洪茲田 陳女婷

一、類比遷移的概念及考查情況概述

類比遷移是一種回憶熟悉的并已解決的問題（源問題），通過梳理原先解決該問題使用的方法、解決問題的步驟程序，嘗試應(yīng)用識(shí)別、抽象出思維模型來解決新問題（靶問題）的一種問題解決策略。應(yīng)用類比遷移解決新問題，可降低學(xué)生的“認(rèn)知負(fù)荷”，提升學(xué)生的問題解決能力。近年來的高考試題的考查往往是學(xué)生學(xué)過的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、原理的遷移，多數(shù)試題都能在教材和習(xí)題中找到原型?？疾閷W(xué)生分析、整合題給信息，利用已有知識(shí)、能力、方法進(jìn)行類比遷移，并做出科學(xué)、準(zhǔn)確的表達(dá)。

二、類比遷移解決新問題的步驟程序和思維模型

1. 步驟程序。

進(jìn)行類比遷移解決新問題時(shí)，至少需要經(jīng)歷以下5個(gè)步驟。具體如下：

（1）問題表征。

對(duì)問題初始條件、目標(biāo)任務(wù)及構(gòu)成要素進(jìn)行覺察和理解。

（2）選擇源問題。

選擇并調(diào)用原先已成功解決的類似問題。

（3）信息識(shí)別、抽象。

嘗試回顧原先認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的相關(guān)內(nèi)容特點(diǎn)和問題情境，梳理出源問題解決所應(yīng)用的基本原理、解決策略和步驟程序。

（4）信息匹配。

將梳理出的解決問題的基本原理、策略和步驟程序重新匹配，以此來解決新問題。

（5）反饋驗(yàn)證。

為了防止“負(fù)遷移”，同時(shí)要對(duì)應(yīng)用源問題解決新問題進(jìn)行反饋驗(yàn)證。即這種類比遷移是否具備科學(xué)性、合理性，遷移的范圍如何，是否有存在其他特殊情況等。如果反饋驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)存在問題時(shí)，則返回上述步驟進(jìn)行論證。

2. 思維模型。

類比遷移解決新問題的思維模型如圖1所示。

三、類比遷移解決新問題的常見類型

根據(jù)類比的對(duì)象和方式不同，類比遷移有不同的分類方法。以“化學(xué)學(xué)科知識(shí)內(nèi)容的相關(guān)性”為例，可將類比遷移分為：概念類比遷移、物質(zhì)性質(zhì)（含無機(jī)物性質(zhì)和有機(jī)物官能團(tuán)）類比遷移、反應(yīng)原理（或規(guī)律）類比遷移、物質(zhì)結(jié)構(gòu)類比遷移、化學(xué)實(shí)驗(yàn)類比遷移等類型。

1. 概念類比遷移。

概念遷移時(shí)應(yīng)比較“新概念”與“原概念”在內(nèi)涵和外源的相似點(diǎn)和不同點(diǎn)，抓住本質(zhì)特征屬性的異同點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)由“源問題”向“新問題”的準(zhǔn)確遷移。

【例1】（2019·全國Ⅱ卷，節(jié)選）環(huán)戊二烯（■）是重要的有機(jī)化工原料，廣泛用于農(nóng)藥、橡膠、塑料等生產(chǎn)?；卮鹣铝袉栴}：

（1）已知： ■（g）=■（g） + H2（g）

ΔH1=100.3 kJ·mol-1 ①

H2（g）+I2（g）=2HI（g）

ΔH2=-11.0 kJ·mol-1 ②

對(duì)于反應(yīng)：■（g）+ I2（g）=■（g） + 2HI（g）

ΔH3=_____kJ·mol-1 ③

（2）某溫度下，等物質(zhì)的量的碘和環(huán)戊烯（■）在剛性容器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)③，起始總壓為105Pa，平衡時(shí)總壓增加了20%，環(huán)戊烯的轉(zhuǎn)化率為____，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=___Pa。

