高中化学解题中的逆向思维探究

曹江梅

(新疆阿勒泰地区第二高级中学,新疆 阿勒泰 836500)

高中化学现已成为重点建设学科之一,其学习内容较为复杂,在化学解题过程中要注意思维模式的转换,即正向、逆向思维并用.若是遇到正向思维无法解决的难题,可从题目的对立面出发,以逆向思维进行化学难题的思考,便可摆脱传统解题过程中思维的局限性,这对于化学难题的解答无疑有着很大的帮助[1].下述结合一些常见化学题型中应用逆向思维进行解答,以此帮助拓展学生思维,更好地达到化学教学基本目标.

1 逆向思维概述

逆向思维又称反向思维,即在解题中从结论出发,推导得出前提条件的一种思维方式.高中化学是为培养学生独特思维方式的一门学科,逆向思维的运用可获得意料之外的结果,因而随着新一轮课程教育改革的实施,逆向思维在化学课程考试中的应用也是愈发广泛.

2 逆向思维在高中化学不同类型题目解题中的实际应用探讨

2.1 化学选择题中逆向思维的运用

选择题作为高中化学最为常见的题型之一,其题目特点便是已经给出问题对应的答案,需要从所给的选项中选择正确答案,因而运用逆向思维解题必然更具优势.当运用正向思维难以解题时,则可尝试运用逆向思维,即将选择题所给选项一一带入原题目之中,以此快速确定各个选项答案是否与原题相符,最终排除错误答案,得到正确的选项[2].

例题1 如图1所示化合物A、B、C、D、E、X均为中学常见无机物,且所含元素均为短周期元素,图示为这些无机化合物之间的转换关系,其中略去了部分生产物和反应物条件.则下述推断错误的是( ).

图1 合成路线

图1 无机化合物之间的转换关系

B. 若D为CO,且C与E能发生反应,则化合物A一定为Na2O2

C. 若D为白色沉淀,且与A摩尔质量相等,则相应的X一定为铝盐

D. 若X为碳酸钠,C为含极性键的分子,则A一定为氯气,且无机物D与E能发生反应

例题2(2021年新课标Ⅰ卷)298 K时,在20.0 mL 0.10 mol·L-1氨水中滴入0.10 mol·L-1的盐酸.溶液的pH与所加盐酸体积关系图如图2所示.其中0.10 mol·L-1的氨水电离度为1.32%,以下有关表述正确的选项为( ).

图2 溶液的pH与所加盐酸体积关系图

A.该滴定过程应选择酚酞作为指示剂

B.M点对应的盐酸体积为20.0 mL

D.N点处的溶液中pH<12

2.2 化学方程式配平题中逆向思维的运用

化学方程式配平是常见的化学题型,也是高中化学中要求学生必须掌握的内容.在配平过程中,很多情况下都需要从生成物入手进行配平,由此可以显著简化化学方程式配平过程,加快配平速度[3].

例题3配平下列化学方程式:

_Cu3P+_H3PO4+_H2SO4

分析对该化学方程式进行分析可知,其属于典型的氧化还原反应方程式.由反应物及生成物价态变化分析可知,P4在反应中既作氧化物,又作还原物,CuSO4则作氧化剂.氧化还原反应方程式的配平主要是从化合物价态变化及原子数量两方面进行,若是正向进行配平,则需将P4进行拆分,不论是从化合物价态还是物料守恒角度出发,都难以进行配平操作.而若是从生成物出发进行配平,则可从化合物价态变化首先确定Cu3P、H3PO4氧化产物及还原产物之间的计量关系.即经分析可知生成物化合价变化分别为Cu(+1)→Cu(+2),P(-3)→P(0),P(+5)→P(0),若设Cu3P、H3PO4化学计量数分别为x、y,则根据化合价变化可得关系式6x=5y,以此初步填写上述化学方程式为:

5Cu3P+6H3PO4+H2SO4

然后将计量数均化为整数,并依照物料守恒原则配平H2O、H2SO4即可完成该化学方程式配平的全部工作.最终得到本题答案如下:

20Cu3P+24H3PO4+60H2SO4

经由上述分析可知,化学方程式配平题采用逆向思维更容易解题,尤其是类似例题歧化反应的配平,若从反应物出发正向配平,则需将歧化反应物进行拆分,虽也能解出最终结果,但所花费的时间远超逆向思维从生成物出发配平.

2.3 有机合成路线探究类型题逆向思维的运用

有机合成路线探究是高中化学学习中的重难点,这类题对于学生化学基础知识掌握程度及思维能力都有着较高的要求.对于有机合成路线等综合性题目而言,若是一味地以正向思维进行解题,即从所给反应物直接推断合成产物的路线,通常需要多次试错,在耗费大量时间的同时也很难得出最终的结果.对此,在有机合成路线教学中,需贯彻逆向思维,从最终产物逆推合成路线,由此可以削减大多数题目的难度,且利于学生多角度解题,下述则以具体例题为例,具体分析高中化学有机合成路线探究题中逆向解题思维的运用[4].

例题4苯乙酸苄酯为花香型香料,其结构简式如下:

以苯甲醇作为起始原料,设计一条制备苯乙酸苄酯的合成路线.

试题解析本题目为典型的高中化学有机合成路线题,在已知合成原料为苯甲醇,制备物为苯乙酸苄酯的条件下,便可从制备物出发逆推至合成原料.在了解了苯乙酸苄酯结构简式的基础上,向前推一步,可知在高中化学学习中,合成酯类有机物最常用的方法便是酸醇脱水缩合,因而从箭头位置断开可初步推断上一步有机物为苯乙酸和苯甲醇.

继续由苯乙酸回推,考虑到最终合成物为苯甲醇,要保持C基结构一致,则前两步物质可以分别为氯化苄、甲基苯氰.由此便基本明晰了该有机合成具体路线[5],如图1所示.

该有机合成路线题还属于高中化学有机合成中较为简单的题目,对于更复杂的有机合成路线探究题,则逆向思维的运用更为重要.尤其是在给定多种合成原料的情况下,若是正向推断需逐一进行试推,一旦学生基础知识掌握不牢固,则耗费大量时间的同时也难以得到正确结果,长期如此很容易影响到学生化学学习的信心及兴趣,因而逆向思维的培养及运用也是必要的[6].