江輝輝 鐘偉

１ 問題的提出

“素養(yǎng)為本”的化學(xué)教學(xué)要提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的能力，因此教師應(yīng)重視對學(xué)生化學(xué)思維能力的培養(yǎng)，而類比推理思維是一種重要形式．類比思維，就是根據(jù)兩個或者兩類特殊對象之間存在某些屬性方面的相同或者相似，推理出它們的其他屬性也可能相同或者相似的邏輯推理方法．在高中化學(xué)教學(xué)過程中，適當(dāng)?shù)剡\用類比推理可以有效降低教學(xué)難度，提高教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力．

２ “類比推理”思維的具體應(yīng)用

２.１ 在元素與結(jié)構(gòu)教學(xué)中的應(yīng)用

“性構(gòu)相依”是元素化學(xué)教學(xué)的核心思想．通過引導(dǎo)學(xué)生分析不同物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，可以推測物質(zhì)的宏觀性質(zhì)．硝酸、硫酸和磷酸是高中化學(xué)３種重要的含氧酸，其結(jié)構(gòu)如圖１所示．對其結(jié)構(gòu)的考查一直受到高考命題者的青睞，如果題目中出現(xiàn)與這３種酸結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，我們就可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)結(jié)合類比推理的思維分析出陌生物質(zhì)的性質(zhì)．

例１ （２０２１ 年６ 月浙江卷）關(guān)于化合物ClONO２ 的性質(zhì)，下列推測不合理的是（）．

A．具有強氧化性

B．與NaOH 溶液反應(yīng)可生成兩種鈉鹽

C．與鹽酸作用能產(chǎn)生氯氣

D．水解生成鹽酸和硝酸

本題以陌生物質(zhì)為載體，看似無從下手，實際上考查學(xué)生對硝酸結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的類比推理能力．化合物ClONO２ 可看成氯原子取代了HONO２ 中的氫原子（如圖２）．硝酸中的H 為＋１價，可推知陌生物質(zhì)中的Cl也為＋１價，N 為＋５價，所以該化合物具有強氧化性，選項A 正確．根據(jù)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)學(xué)科思想，通過類比可知化合物ClONO２ 是氯原子取代了HONO２ 中的氫原子，在水解過程中ClONO２ 就會變回HONO２，而氯原子則會生成HClO（如圖２），所以選項D 錯誤．選項B中，可以理解為水解得到的HONO２ 與HClO 在NaOH 溶液中生成了硝酸鈉和次氯酸鈉兩種鹽，所以選項B正確．而選項C可以理解成化合物ClONO２ 中＋１價的氯與鹽酸中－１價的氯在酸性條件下發(fā)生歸中反應(yīng)生成氯氣，所以選項C也正確．答案為D．

變式 關(guān)于化合物HOSO２Cl的性質(zhì)，下列推測不合理的是（）．

A．具有強氧化性

B．與足量NaOH 溶液反應(yīng)可生成兩種鈉鹽

C．與鹽酸作用能產(chǎn)生氯氣

D．水解生成鹽酸和硫酸

根據(jù)類比思維，化合物HOSO２Cl可看成Cl取代了硫酸分子結(jié)構(gòu)中的OH，所以化合物HOSO２Cl中氯為－１價（和例１不同），在水解過程中應(yīng)該生成鹽酸和硫酸，與足量NaOH 溶液反應(yīng)可生成氯化鈉和硫酸鈉兩種鈉鹽，選項B、D正確．類比硫酸，化合物HOSO２Cl中S為＋６價，具有強氧化性，選項A 正確．化合物HOSO２Cl中氯為－１價，不會與鹽酸作用生成氯氣，選項C不正確．答案為C．

２.２ 在有機化學(xué)中的應(yīng)用

有機化學(xué)是高考必考內(nèi)容，主要以流程圖的形式考查學(xué)生靈活運用所學(xué)知識分析、解決問題的能力．而在考查的流程線路中，有的合成是熟悉的已學(xué)知識，而有的則是陌生的反應(yīng)．在陌生反應(yīng)的處理中，我們可以關(guān)注題目信息，采用類比推理的方法解決問題．例２ 化合物A 經(jīng)Cope重排得到B，也可以從它的同分異構(gòu)體A′經(jīng)Cope重排得到（如圖３）．寫出A′的結(jié)構(gòu)簡式．

類比已知信息（１），首先對物質(zhì)A 進行標(biāo)號，然后類比反應(yīng)的過程，１和２以及１′和２′碳原子之間的雙鍵分別移到２和３以及２′和３′碳原子，１和１′碳原子之間形成鍵，３和３′碳原子之間斷開鍵（如圖４），再將其畫成平面結(jié)構(gòu)b，由于烯醇不穩(wěn)定，類比已知信息（２），可異構(gòu)為結(jié)構(gòu)c，也就是化合物B的結(jié)構(gòu)．要推出A′的結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)該聯(lián)想到物質(zhì)c除b外的另一種烯醇結(jié)構(gòu)d，然后同樣類比已知信息（１），可以推理分析出A′的結(jié)構(gòu)e．

２.３ 在化學(xué)實驗中的應(yīng)用

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實驗是化學(xué)學(xué)科的魅力所在，同時實驗也是高考必考題，分值大、難度高、靈活性強，是學(xué)生較難拿到分?jǐn)?shù)的題型之一．針對上述情況，我們在實驗教學(xué)中不妨采用類比推理的方式，有效地幫助學(xué)生提高實驗思維的能力．例３ （２０１７年１０月浙江卷）由氯化鋁溶液制備AlCl３６H２O 的裝置如圖５所示．