解析：（1）根據(jù)蓋斯定律，ΔH3=ΔH1+ΔH2=[100.3+

（-11.0）]kJ·mol-1=89.3kJ·mol-1。

（2）壓力平衡常數(shù)Kp是大學(xué)化學(xué)涉及的概念，從表面上看本題考查Kp的計(jì)算似乎有“超綱”之嫌，實(shí)則不然。學(xué)生雖未真正學(xué)過Kp的概念及計(jì)算，但他們學(xué)過濃度平衡常數(shù)Kc概念及計(jì)算。因此，本題考查學(xué)生能否將Kp概念與Kc概念進(jìn)行類比遷移，從而進(jìn)行Kp的計(jì)算。這兩個(gè)概念的本質(zhì)區(qū)別在于Kc涉及到平衡濃度，而Kp涉及到平衡分壓。學(xué)生只需將Kc表達(dá)式中相應(yīng)物質(zhì)的平衡濃度用平衡分壓代替即可。由于Kc=■，因此可推出Kp=■。計(jì)算過程中涉及“三段式”的相關(guān)計(jì)算，可用P（起始）、P（轉(zhuǎn)化）、P（平衡）代替c（起始）、c（轉(zhuǎn)化）、c（平衡）進(jìn)行類比遷移。另外，平衡分壓=平衡時(shí)的總壓×平衡時(shí)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。該公式學(xué)生雖未學(xué)過，但只需類比“溶質(zhì)的質(zhì)量=溶液質(zhì)量×溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)”公式即可理解。

起始時(shí)，總壓為105Pa，n（I2）=n（環(huán)戊烯），則I2、環(huán)戊烯的起始分壓為：105Pa×■=0.5×105pa。

平衡時(shí)，總壓增加了20%，即Δp（平衡）=105Pa×20%=0.2×105pa

■（g） + I2（g）=■（g） + 2HI（g） ??Δp=1

P（起始）/ pa 0.5×105 0.5×1050 ????0

P（轉(zhuǎn)化）/ pa 0.2×105 0.2×105 0.2×105 0.4×105 0.2×105

P（平衡）/ pa 0.3×105 0.3×105 0.2×105 0.4×105

α（環(huán)戊烯）=■×100%=40%

平衡常數(shù)Kp=■=

■=3.56×104pa

答案：（1）89.3。（2）40%，3.56×104。

2. 物質(zhì)性質(zhì)類比遷移。

（1）無機(jī)物性質(zhì)類比遷移。

①利用物質(zhì)組成及分類特點(diǎn)，將組成或性質(zhì)具有相似特征的物質(zhì)進(jìn)行合理分類，讓分類后的物質(zhì)具有相似性，解決化學(xué)問題。

②利用元素周期表（律），同一主族元素性質(zhì)的相似性可類比周期表中不熟悉的元素及其化合物的性質(zhì)。但類比過程中，必須注意同一主族元素性質(zhì)的遞變性造成性質(zhì)上的差異。

【例2】錫（Sn）是IVA族元素。錫的性質(zhì)較活潑，在酸性溶液中有Sn2+、Sn4+兩種存在形式。Sn2+、Sn4+的化學(xué)性質(zhì)分別與Fe2+、Al3+相似。圖2為一種鍍錫銅板表面錫的褪除及回收制備α-錫酸[Sn（OH）4]的工藝流程?；卮鹨韵聠栴}（問題略）。

解析：學(xué)生對(duì)于Sn及其化合物性質(zhì)不熟悉，對(duì)工藝流程圖的新情景的理解存在困難。若將題給陌生信息轉(zhuǎn)化為熟悉問題，勢必可以大大緩解學(xué)生入題時(shí)的畏難情緒。錫的化學(xué)性質(zhì)像鐵又像鋁：Sn2+化學(xué)性質(zhì)可類比Fe2+，而Sn4+化學(xué)性質(zhì)可類比Al3+。通過信息識(shí)別、抽象及信息匹配、反饋校驗(yàn)，可推測出如下Sn及其化合物可能具備的化學(xué)性質(zhì)：（1）Sn溶于酸得到Sn2+，Sn2+極易水解，Sn4+更容易發(fā)生水解;（2）Sn2+有較強(qiáng)的還原性，容易被常見的氧化劑（如Cl2、H2O2、Fe3+）氧化為Sn4+;（3）Sn、SnO2、Sn（OH）4在一定條件下可以與強(qiáng)堿反應(yīng)得到錫酸鹽（SnO32-）。有Sn及其化合物的化學(xué)性質(zhì)作為鋪墊，對(duì)于整個(gè)工藝流程圖的分析大有裨益。

