启发式策略在化学问题解决中的应用

陆晔

摘 要：启发式策略是凭借经验来解决问题的一种方法，或者可以说是有助于人们找出问题解决方法的一种提示或经验估计。主要的启发式策略有四个，即手段——目的分析策略、反推法策略、简化策略、爬山策略。以五个具体问题的分析说明每种策略适合解决哪类化学题目以及相关的具体操作方法。

关键词：启发式策略；问题解决；化学

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2017）35-0036-04

高三化学复习进入第二轮，学生对于基本知识与基本理论的掌握已经比较好了，但还是有很多学生在考试中拿不到高分，究其原因主要是因为时间有限不能慢慢思考导致的。另外就是在考试当中精神比较紧张思维不够严密，所以造成了很多不必要的失分，因此在平时的教学当中进行有关答题策略的指导就很重要。好的策略可以让学生在考场当中做到心中有底，保持清醒的头脑，从而能够在最短的时间内准确地解决问题。

一、手段——目的分析策略

这种策略的核心是发现问题的当前状态与目标状态之间的差别，并采用一定的步骤来缩小这种差别。也就是说，将需要解决的问题的总目标分为若干子目标，通过达成一系列的子目标最终达到总目标，使问题得到解决。这种策略在一些无机推断尤其是一些没有明显突破口的推断题中十分有效。

例如：现有A、B、C、D、E五种强电解质，它们在水中可电离产生下列离子（各种离子不重复）：

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

已知：

①A、B两溶液呈碱性；C、D、E溶液呈酸性。

②A溶液与E溶液反应既有气体又有沉淀产生；A与C溶液反应只有气体产生（沉淀包括微溶物，下同）。

③D溶液与另外四种溶液反应都能产生沉淀。

④在E溶液中逐滴加入B溶液，溶液先出现沉淀，当滴加至过量时，沉淀部分溶解。

试回答下列问题：

（1）A、C的化学式分别为 、 。

（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）。请写出C与B反应的热化学方程式 。

（4）在100mL0.1mol/L的E溶液中，逐滴加入35mL2mol/LNaOH溶液，最终得到的沉淀的物质的量为 。

这道题目学生乍一看会觉得很简单，因为有关离子共存不共存的问题以及离子之间相互反应的问题从高一到高三已经练习过很多，对于学生来说已经是驾轻就熟的问题了。可是仔细一看，很多学生又会感觉无从下手，并且三五分钟后还是没有头绪，因此在考场上就会出现慌乱的状况。但是如果学生会使用手段——目的分析策略，对该题抽丝拨茧，就会找到正确的答案。根据手段——目的分析策略的一般步骤，我们可以这样逐步地解决这个问题：

第一，认清问题的初始状态和目标状态。

本道题目的初始状态就是十种离子，而目标状态就是由这十种离子组合而成的五种可溶性物质，这样一分析我们就知道了其中有一种物质一定是AgNO3。其余的四种物质有多种组合，一时还不能确定，这就需要进行下一个步骤。

第二，分解问题的总目标为若干小目标（每个小目标就是一个中间状态）。

根据所给信息，我们可以把问题分为这样几个小目标：（1）它们可以形成哪些呈酸性的物质溶液；（2）可以形成哪些呈碱性的溶液；（3）与每种物质均能反应产生沉淀的是什么物质；（4）能够反应既生成气体又形成沉淀的有哪些。

第三，选择手段从初始状态向第一个小目标推进。

根据第一个目标学生可以把这些离子能够形成的物质分成这样两组：

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

碱性：Ba（OH）2、Na2CO3（A、B）

第四，达到第一个小目标后，再选择手段向第二个小目标推进，依次类推。

完成了第一个目标后，我们可以向第二个目标推进。根据分析能够与另外四种均反应产生沉淀的应该是AgNO3，由此我们就可以得到D是AgNO3。接着完成下面的目标得到A是Na2CO3，那么B就是Ba（OH）2，E是AlCl3或Al2（SO4）3，根据最后一个信息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，如果一个手段行不通，就退回到原来的状态，重新选择手段，直到达到总目标。

我们在分析这道题的时候也可以分成两组后再进行假设， 因为A、B应该是Ba（OH）2、Na2CO3，所以可以假设A是Ba（OH）2，但带到下面所给的信息中不符，所以A是Na2CO3。

通过使用这种手段——目的分析策略，把目标分成若干小目标，并逐步推进，就使得这道让很多学生晕头转向的题目变得清晰易懂了。如果教师在课堂中有意识地培养学生熟练掌握这种解题策略，那么在考试当中遇到比较复杂且容易混乱的题目时，学生就不会出现慌乱的局面，而是信心十足地通过分小步走找到正确的答案。信心对于考生来说很重要，因为有信心，问题就已经解决一半了。