通入HCl的作用是抑制AlCl３ 水解和．本小題是浙江省選考實驗題的一個空，得分率相當(dāng)?shù)?，主要原因是學(xué)生對于化學(xué)實驗的理解深度不夠．如果能夠從題目中提取“通入HCl后，AlCl３６H２O 就可以從氯化鋁溶液中析出”這樣的信息，我們就可以類比課本中肥皂制作實驗，通過加入氯化鈉增加c（Na＋ ）使肥皂（硬脂酸鈉）析出，所以通入HCl就是增加c（Cl－ ），促使AlCl３６H２O 析出，也就是借助“同離子效應(yīng)”從溶液中析出固體．

例４ 根據(jù)溶解度曲線（如圖６），選擇合適操作從K２Cr２O７ 和K２SO４（等物質(zhì)的量）混合溶液中制備K２Cr２O７： ．

a．蒸發(fā)至出現(xiàn)大量晶體，停止加熱;

b．冷卻至室溫;

c．洗滌;

d．蒸發(fā)至溶液出現(xiàn)晶膜，停止加熱;

e．趁熱過濾;

f．抽濾．

看到K２Cr２O７ 和K２SO４ 的溶解度曲線，聯(lián)想到KNO３ 晶體的制備，結(jié)合類比思維就可以設(shè)計出制備K２Cr２O７ 的方法，即將溶液蒸發(fā)至出現(xiàn)大量晶體（K２SO４），停止加熱，趁熱過濾，將濾液冷卻至室溫得到K２Cr２O７．所以正確的順序是：aebfc．

２.４ 在化學(xué)競賽中的應(yīng)用

化學(xué)競賽作為部分有特長學(xué)生的輔助學(xué)習(xí)方式，其教學(xué)內(nèi)容相比于高考范圍更廣、難度更大．因為是輔助學(xué)習(xí)，教師在教學(xué)過程中不可能對每個知識點都進行全面的教學(xué)．筆者結(jié)合自己的輔導(dǎo)經(jīng)歷認為，對競賽生進行“類比推理”思維的培養(yǎng)可提高備考效率．

例５ （第２５屆中國化學(xué)奧林匹克競賽初賽）畫出Al２（nＧC４H９）４H２ 的結(jié)構(gòu)簡式．

本題看似復(fù)雜，實際上考查的是元素化學(xué)、等電子體原理、Lewis結(jié)構(gòu)式等知識，我們可以采用類比推理的方法解題．根據(jù)廣義的等電子體原理，正丁基負離子只有１對孤對電子，可以類比于氫負離子，因此Al２（nＧC４H９）４H２ 相當(dāng)于“Al２H６”，或者更進一步可以類比于乙硼烷（B２H６）．根據(jù)這樣的思路，就可以畫出Al２（nＧC４H９）４H２ 的結(jié)構(gòu)簡式，具體類比推理過程如圖７所示．

例６ 鋰、鋁和硅三元化合物中，鋁原子做ccp型堆積（面心立方密堆積），硅原子與鋁原子之間都以共價鍵連接，鋰原子占據(jù)鋁原子圍成的所有八面體空隙．試畫出該三元化合物晶體的晶胞圖．

鋰、鋁和硅三元化合物是陌生的物質(zhì)，要畫出其晶體的晶胞圖感覺沒有思路，如果能夠想到SiAl－ 與SiC是一對等電子體，只要畫出SiC的晶胞圖，然后采用類比推理的方法就能解決本題．根據(jù)題目鋁原子做ccp型堆積，我們可以畫出其堆積圖（圖８Ｇ甲）．要畫出SiC的晶胞圖，我們可以聯(lián)想到我們熟悉的金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)（圖８Ｇ乙），將其位于晶胞圖四面體空隙中的碳原子替換成硅原子即可（圖８Ｇ丙），結(jié)合類比思維SiAl－ 的晶胞圖就是鋁原子位于晶胞頂點，硅原子位于一半的四面體空隙．題目中已知鋰原子占據(jù)鋁原子圍成的所有八面體空隙，也就是在晶胞的棱心、體心加上鋰原子即可（圖８Ｇ丁）．

３ “類比推理”思維應(yīng)用的注意事項

在類比推理的過程中，有時會遇到以下情況：雖然類比的雙方具有若干個相同或相似的屬性，但類比推理出來的其他屬性可能就是雙方的差異點，從而導(dǎo)致推理的結(jié)論出現(xiàn)偏差．比如，類比NaClO 溶液與CO２ 反應(yīng)生成NaHCO３ 和HClO，NaClO 溶液與SO２ 反應(yīng)生成NaHSO３ 和HClO．在這個例子中，類比推理看似都利用了H２CO３ 和H２SO３ 的酸性強于HClO，使得上述制備成立，但是在類比過程中我們忽略了HSO－ ３ 的還原性和HClO 具有強氧化性，兩者混合會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而使得類比推理的結(jié)果出現(xiàn)錯誤．

因此在采用類比推理、求同思維進行研究時，我們一定還要注意求異思維，既要善于發(fā)現(xiàn)和揭示不同對象之間可能存在的各種聯(lián)系，又要充分注意和識別某種差異對類比結(jié)果產(chǎn)生的影響，從而確保思維過程的嚴(yán)密性和科學(xué)性．雖然類比推理不是萬能的，在分析過程中會出現(xiàn)偏差，但是只要我們正確、全面地看待和應(yīng)用類比推理，它將是我們學(xué)習(xí)知識的一種重要思維形式，也是促進學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的有效途徑．