朱彬,趙從軍

(遵義師范學(xué)院化學(xué)系,貴州遵義563002)

自1984年中國化學(xué)會(huì)組織全國中學(xué)生化學(xué)競賽至今,全國中學(xué)生化學(xué)競賽已經(jīng)舉辦了24屆。全國中學(xué)生化學(xué)競賽的開展,在普及化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),提高青少年學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,加深對化學(xué)知識(shí)的理解,提高靈活運(yùn)用化學(xué)知識(shí)的能力,激發(fā)和培養(yǎng)中學(xué)生的思考與創(chuàng)造能力,推動(dòng)中學(xué)素質(zhì)教育等方面起到了非常的重要作用,同時(shí)也為國內(nèi)高校選拔了大批化學(xué)專業(yè)的拔尖人才。全國中學(xué)生化學(xué)競賽是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)尖子學(xué)生的一條重要途徑,是化學(xué)學(xué)科面向全體、重視個(gè)體差異的重要體現(xiàn)。因此分析研究近年的競賽試題,無論是對做好競賽的培訓(xùn)工作還是正確把握試題的發(fā)展方向都有積極的意義。

從近10年全國高中生化學(xué)競賽(初賽)試題的特點(diǎn)來看,試題都是以“全國高中學(xué)生化學(xué)競賽基本要求[1]”來命制的。試題力圖使參賽選手在知識(shí)、能力和素質(zhì)方面獲得提高。競賽的每個(gè)環(huán)節(jié)都盡量創(chuàng)造條件,使選手接觸最新科技發(fā)展成果,獲得最新概念,同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生深入思考,鼓勵(lì)他們創(chuàng)造性地學(xué)習(xí),包括對已掌握的非化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用；開發(fā)青少年學(xué)生的潛力和學(xué)習(xí)能力,使他們加強(qiáng)進(jìn)取和競爭意識(shí),培養(yǎng)思維和工作的準(zhǔn)確性、持久性、創(chuàng)造性以及強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和敬業(yè)精神[2]。分析2001—2010年全國高中學(xué)生化學(xué)競賽(初賽)有機(jī)化學(xué)試題可以發(fā)現(xiàn),試題涵蓋的知識(shí)面寬、層次深,難度大,有利于培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)生活實(shí)際相結(jié)合,有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)。試題內(nèi)容包括系統(tǒng)命名、結(jié)構(gòu)推導(dǎo)、同分異構(gòu)體的書寫、立體化學(xué)、反應(yīng)歷程、烴的衍生物的性質(zhì)和衍變關(guān)系、有機(jī)化學(xué)中各類有機(jī)物的基本物理、化學(xué)性質(zhì)等,試題題型創(chuàng)造性強(qiáng),重點(diǎn)考察學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

1 試題結(jié)構(gòu)分析

從2001—2010年全國高中學(xué)生化學(xué)競賽(初賽)試題來看,試題內(nèi)容涵蓋了無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)五個(gè)化學(xué)主干學(xué)科?？疾斓脑囶}均以主觀題的形式呈現(xiàn),卷面總分為100分。試題題量比較穩(wěn)定,一般為12題左右(見表1),有機(jī)化學(xué)試題一般出現(xiàn)在試卷的后半部分?？v觀這十年的試題,五個(gè)主干學(xué)科所占的分值比例見表2。

表1 2001-2010年全國高中學(xué)生化學(xué)競賽(初賽)試題數(shù)

表2 2001-2010年全國高中學(xué)生化學(xué)競賽(初賽)各學(xué)科試題所占分值

從表1可以看出,2001、2002、2004年題量最大,共有13個(gè)大題,而在2005和2009兩年,均只有10個(gè)大題。通過表2可以看出,有機(jī)化學(xué)在競賽試題中所占的比例最大,這可能是因?yàn)椋涸谌祟愐阎幕衔镏?有機(jī)化合物占了絕大多數(shù),與生命活動(dòng)密切相關(guān)的有機(jī)化合物廣泛存在于人類居住的地球上,使地球充滿生機(jī)與活力,近年來,新合成的有機(jī)化合物數(shù)以千萬計(jì),極大地豐富了我們的物質(zhì)世界,滿足了日益增長的社會(huì)需要,提高了人們對物質(zhì)及其變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)。當(dāng)今,有機(jī)化合物的應(yīng)用已深入到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。

2 試題特點(diǎn)