二、反推法策略

这种策略适合于解决那些从起始状态出发可以有多种走法，但是只有一条路能够达到目标状态的问题。最基本的思想是：从目标状态出发向初始状态反推，直到达到初始状态为止，然后再由初始状态沿反推路线一步步正向求解。这种方法比较适合解决一些无机框图或有机框图推断题和有机合成问题。

例：下图中A、B、C、D、E、F、G均为有机化合物。

本道题目如果从A的分子式来看A有很多种结构，从A到B、C的反应来看，也只能知道A 属于酯，具体的结构也很难推出，但是如果由E、F、G反推回B、C、D就比较容易，从E的结构简式可以推出B的结构简式为endprint

C的结构简式为CH3COOH，D的结构简式CH3CH2OH，从而推出A的结构简式就是十分容易的事了。推出A的结构简式后再正推一次，看看通过反应①是否可以得到B、C、D，就可以检查出推断是否正确。

三、简化策略

这种策略就是在问题的解决过程中，先抛开问题的某些细节，直接抓住问题的关键信息，将抽象的问题简化成简单的形式，然后解决已简化了的问题，最后实现对复杂问题的解决的方法。这种方法非常适合一些看起来非常复杂的计算尤其是多步反应的一步计算。还有就是一些看起来很复杂但是问题却很简单的选择题，也就是问题似乎很难但是有一个明摆着的正确答案的选择题。

例：有氧化铁和氧化铜的混合物ag，加入2mol/L的硫酸溶液50mL时，恰好完全溶解。若将这种混合物bg在气流中加热并充分反应，冷却后剩余固体的质量为（ ）。

A.（a-1.6）b/ag

B.1.6b/ag

C.（a-3.2）b/ag

D.0.8b/ag

对于这道题目很多学生束手无策，因为该题涉及到四个反应方程式，如果分别求出Fe2O3、CuO的质量再求出bg混合物后来生成的Cu和Fe的质量当然可以算出，但是十分麻烦，要用的时间也比较多，而且中间过程容易计算错误，故一般不这么做。但如果我们采用简化策略就容易多了，本题要求的是bgFe2O3、CuO混合物中Fe和Cu的质量，中間还涉及到了一个混合物与硫酸的反应，为求简便我们可以忽略中间的一些过程试着找出它们之间的关系，然后列出这样的关系式：

Fe2（SO4）3—Fe2O3—Fe

CuSO4—CuO—Cu

我们不难看出氧原子的个数与硫酸根的个数相同，而单质的质量只要总质量减去氧原子的质量就可以得到，这样我们就很容易算出是A答案。应用这种策略解决这一问题所消耗的时间肯定不会超过2分钟。

例：2008 年北京奥运会主体育场的外形好似“鸟巢”（The Bird Nest）。有一类硼烷也好似鸟巢，故称为巢式硼烷。巢式硼烷除 B10H14不与水反应外，其余均易与水反应生成氢气和硼酸，硼烷易被氧化。下图是三种巢式硼烷，有关说法正确的是（ ）。

A.这类巢式硼烷的通式是 BnHn+4

B.2B5H9 + 12O2 5B2O3 +9H2O，lmolB5H9

完全燃烧转移25mol电子

C.8个硼原子的巢式棚烷化学式应为B8H10

D.硼烷与水反应是非氧化还原反应

这道题目看起来很复杂，给出了一些学生不是很熟悉的信息，又将硼烷比较复杂的结构画出，一眼望去可能有些头晕，但是想要找到正确的答案却是十分容易的，只要我们忽略一些不必要，有可能会造成干扰的信息，比如说硼烷的结构式，略读一遍题后就可以直接看选项，因为是单选题，所以很容易看出本A答案是正确的。这是一个明摆着的正确答案而其他选项我们就不用再去看了，这样就能快速地解决这道问题，所耗时间不超过一分钟。

四、爬山策略

这种策略的名称是一个形象的比喻。即在问题解决的过程中，假定目标是山顶，人们不可能一下子爬到山顶，而是先确定较低处为目标，爬上这个目标后，再确定比较高处的目标，如此多次循环，最终到达山顶。这种策略给人一种成功感，可鼓励人们进一步解决问题，这种方法适合于很多比较复杂的填空题。

化学是一门以实验为基础的科学，实验的重要性每个教师都是知道的，在历年的高考当中实验题也是必考的内容。纵观近几年各省及全国高考化学，实验题都是一道能力层次相对要求较高的题目，是一道“拉分题”。且实验题主要考察学生对实验相关基本知识的掌握以及分析问题和解决问题的能力，综合能力要求较高，并且还要求学生具有扎实的基本功以及灵活分析、解决问题的能力，因此在解决实验题的过程中可以把启发式策略的各种方法综合运用。

综上所述，在高三最后阶段的复习中，不仅要培养学生掌握知识的能力，更要培养学生学会应用解题策略的能力，而且这方面的培养可能更加重要，因为只有掌握了好的解题策略才能做到事半功倍。endprint