（2）有機(jī)物官能團(tuán)性質(zhì)類比遷移

【例3】（2019·全國Ⅰ卷）關(guān)于化合物2-苯基丙烯（■），下列說法正確的是（ ??）

A. 不能使稀高錳酸鉀溶液褪色

B. 可以發(fā)生加成聚合反應(yīng)

C. 分子中所有原子共平面

D. 易溶于水及甲苯

解析：題中所給化合物2-苯基丙烯（■）學(xué)生并未接觸過，其化學(xué)性質(zhì)學(xué)生更不熟悉?？蓪⑵浠瘜W(xué)性質(zhì)與中學(xué)階段中具有相同有機(jī)官能團(tuán)的物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行類比遷移，從而將陌生問題轉(zhuǎn)化為熟悉問題。分析2-苯基丙烯的官能團(tuán)有碳碳雙鍵，應(yīng)具有與烯烴相似的化學(xué)性質(zhì)。因此，可推出2-苯基丙烯能使稀KMnO4溶液褪色，可發(fā)生加成聚合（簡稱“加聚”），故A錯(cuò)誤，B正確。由CH4的飽和碳結(jié)構(gòu)（四面體結(jié)構(gòu)）中所有原子不可能共平面進(jìn)行類比遷移，可推出含飽和碳原子的2-苯基丙烯分子中不可能所有原子共平面，故C錯(cuò)誤。乙醇、乙醛、乙酸分別含—OH、—CHO、—COOH等親水性基團(tuán)，結(jié)合相似相溶原理，可推出它們易溶于水和難溶于甲苯。2-苯基丙烯不含—OH、—CHO、—COOH等親水性基團(tuán)，故其難溶于水和易溶于甲苯，故D錯(cuò)誤。

答案：B。

3. 反應(yīng)原理（或規(guī)律）類比遷移。

熟悉常見的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律原型（如四類基本反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、水解反應(yīng)、原電池反應(yīng)、電解反應(yīng)等）或化學(xué)反應(yīng)原理。通過整合信息、找準(zhǔn)原型、科學(xué)類比、遷移應(yīng)用、反饋驗(yàn)證等環(huán)節(jié)即可輕松突破。

【例4】（2014·全國Ⅰ卷，改編）間接水合法生成乙醇的步驟如下：（1）先將乙烯與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸氫乙酯（C2H5OSO3H）;（2）硫酸氫乙酯水解生成乙醇。根據(jù)上面信息寫出步驟（1）（2）相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：（1）_____________，（2）_____________。

解析：乙烯與硫酸的反應(yīng)、硫酸氫乙酯的水解，這兩個(gè)反應(yīng)均不是中學(xué)階段出現(xiàn)過的反應(yīng)。可將步驟（1）的反應(yīng)與乙烯的加成反應(yīng)進(jìn)行類比遷移，而步驟（2）的反應(yīng)可與乙酸乙酯的水解反應(yīng)進(jìn)行類比遷移。當(dāng)然，乙烯與水的加成和乙酸乙酯的水解，這兩個(gè)反應(yīng)學(xué)生較為熟悉，形式也較為簡單。但是乙烯與水的加成反應(yīng)時(shí)，將H2O視為H—OH參與加成反應(yīng)，而硫酸參與加成反應(yīng)時(shí)，硫酸應(yīng)視為哪兩部分基團(tuán);乙酸乙酯的的水解反應(yīng)，乙酸乙酯為羧酸酯，而硫酸氫乙酯為無機(jī)含氧酸酯。應(yīng)找準(zhǔn)加成反應(yīng)和水解反應(yīng)的規(guī)律，認(rèn)清反應(yīng)本質(zhì)，采用正逆向思維相結(jié)合及等效替換的思想，結(jié)合題目所給物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡式，方能突破這兩個(gè)陌生反應(yīng)。根據(jù)乙烯與水的加成：CH2=CH2+H2O→CH3CH2OH（即：CH2=CH2+H2O→C2H5OH），乙酸乙酯的水解：CH3COOC2H5+H2O→CH3COOH+C2H5OH。乙烯與硫酸的加成反應(yīng)，可將H2SO4視為HO—SO3H（類比H2O視為HO—H），故可得反應(yīng)（1）：CH2=CH2+H2SO4→C2H5OSO3H。C2H5OSO3H的水解，可將C2H5OSO3H視為C2H5O—SO3H，故可得反應(yīng)（2）：C2H5OSO3H+H2O→C2H5OH+ H2SO4。

答案：（1）CH2=CH2+H2SO4→C2H5OSO3H，（2）C2H5OSO3H+H2O→C2H5OH+ H2SO4。

4. 物質(zhì)結(jié)構(gòu)類比遷移。

結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的有關(guān)問題都會(huì)涉及到微粒結(jié)構(gòu)，應(yīng)重視應(yīng)用熟悉的微粒結(jié)構(gòu)規(guī)律類比解決陌生物質(zhì)的化學(xué)問題。