2.1 題量相對穩(wěn)定,難度略有增加

每年的有機(jī)化學(xué)試題總體在題型、題量方面幾乎相近,基礎(chǔ)性較強(qiáng),難度略有增加,一些試題的水平要求較高。從試題本身來看,既保留了優(yōu)秀的傳統(tǒng)題目,又突出了環(huán)保、化學(xué)用語、實(shí)驗(yàn)中的思維能力等方面的考查。整體看有機(jī)化學(xué)試題的難度控制較好,試題的區(qū)分度較高,因而保持了很好的相對穩(wěn)定性。

(2002·8①2002·8指2002年全國高中學(xué)生化學(xué)競賽初賽試題第8題，下同。)化合物A和B的元素分析數(shù)據(jù)均為C 85.71%,H 14.29%。質(zhì)譜數(shù)據(jù)表明A和B的相對分子質(zhì)量均為84。室溫下A和B均能使溴水褪色,但均不能使高錳酸鉀溶液褪色。A與HCl反應(yīng)得2,3－二甲基－2－氯丁烷,A催化加氫得2,3－二甲基丁烷；B與HCl反應(yīng)得2－甲基－3－氯戊烷,B催化加氫得

2,3 －二甲基丁烷。

(1)寫出A和B的結(jié)構(gòu)簡式。

(2)寫出所有與A、B具有相同碳環(huán)骨架的同分異構(gòu)體,并寫出其中一種異構(gòu)體與HCl反應(yīng)的產(chǎn)物。

該題考察了運(yùn)用元素的百分含量和相對分子質(zhì)量來推導(dǎo)化合物的分子式,進(jìn)而利用環(huán)丙烷衍生物的加成反應(yīng)來推導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)式。如果學(xué)生掌握了環(huán)丙烷加成反應(yīng)的有關(guān)知識(shí),便能正確解答試題。

(2007·10)尿素受熱生成的主要產(chǎn)物與NaOH反應(yīng),得到化合物A(三鈉鹽)。A與氯氣反應(yīng),得到化合物B,分子式C3N3O3Cl3。B是一種大規(guī)模生產(chǎn)的化工產(chǎn)品,全球年產(chǎn)達(dá)40萬噸以上,我國年生產(chǎn)能力達(dá)5萬噸以上。B在水中能持續(xù)不斷地產(chǎn)生次氯酸和化合物C,因此廣泛用于游泳池消毒等。

(1)畫出化合物A的陰離子的結(jié)構(gòu)式。

(2)畫出化合物B的結(jié)構(gòu)式并寫出它與水反應(yīng)的化學(xué)方程式。

(3)化合物C有一個(gè)互變異構(gòu)體,給出C及其互變異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)式。

(4)寫出上述尿素受熱發(fā)生反應(yīng)的配平方程式。

此題考察了加熱條件下尿素分子間脫氨生成環(huán)狀三聚氰酸的反應(yīng),要求考生不僅能正確寫出產(chǎn)物的酮式結(jié)構(gòu),而且能將酮式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成醇式異構(gòu)體,方能正確畫出化合物A的陰離子的結(jié)構(gòu)式。與上一題相比較,此題難度明顯加大,對能力的要求更高,學(xué)生必須具有一定的發(fā)散性思維能力方能正確解答,這也正是全國高中學(xué)生化學(xué)競賽的目的所在。

2.2 試題新穎、真實(shí)化,命題素材源于生產(chǎn)生活

當(dāng)今世界正面臨環(huán)境日益惡化、能源短缺、生態(tài)平衡遭到破壞、食品安全等一系列問題,競賽命題常以此為設(shè)問對象,要求考生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)去分析、去評價(jià),以此達(dá)到宣傳和教育的目的。

(2002·7)據(jù)報(bào)道,我國醬油出口因“氯丙醇”含量超標(biāo)而受阻。

(1)據(jù)研究,醬油中的“氯丙醇”的來源可能是醬油原料中的雜質(zhì)脂肪水解產(chǎn)物甘油的羥基被氯取代的衍生物；另一來源可能是用離子交換樹脂純化水配制醬油,由于交換樹脂采用1,2－環(huán)氧－3－氯丙烷(代號(hào)A)作交聯(lián)劑,殘留的A水解會(huì)產(chǎn)生“氯丙醇”；此外,A還可能來自包裝食品的強(qiáng)化高分子材料。試寫出由甘油得到的“氯丙醇”的結(jié)構(gòu)簡式和A水解的反應(yīng)方程式,反應(yīng)涉及的有機(jī)物用結(jié)構(gòu)簡式表示。

