云南 趙旭東

一、化繁為簡(jiǎn)認(rèn)識(shí)反應(yīng)歷程(機(jī)理)

反應(yīng)歷程(機(jī)理)試題能較好考查考生獲取信息的能力，在近幾年的高考中高頻出現(xiàn)。為方便教學(xué)，符合高中學(xué)生的認(rèn)知水平，筆者在這里對(duì)“反應(yīng)歷程(機(jī)理)”作化繁為簡(jiǎn)處理：基元反應(yīng)就是一步完成的反應(yīng)；一個(gè)復(fù)雜反應(yīng)可以由若干個(gè)基元反應(yīng)按照一定規(guī)律組合起來(lái)；反應(yīng)歷程是化學(xué)中用來(lái)描述某一化學(xué)變化所經(jīng)由的全部基元反應(yīng)的學(xué)科名詞，所表達(dá)的意思就是反應(yīng)物究竟按什么途徑、經(jīng)過(guò)哪些步驟得到了最終產(chǎn)物；反應(yīng)歷程又被稱為反應(yīng)機(jī)理。

二、反應(yīng)歷程(機(jī)理)題高頻出現(xiàn)的原因

1.化學(xué)的應(yīng)用價(jià)值使然

化學(xué)的應(yīng)用價(jià)值決定了化學(xué)必須要研究化學(xué)反應(yīng)來(lái)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，化學(xué)反應(yīng)要應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐主要有兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是要了解反應(yīng)進(jìn)行的方向和最大限度以及外界條件對(duì)反應(yīng)平衡的影響；二是要知道反應(yīng)進(jìn)行的速率和反應(yīng)的歷程(機(jī)理)。

2.《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)在主題2化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率中提出明確要求“知道化學(xué)反應(yīng)是有歷程的，認(rèn)識(shí)基元反應(yīng)活化能對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響”。

3.新教材的要求

4.《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》的要求

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中對(duì)高考中反應(yīng)歷程(機(jī)理)提出了比《課程標(biāo)準(zhǔn)》、教材更高的要求，通過(guò)“立德樹(shù)人，服務(wù)選才，引導(dǎo)教學(xué)”的這“一核”將教學(xué)、高考、高校人才選拔融合成一個(gè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼w系統(tǒng)?！吨袊?guó)高考評(píng)價(jià)體系說(shuō)明》在闡述創(chuàng)新性時(shí)以化學(xué)為例——“高考對(duì)化學(xué)創(chuàng)新思維能力的考查就包括推測(cè)反應(yīng)現(xiàn)象或物質(zhì)性質(zhì)、設(shè)計(jì)物質(zhì)合成或分離路線、闡釋機(jī)理或總結(jié)規(guī)律等”。足見(jiàn)反應(yīng)歷程(機(jī)理)承載創(chuàng)新性的考查要求有獨(dú)到之處。不僅如此，筆者對(duì)照《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》及其說(shuō)明分析近年高考化學(xué)題中的反應(yīng)歷程(機(jī)理)題，發(fā)現(xiàn)它還能很好地承載基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、綜合性的考查要求，包括核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力和必備知識(shí)的考查內(nèi)容。此外，反應(yīng)歷程(機(jī)理)題還能輕松實(shí)現(xiàn)解題向解決問(wèn)題的轉(zhuǎn)變。

三、反應(yīng)歷程(機(jī)理)題的發(fā)展

2013年教育部啟動(dòng)了普通高中課程修訂工作，2017年《課程標(biāo)準(zhǔn)》頒布，2019年部分地區(qū)開(kāi)始使用新教材，2019年11月《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》及其說(shuō)明頒布，2020年落實(shí)新高考，這期間高考中的反應(yīng)歷程(機(jī)理)題經(jīng)歷了出現(xiàn)、完善、基本定型的發(fā)展過(guò)程。2018年高考全國(guó)卷反應(yīng)歷程(機(jī)理)題就閃亮登場(chǎng)，如2018年全國(guó)卷Ⅱ第8題，情境是氮氧化物和二氧化硫在形成霧霾時(shí)與大氣中的氨的關(guān)系示意圖。彼時(shí)未將其稱為“反應(yīng)歷程(機(jī)理)”，原因是2007年人版教版教材選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中，有“催化劑能加快反應(yīng)速率，是因?yàn)樗芨淖兎磻?yīng)的路徑，使發(fā)生反應(yīng)所需的活化能降低”的敘述，未出現(xiàn)“反應(yīng)歷程(機(jī)理)”這一名詞。也正是因?yàn)榕f版教材對(duì)于《課程標(biāo)準(zhǔn)》和《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》的考查要求的滯后，導(dǎo)致“反應(yīng)歷程(機(jī)理)”題在2019年至2021年的高考全國(guó)卷中“猶抱琵琶半遮面”地示人。2019年高考全國(guó)卷Ⅰ第28題(3)有“反應(yīng)歷程”的稱謂，第10題同樣屬于反應(yīng)歷程(機(jī)理)題，以“表面吸附和溶解過(guò)程”謂之；2020年高考全國(guó)卷Ⅱ第11題以“反應(yīng)機(jī)理”謂之；2021年高考全國(guó)甲卷28題(1)最后兩空的考查屬于反應(yīng)歷程(機(jī)理)，高考命題老師用學(xué)生容易接受的敘述替換了陌生名詞“反應(yīng)歷程(機(jī)理)”。這些現(xiàn)象既體現(xiàn)了《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》以及《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，又考慮到了2019年版教材尚未全部啟用的實(shí)際教學(xué)情況，同時(shí)清晰地傳達(dá)了反應(yīng)歷程(機(jī)理)題將在高考中高頻考查的信息。