【例5】（1）已知?dú)鈶B(tài)氯化鋁分子以雙聚形式（Al2Cl6）存在。圖3為Al2Cl6結(jié)構(gòu)簡式的一部分（尚不完整），“Cl→Al”表示Cl原子提供1對(duì)電子與Al原子形成的配位鍵，請(qǐng)?jiān)趫D3中把另一個(gè)“Cl→Al”配位鍵標(biāo)出來。

（2）一般來說，含氧酸的元數(shù)等于羥基氫的個(gè)數(shù)。硼酸（■）為白色固體，雖然其分子結(jié)構(gòu)中含3個(gè)羥基，但它卻是溶于水顯弱酸性的一元酸。以下電離平衡表達(dá)式能解釋“硼酸為一元酸”的異?，F(xiàn)象。試結(jié)合對(duì)（1）中知識(shí)的理解，將其補(bǔ)充完整：■+H2O？葑_____+_____。

解析：（1）Al的最外層電子數(shù)為3。結(jié)合圖3所給的“Cl→Al”配位鍵可知，1個(gè)Al連接3個(gè)Cl原子形成的AlCl3為缺電子體系，還需要1個(gè)Cl原子提供1對(duì)電子與之形成配位鍵。據(jù)此原理，同時(shí)考慮Al、Cl滿足8電子，另外1個(gè)“Cl→Al”配位鍵便能正確標(biāo)注。（2）學(xué)生對(duì)B及其化合物性質(zhì)不熟悉，但B和Al同為ⅢA元素，其化學(xué)性質(zhì)可由Al類比遷移。1個(gè)Al連接3個(gè)Cl原子形成的中心原子Al為缺電子體系，可再接受OH-單方面的1對(duì)電子形成配位鍵，因此容易發(fā)生反應(yīng)Al（OH）3+OH-=[Al（OH）4]-，進(jìn)而推出Al（OH）3的酸式電離：Al（OH）3+H2O=[Al（OH）4]-+H+。同理1個(gè)B連接3個(gè) -OH形成的B（OH）3其中心原子B也為缺電子體系，可再接受OH-單方面提供的1對(duì)電子，也容易發(fā)生反應(yīng)：B（OH）3 +OH- = [B（OH）4]-。硼酸為一元弱酸，顯然不是3個(gè)羥基氫引起的。由Al（OH）3的酸式電離原理，容易類比遷移推出硼酸在水溶液中的電離 ■+H2O？葑[B（OH）4]-+H+（硼酸的電離原理可類比鹽類的水解原理，但成鍵本質(zhì)為配位鍵的形成;[B（OH）4]- 可類比[Al（OH）4]-）。

答案：

（1）■（2）H4BO4-或[B（OH）4]- ?H+

5. 化學(xué)實(shí)驗(yàn)類比遷移。

高考考查的實(shí)驗(yàn)多數(shù)是課本實(shí)驗(yàn)或所學(xué)知識(shí)的改造和升級(jí)。遇到陌生實(shí)驗(yàn)儀器、原理、方法、操作等問題，應(yīng)盡可能與所掌握的實(shí)驗(yàn)必備知識(shí)與關(guān)鍵能力進(jìn)行類比遷移[2]。只有讀懂實(shí)驗(yàn)相關(guān)原理，方能突破陌生實(shí)驗(yàn)題的解題瓶頸。

【例6】（2014·全國Ⅰ卷，改編）蜜蜂信息素質(zhì)中含有乙酸異戊酯。實(shí)驗(yàn)室制備乙酸異戊酯的反應(yīng)裝置示意圖和有關(guān)數(shù)據(jù)如圖4：

實(shí)驗(yàn)步驟：在A中加入4.4 g的異戊醇，6.0 g的乙酸、數(shù)滴濃H2SO4和2～3片碎瓷片，開始緩慢加熱A，回流50min，反應(yīng)液冷至室溫后，倒入分液漏斗中，分別用少量水，飽和NaHCO3溶液和水洗滌，分出的產(chǎn)物加入少量無水MgSO4固體，靜置片刻，過濾除去MgSO4固體，進(jìn)行蒸餾純化，收集140℃～143℃餾分，得乙酸異戊酯 3.9 g?；卮鹣铝袉栴}：