(2)在同一個(gè)碳上同時(shí)有2個(gè)羥基或者一個(gè)羥基和一個(gè)氯原子的“氯丙醇”是不穩(wěn)定的,在通常條件下會(huì)發(fā)生消除反應(yīng),請給出2個(gè)反應(yīng)方程式作為例子。

(2010·10)灰黃霉素是一種抗真菌藥,可由A和B在三級(jí)丁醇鉀/三級(jí)丁醇體系中合成,反應(yīng)式如圖1：

圖1 2010年10題反應(yīng)式

(1)在下面灰黃霉素結(jié)構(gòu)式中標(biāo)出不對稱碳原子的構(gòu)型。

圖2 2010年10題物質(zhì)結(jié)構(gòu)圖

(2)寫出所有符合下列兩個(gè)條件的B的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式：

1)苯環(huán)上只有兩種化學(xué)環(huán)境不同的氫；2)分子中只有一種官能團(tuán)。

(3)寫出由A和B生成灰黃霉素的反應(yīng)名稱。

近年來的競賽試題,充分體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)。以實(shí)際情景為依托,融有機(jī)化學(xué)重難點(diǎn)理論、有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)為一體的考察方式,在內(nèi)容選擇上,積極關(guān)注與化學(xué)相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題,力求反映現(xiàn)代化學(xué)研究的最新成果,選材新穎而又貼近學(xué)生生活實(shí)際,內(nèi)容涉及環(huán)境保護(hù)、食品安全、藥物合成、新型高分子材料、能源等領(lǐng)域,充分體現(xiàn)了化學(xué)的應(yīng)用價(jià)值,易使學(xué)生形成認(rèn)同化學(xué)、喜愛化學(xué)的真切感受。

2.3 加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)

素質(zhì)教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力,創(chuàng)新精神是一個(gè)國家和民族發(fā)展的不竭動(dòng)力。創(chuàng)新精神的核心是創(chuàng)造性的科學(xué)思維,它是創(chuàng)造能力的催化劑。創(chuàng)造性思維的特點(diǎn)是敢于想象,思維具有發(fā)散性,有獨(dú)特的知識(shí)結(jié)構(gòu)以及活躍的靈感,因此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力是培養(yǎng)創(chuàng)新人才、全面實(shí)施素質(zhì)教育的根本要求。

(2003·1)二戰(zhàn)期間日本是在戰(zhàn)場上唯一大量使用毒氣彈的國家,戰(zhàn)爭結(jié)束日軍撤退時(shí),在我國秘密地遺棄了大量未使用過的毒氣彈,芥子氣是其中一種毒氣。芥子氣的分子式為(ClCH2CH2)2S。人接觸低濃度芥子氣并不會(huì)立即感受痛苦,然而,嗅覺不能感受的極低濃度芥子氣已能對人造成傷害,而且,傷害是慢慢發(fā)展的。

(1)用系統(tǒng)命名法命名芥子氣。

(2)芥子氣可用兩種方法制備。其一是ClCH2CH2OH與Na2S反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物之一接著與氯化氫反應(yīng)；其二是CH2=CH2與S2Cl2反應(yīng),反應(yīng)物的摩爾比為2:1。寫出化學(xué)方程式。

(3)用堿液可以解毒。寫出反應(yīng)式。

(2007·1)2003年5月報(bào)道,在石油中發(fā)現(xiàn)了一種新的烷烴分子,因其結(jié)構(gòu)類似于金剛石,被稱為“分子鉆石”,若能合成,有可能用做合成納米材料的理想模板。該分子的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3：