四、反應(yīng)歷程(機(jī)理)題的類型

反應(yīng)歷程(機(jī)理)題可以是選擇題、也可以是非選擇題。反應(yīng)歷程(機(jī)理)題多以圖像形式呈現(xiàn)信息，也可以是全文字的題。反應(yīng)歷程(機(jī)理)題的圖像分為能壘圖、循環(huán)圖、直線圖。圖中可以用物質(zhì)名稱、微粒符號(hào)或微粒模型(微粒模型圖以下簡(jiǎn)稱“模型圖”)來(lái)表示所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)或變化。2018年至2021年高考全國(guó)卷圖像題類型統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。

表1 2018年至2021年高考全國(guó)卷圖像題類型統(tǒng)計(jì)表

2019年全國(guó)卷Ⅰ第10題情境是HCl氣體分子在253 K 冰表面吸附和溶解過(guò)程的示意圖，從物質(zhì)變化看是物理過(guò)程，因涉及催化領(lǐng)域的研究將其歸為反應(yīng)歷程(機(jī)理)題，從表達(dá)微粒的形式看屬于模型圖，從反應(yīng)過(guò)程是否閉合看屬于直線圖。此題與其他年份的反應(yīng)歷程(機(jī)理)題相比，較為獨(dú)特。

五、例析反應(yīng)歷程(機(jī)理)題

情境是考查的載體，情境通常分為兩類，一是生活實(shí)踐情境，即與日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)的試題情境；二是學(xué)習(xí)探索情境，即源于真實(shí)的研究過(guò)程或?qū)嶋H的探索過(guò)程的試題情境。筆者分析近年反應(yīng)歷程(機(jī)理)題的情境，這兩類情境都有，題目設(shè)問(wèn)圍繞以下考查方向設(shè)置：歷程中某一陌生方程式的書寫，找活化能、催化劑、中間體，判斷反應(yīng)的快慢，判斷反應(yīng)的決速步驟，判斷焓變的正負(fù)或找焓變值。這些反應(yīng)歷程(機(jī)理)題很好地體現(xiàn)了高考評(píng)價(jià)體系中“四層”“四冀”的要求。下面筆者以2021年全國(guó)甲卷第28題(1)為例進(jìn)行說(shuō)明。

二氧化碳催化加氫制甲醇，有利于減少溫室氣體二氧化碳．回答下列問(wèn)題：

(1)二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為

該反應(yīng)一般認(rèn)為通過(guò)如下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：

總反應(yīng)的ΔH=________kJ·mol-1；若反應(yīng)①為慢反應(yīng)，圖1示意圖中能體現(xiàn)上述反應(yīng)能量變化的是________(填標(biāo)號(hào))，判斷的理由是。

A

B

C

D

【試題情境】屬于“生產(chǎn)新能源+環(huán)?！鼻榫常枚趸技託渲频眯履茉醇状?，同時(shí)減少溫室氣體二氧化碳。

【必備知識(shí)】考查了化學(xué)用語(yǔ)(熱化學(xué)方程式)、概念(能壘、活化能)、運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱、物質(zhì)轉(zhuǎn)化及利用。

【關(guān)鍵能力】主要考查了學(xué)生的理解與辨析能力、分析與推測(cè)能力、語(yǔ)言表達(dá)能力。第一空利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱可得出，觀察并找到總反應(yīng)=①+②，計(jì)算出反應(yīng)熱ΔH=41+(-90)=-49 kJ·mol-1。第二空?qǐng)D形為能壘圖，結(jié)合總反應(yīng)ΔH=-49 kJ·mol-1<0即總反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故能壘圖中產(chǎn)物能量低，正確選項(xiàng)在A、C中；由已知“反應(yīng)①為慢反應(yīng)”，所以反應(yīng)①的能壘(活化能)比反應(yīng)②的高，故選A。第三空考查學(xué)生第二空是不是真正懂了、化學(xué)學(xué)科化的語(yǔ)言表達(dá)有沒(méi)有掌握。

【學(xué)科素養(yǎng)】本題考查了證據(jù)推理與模型認(rèn)知化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，側(cè)重考查思維方法。學(xué)生利用總反應(yīng)與①②的關(guān)系，聯(lián)想到用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；把能壘圖和已知信息有機(jī)地聯(lián)系在一起，用圖解釋已知信息，用已知信息讀懂圖。

