法解決的難題,可從題目的對立面出發,以逆向思維進行化學難題的思考,便可擺脫傳統解題過程中思維的局限性,這對于化學難題的解答無疑有著很大的幫助[1].下述結合一些常見化學題型中應用逆向思維進行解答,以此幫助拓展學生思維,更好地達到化學教學基本目標.

1 逆向思維概述

逆向思維又稱反向思維,即在解題中從結論出發,推導得出前提條件的一種思維方式.高中化學是為培養學生獨特思維方式的一門學科,逆向思維的運用可獲得意料之外的結果,因而隨著新一輪課程教育改革的實施,逆向思維在化學課程考試中的應用也是愈發廣泛.

2 逆向思維在高中化學不同類型題目解題中的實際應用探討

2.1 化學選擇題中逆向思維的運用

選擇題作為高中化學最為常見的題型之一,其題目特點便是已經給出問題對應的答案,需要從所給的選項中選擇正確答案,因而運用逆向思維解題必然更具優勢.當運用正向思維難以解題時,則可嘗試運用逆向思維,即將選擇題所給選項一一帶入原題目之中,以此快速確定各個選項答案是否與原題相符,最終排除錯誤答案,得到正確的選項[2].

例題1 如圖1所示化合物A、B、C、D、E、X均為中學常見無機物,且所含元素均為短周期元素,圖示為這些無機化合物之間的轉換關系,其中略去了部分生產物和反應物條件.則下述推斷錯誤的是( ).

圖1 合成路線

圖1 無機化合物之間的轉換關系

B. 若D為CO,且C與E能發生反應,則化合物A一定為Na2O2

C. 若D為白色沉淀,且與A摩爾質量相等,則相應的X一定為鋁鹽

D. 若X為碳酸鈉,C為含極性鍵的分子,則A一定為氯氣,且無機物D與E能發生反應

例題2(2021年新課標Ⅰ卷)298 K時,在20.0 mL 0.10 mol·L-1氨水中滴入0.10 mol·L-1的鹽酸.溶液的pH與所加鹽酸體積關系圖如圖2所示.其中0.10 mol·L-1的氨水電離度為1.32%,以下有關表述正確的選項為( ).

圖2 溶液的pH與所加鹽酸體積關系圖

A.該滴定過程應選擇酚酞作為指示劑

B.M點對應的鹽酸體積為20.0 mL

D.N點處的溶液中pH<12

2.2 化學方程式配平題中逆向思維的運用

化學方程式配平是常見的化學題型,也是高中化學中要求學生必須掌握的內容.在配平過程中,很多情況下都需要從生成物入手進行配平,由此可以顯著簡化化學方程式配平過程,加快配平速度[3].

例題3配平下列化學方程式:

_Cu3P+_H3PO4+_H2SO4

分析對該化學方程式進行分析可知,其屬于典型的氧化還原反應方程式.由反應物及生成物價態變化分析可知,P4在反應中既作氧化物,又作還原物,CuSO4則作氧化劑.氧化還原反應方程式的配平主要是從化合物價態變化及原子數量兩方面進行,若是正向進行配平,則需將P4進行拆分,不論是從化合物價態還是物料守恒角度出發,都難以進行配平操作.而若是從生成物出發進行配平,則可從化合物價態變化首先確定Cu3P、H3PO4氧化產物及還原產物之間的計量關系.即經分析可知生成物化合價變化分別為Cu(+1)→Cu(+2),P(-3)→P(0),P(+5)→P(0),若設Cu3P、H3PO4化學計量數分別為x、y,則根據化合價變化可得關系式6x=5y,以此初步填寫上述化學方程式為:

5Cu3P+6H3PO4+H2SO4

然后將計量數均化為整數,并依照物料守恒原則配平H2O、H2SO4即可完成該化學方程式配平的全部工作.最終得到本題答案如下:

20Cu3P+24H3PO4+60H2SO4

經由上述分析可知,化學方程式配平題采用逆向思維更容易解題,尤其是類似例題歧化反應的配平,若從反應物出發正向配平,則需將歧化反應物進行拆分,雖也能解出最終結果,但所花費的時間遠超逆向思維從生成物出發配平.

2.3 有機合成路線探究類型題逆向思維的運用

有機合成路線探究是高中化學學習中的重難點,這類題對于學生化學基礎知識掌握程度及思維能力都有著較高的要求.對于有機合成路線等綜合性題目而言,若是一味地以正向思維進行解題,即從所給反應物直接推斷合成產物的路線,通常需要多次試錯,在耗費大量時間的同時也很難得出最終的結果.對此,在有機合成路線教學中,需貫徹逆向思維,從最終產物逆推合成路線,由此可以削減大多數題目的難度,且利于學生多角度解題,下述則以具體例題為例,具體分析高中化學有機合成路線探究題中逆向解題思維的運用[4].

例題4苯乙酸芐酯為花香型香料,其結構簡式如下:

以苯甲醇作為起始原料,設計一條制備苯乙酸芐酯的合成路線.

試題解析本題目為典型的高中化學有機合成路線題,在已知合成原料為苯甲醇,制備物為苯乙酸芐酯的條件下,便可從制備物出發逆推至合成原料.在了解了苯乙酸芐酯結構簡式的基礎上,向前推一步,可知在高中化學學習中,合成酯類有機物最常用的方法便是酸醇脫水縮合,因而從箭頭位置斷開可初步推斷上一步有機物為苯乙酸和苯甲醇.

繼續由苯乙酸回推,考慮到最終合成物為苯甲醇,要保持C基結構一致,則前兩步物質可以分別為氯化芐、甲基苯氰.由此便基本明晰了該有機合成具體路線[5],如圖1所示.

該有機合成路線題還屬于高中化學有機合成中較為簡單的題目,對于更復雜的有機合成路線探究題,則逆向思維的運用更為重要.尤其是在給定多種合成原料的情況下,若是正向推斷需逐一進行試推,一旦學生基礎知識掌握不牢固,則耗費大量時間的同時也難以得到正確結果,長期如此很容易影響到學生化學學習的信心及興趣,因而逆向思維的培養及運用也是必要的[6].