圖3 2007年1題物質(zhì)結(jié)構(gòu)圖

(1)該分子的分子式為；

(2)該分子有無對稱中心？；

(3)該分子有幾種不同級(jí)的碳原子？；

(4)該分子有無手性碳原子？；

(5)該分子有無手性？。

競賽試題往往將往年的“熟題”和“成題”進(jìn)行改造形成新的試題。命題者一般從設(shè)問方式、障礙設(shè)置、考查內(nèi)容等方面進(jìn)行改造,以達(dá)到推陳出新的目的。因此在平時(shí)訓(xùn)練中,教師應(yīng)從不同角度對試題進(jìn)行全面分析,使學(xué)生對同一知識(shí)點(diǎn)或方法作多角度的分析和思考,全面的理解其內(nèi)涵和外延,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。必須加強(qiáng)學(xué)生收斂思維和發(fā)散思維、正向思維和逆向思維、辯證思維等的培養(yǎng),使學(xué)生能夠結(jié)合自己已有的基礎(chǔ)知識(shí)解答試題。如以上兩題,系統(tǒng)命名、分子式的確定、對稱性判斷、手性判斷都是屬于?？嫉念}型,它要求學(xué)生具備靈活運(yùn)用所學(xué)基本知識(shí)創(chuàng)建未知知識(shí)的能力,同時(shí)還考察了學(xué)生面對陌生知識(shí)的心理承受能力和應(yīng)變能力。中學(xué)化學(xué)教學(xué)承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的重任,學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)是學(xué)生的創(chuàng)造性思維,而學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)要依賴于創(chuàng)造性的教學(xué)[3]。

2.4 加強(qiáng)學(xué)科綜合,突出學(xué)科能力

有機(jī)化學(xué)是一個(gè)充滿生機(jī)的領(lǐng)域,新的研究成果不斷涌現(xiàn),因此在競賽試題中也不斷出現(xiàn)新研究成果的試題。這類試題都以有機(jī)合成路線的方式作題面,在2004年以前多以有機(jī)合成反應(yīng)式加方框圖的形式出現(xiàn),從2004年以后將試題中的方框用A、B、C等英文字母代替,主要要求考生根據(jù)提供的反應(yīng)式(反應(yīng)條件)寫出反應(yīng)中空缺的反應(yīng)物(產(chǎn)物、反應(yīng)條件),在近十年的競賽試題中有8年出現(xiàn)了這類試題(見表3),是競賽試題中最常見的題型。此類試題能夠全面考查學(xué)生對所掌握的有機(jī)化學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力,因此所占分值比例也較大。

表3 2001-2010年全國高中學(xué)生化學(xué)競賽(初賽)以有機(jī)合成路線作題面的試題及分值

(2001·9)1997年BHC公司因改進(jìn)常用藥布洛芬的合成路線獲得美綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)：

舊合成路線見圖4：

圖4 布洛芬舊合成路線

新合成路線見圖5：

圖5 布洛芬新合成路線

(1)寫出A、B、C、D的結(jié)構(gòu)式(填入方框內(nèi))。

(2)布洛芬的系統(tǒng)命名為：。

(2008·11)1941年從貓薄荷植物中分離出來的荊芥內(nèi)酯可用作安眠藥、抗痙攣藥、退熱藥等。通過荊芥內(nèi)酯的氫化反應(yīng)可以得到二氫荊芥內(nèi)酯,后者是有效的驅(qū)蟲劑。為研究二氫荊芥內(nèi)酯的合成和性質(zhì),進(jìn)行如圖6的反應(yīng)：

圖6 2008年11題反應(yīng)式

寫出A、B、C、D和E的結(jié)構(gòu)簡式(不考慮立體異構(gòu)體)。

以上兩題均屬以有機(jī)合成路線作題面的試題,是利用框圖的結(jié)構(gòu)與給出的條件做邏輯推理。此類試題難度較大,考查的有機(jī)反應(yīng)類型較多,學(xué)生需要較為全面的掌握有機(jī)化學(xué)基本反應(yīng),才能正確解答。如2001年第9題題中的Friedel-Craf ts反應(yīng),Dazen反應(yīng)均為大學(xué)有機(jī)化學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。這類試題對于應(yīng)試者為高中學(xué)生來說,雖有一定的難度,但也決不是束手無策。此類試題可利用逆合成原理,命題者在命制此類題時(shí),常常把其中一步(或幾步)關(guān)鍵步驟模糊化,好像是拆了橋,卻留下橋墩。只要解題者根據(jù)題中所給出的新信息重新搭起橋,就能順利將題解出[4]。只要學(xué)生能全面把握框圖的結(jié)構(gòu),熟練掌握官能團(tuán)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系,通過已知物、反應(yīng)條件等就可推導(dǎo)出未知物。