本題很有新意，將蓋斯定律求算反應(yīng)熱的結(jié)果與能壘圖巧妙地綜合在一起，層層深入，落實(shí)了基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、綜合性和創(chuàng)新性的考查；教材上學(xué)生沒(méi)有學(xué)過(guò)的知識(shí)高考中也可以考。這對(duì)教師的化學(xué)新課教學(xué)和高考備考提出了新的要求，教材中有關(guān)能壘、快(慢)反應(yīng)、決速步驟等概念、知識(shí)雖然未明確表示，但活化能、催化劑、碰撞理論等知識(shí)點(diǎn)的考查繞不開(kāi)這些概念和知識(shí)，新課教學(xué)時(shí)教師應(yīng)以碰撞理論為突破口，引導(dǎo)、促成學(xué)生建構(gòu)起相關(guān)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，在備考中做必要的針對(duì)性練習(xí)。

2018—2020年高考化學(xué)試題中的反應(yīng)歷程(機(jī)理)題的分析與本題相似，筆者在這里就不再贅述。

六、反應(yīng)歷程(機(jī)理)題的解題模型

1.切入點(diǎn)：先從設(shè)問(wèn)開(kāi)始，再回已知和歷程中讀題、審題。

2.重點(diǎn)：物質(zhì)(微粒)的變化。物質(zhì)觀、微粒觀、變化觀是串起歷程的主線，抓住這條線，解決問(wèn)題就會(huì)很容易。

3.難點(diǎn)：循環(huán)圖。閉合的環(huán)讓學(xué)生懵“圈”，解決方法是可記住反應(yīng)物就是起點(diǎn)，最終產(chǎn)物就是終點(diǎn)，失而復(fù)得的是催化劑，自生自滅的是中間產(chǎn)物。

4、易失分點(diǎn)：敘述理由。教師可在教學(xué)中向?qū)W生歸納、總結(jié)學(xué)科化的表述。

七、反應(yīng)歷程(機(jī)理)題的遷移應(yīng)用

以2021年高考全國(guó)甲卷第13題為例：

乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如圖2所示的電化學(xué)裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H+和OH-，并在直流電場(chǎng)作用下分別向兩極遷移。下列說(shuō)法正確的是( )

圖2

A.KBr在上述電化學(xué)合成過(guò)程中只起電解質(zhì)的作用

C.制得2 mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1 mol電子

D.雙極膜中間層中的H+在外電場(chǎng)作用下向鉛電極方向遷移

高考中這類題很多，如2020年全國(guó)卷Ⅱ第9題二氧化碳過(guò)量排放可對(duì)海洋生物的生存環(huán)境造成很大影響……再往前追溯，如2016年全國(guó)卷Ⅰ第11題電解池中電解后濃Na2SO4溶液變?yōu)橄a2SO4溶液。這類題學(xué)科特點(diǎn)非常明顯，情境都是研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、變化規(guī)律、用途，這類題被統(tǒng)稱為“物質(zhì)(微粒)變化題”。這類題很像反應(yīng)歷程(機(jī)理)題，反應(yīng)歷程(機(jī)理)題研究基元反應(yīng)，而物質(zhì)(微粒)變化題研究的是任意反應(yīng)。它們有兩個(gè)共同點(diǎn)：一是常用圖來(lái)表示物質(zhì)(微粒)的變化；二是串起反應(yīng)過(guò)程的主線是物質(zhì)觀、微粒觀、變化觀。這兩類題解決問(wèn)題的思維和方法是相同的，不同的僅僅是必備知識(shí)。兩類題型相互借鑒、融會(huì)貫通，能大大提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。筆者在這里用反應(yīng)歷程(機(jī)理)題的解題模型驗(yàn)證一下。

【答案】D

解題模型是一種“套路”，2021年高考后有一種說(shuō)法是高考題要反“套路”，教師與學(xué)生要辯證地看待這種說(shuō)法。若學(xué)生只會(huì)生搬硬套，遇到新情境“套路”肯定就毫無(wú)用處。若學(xué)生在套路的基礎(chǔ)上會(huì)舉一反三，遇到新情境時(shí)運(yùn)用“套路”就能快速有效地解題。物質(zhì)(微粒)變化題出現(xiàn)的時(shí)間比反應(yīng)歷程(機(jī)理)題早得多，如果學(xué)生建構(gòu)起物質(zhì)(微粒)變化題的解題模型，當(dāng)反應(yīng)歷程(機(jī)理)題出現(xiàn)時(shí)就能很容易解決。教師不能把學(xué)生教“死板”，不能只是教學(xué)生簡(jiǎn)單地記憶和套用解題模型，要讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、領(lǐng)悟、完善這個(gè)解題模型。一個(gè)解題模型用于新情境，雖然是“舊瓶裝新酒”，卻能“日久彌香”。