(2006·10)以氯苯為起始原料,用最佳方法合成1-溴-3-氯苯(限用具有高產(chǎn)率的各反應(yīng),標(biāo)明合成的各個(gè)步驟)。

這是一道典型的有機(jī)合成題,是競賽試題中的新題型,對于不太熟悉有機(jī)合成設(shè)計(jì)技巧的中學(xué)生來說,難度很大。它不僅要求學(xué)生要熟悉有機(jī)化學(xué)的基本反應(yīng),熟練掌握官能團(tuán)的相互轉(zhuǎn)換,而且還要掌握有機(jī)合成設(shè)計(jì)的一些方法和技巧,具備一定逆合成分析的能力,方能按試題的要求用最少的步驟和高產(chǎn)率的反應(yīng)設(shè)計(jì)出合成路線。如上題中定位基團(tuán)氨基的引入、保護(hù)和脫去都是此題的難點(diǎn)。這類試題在近十年的試卷中只出現(xiàn)過一次,今后是否還會(huì)出現(xiàn)還有待進(jìn)一步的觀察。

3 結(jié)語

化學(xué)競賽是以課外活動(dòng)對課堂知識(shí)作適當(dāng)補(bǔ)充為基礎(chǔ)的,只靠中學(xué)化學(xué)大綱進(jìn)行的課堂教學(xué)是難以在競賽中取得優(yōu)勝的。因此,在課外補(bǔ)充化學(xué)知識(shí)顯得格外重要,學(xué)生應(yīng)該在課外活動(dòng)中盡量補(bǔ)充大學(xué)化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),我們既不應(yīng)該要求競賽的知識(shí)儲(chǔ)備跟大學(xué)化學(xué)完全相同,也不應(yīng)該只局限于中學(xué)化學(xué)的知識(shí)水平,這里存在一個(gè)度的問題,只有把握好“度”的原則,才能使教學(xué)獲得良好效果,也才能使學(xué)生學(xué)有所得,如何把握這個(gè)“度”需要參加競賽輔導(dǎo)教師的共同努力。對于高中學(xué)生化學(xué)競賽現(xiàn)在有二種不同的觀點(diǎn),一種是以中學(xué)化學(xué)大綱的知識(shí)點(diǎn)為背景出題；另一種是以盡量高的知識(shí)水平為背景進(jìn)行命題；綜合起來,盡量往中學(xué)化學(xué)水平上靠最好,但是絕不可能只按中學(xué)化學(xué)水平進(jìn)行競賽,原因是我國的中學(xué)化學(xué)教育水平(指作為升學(xué)預(yù)備教育的化學(xué)課程的知識(shí)水平)比國際中學(xué)化學(xué)教育的水平低；從“面向世界”的角度著眼,只在中學(xué)化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上展開化學(xué)競賽是不可行的,我們努力發(fā)展的是高智力型的化學(xué)競賽,這種高智力型的競賽,應(yīng)該作為課堂教學(xué)的延伸和補(bǔ)充?？傊?新課程改革下的化學(xué)競賽復(fù)習(xí)備考,需要研究化學(xué)競賽試題的命題特點(diǎn),認(rèn)清競賽試題的命題意圖和規(guī)律。只有明確教師輔導(dǎo)和學(xué)生復(fù)習(xí)的方向,才能使教師不斷提升自身的教學(xué)輔導(dǎo)水平,學(xué)生不斷提高學(xué)習(xí)的效率。教師在輔導(dǎo)過程中還要注重夯實(shí)基礎(chǔ),聯(lián)系生活實(shí)際,關(guān)注熱點(diǎn)問題,切實(shí)鍛煉和提高應(yīng)試者運(yùn)用知識(shí)的能力,只有這樣,應(yīng)試者才能在化學(xué)競賽中獲得優(yōu)異成績,教師才能為祖國培養(yǎng)出更多棟梁之才。

[1] 中國化學(xué)會(huì)科學(xué)普及工作委員會(huì).全國高中學(xué)生化學(xué)競賽基本要求(2008年4月修訂)[EB/OL].http://www.ccs.ac.cn/news/?hid=117,2011-07-10.

[2] 國際化學(xué)奧林匹克競賽史[EB/OL].http://news.fudan.edu.cn/2006/0113/8349.html,2011-05-18.

[3] 袁曉春.論中學(xué)化學(xué)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)[J].昭通師范高等?？茖W(xué)報(bào),2004,(2):71-76.

[4] 陳進(jìn)前.新型有機(jī)試題的解答策略[J].考試(高考語文版),2002,(10):43-45.