（1）在洗滌操作中兩次水洗的目的分別是：第一次____，第二次______。

（2）實(shí)驗(yàn)中加入過量乙酸和加入少量無水MgSO4的目的分別是________，________。

評(píng)析：實(shí)驗(yàn)室制備乙酸異戊酯的反應(yīng)原理和實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生未曾接觸過?？蓪⑵渑c實(shí)驗(yàn)室制備乙酸乙酯的反應(yīng)原理和實(shí)驗(yàn)操作（乙酸乙酯的制備在《必修2》和《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》中均有介紹）進(jìn)行類比遷移，從而將陌生問題轉(zhuǎn)化為熟悉問題。（1）洗滌的作用一般都是為了除去上一步驟中的混有的雜質(zhì)，據(jù)此原理容易推出第一次水洗是除去作催化劑的硫酸和過量的乙酸，然后用飽和NaHCO3溶液進(jìn)一步除去少量乙酸，第二次水洗是為了除去過量飽和NaHCO3溶液。（2）加入過量乙酸的目的可類比乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)中，加入過量乙醇的目的。故可推出加入過量乙酸的目的是提高異戊醇的轉(zhuǎn)化率和提高乙酸異戊酯的產(chǎn)率。但是，乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)中由于乙醇比乙酸易揮發(fā)，所以加入過量乙醇。乙酸異戊酯的制備實(shí)驗(yàn)由于乙酸比異戊醇易揮發(fā)，所以加入過量乙醇。（3）無水MgSO4（s）作用可由無水CaCl2（s）的作用進(jìn)行類比遷移。故無水MgSO4（s）能除去有機(jī)層中的少量水，起到干燥作用。

答案：（1）洗掉大部分H2SO4和乙酸;洗掉NaHCO3。（2）提高異戊醇的轉(zhuǎn)化率;除去水分。

四、類比遷移應(yīng)用化學(xué)學(xué)習(xí)的注意事項(xiàng)

1. 認(rèn)清實(shí)質(zhì)、抓住本質(zhì)，確保類比遷移的科學(xué)性。

類比遷移的層次決定了解決問題的能力。應(yīng)用類比遷移進(jìn)行化學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)，要認(rèn)清實(shí)質(zhì)、抓住本質(zhì)，從形式遷移走向本質(zhì)遷移。防止在思路、物質(zhì)、方法方面出現(xiàn)負(fù)遷移。例如，對(duì)CH4、SiH4中C、Si的化合價(jià)判斷常會(huì)出現(xiàn)如下問題：由CH4中C的化合價(jià)為-4，進(jìn)行形式遷移，進(jìn)而錯(cuò)誤地推出SiH4中Si的化合價(jià)也為-4。出現(xiàn)上述負(fù)遷移的根源在于沒有正確認(rèn)識(shí)化合價(jià)的本質(zhì)及其與元素電負(fù)性的關(guān)系。電負(fù)性大小順序：C>H>Si，故在CH4、SiH4中C、Si分別顯示負(fù)價(jià)、正價(jià)。

2. 既要求同、又要求異，確保類比遷移的準(zhǔn)確性。

求同思維是進(jìn)行類比的基礎(chǔ)，求異思維是準(zhǔn)確類比的保證。例如，學(xué)生容易根據(jù)已學(xué)過的反應(yīng)：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2，抓住共性進(jìn)行類比遷移，得出2Na2O2+2SO2=2Na2SO3+O2這一錯(cuò)誤反應(yīng)。該錯(cuò)誤的產(chǎn)生從本質(zhì)上說是只抓住了共性——CO2和SO2都是酸性氧化物，但忽略了特殊性——CO2沒有還原性，SO2具有還原性所致。如果具備求異思維，則容易得出正確的反應(yīng)應(yīng)為2Na2O2+2SO2=2Na2SO4。

3. 反饋驗(yàn)證、循環(huán)表征，確保類比遷移的合理性。

類比遷移是化學(xué)學(xué)習(xí)常用方法之一，但不是萬能的。類比遷移是否合理，遷移的范圍如何，是否有存在其他特殊情況等，需要不斷反饋驗(yàn)證。當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在問題時(shí)，則要果斷放棄，接受新發(fā)現(xiàn)和新結(jié)論，切忌為了遷移而遷移。例如，鐵與CuSO4溶液發(fā)生置換反應(yīng)生成FeSO4和銅;但是，作為初學(xué)者，學(xué)生容易進(jìn)行類比遷移推出鈉與CuSO4溶液也是發(fā)生置換反應(yīng)？通過實(shí)驗(yàn)探究對(duì)上述假設(shè)進(jìn)行反饋驗(yàn)證，得出學(xué)生的遷移不合理。進(jìn)而結(jié)合實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象及鈉與水反應(yīng)的事實(shí)，反饋驗(yàn)證得出“鈉與CuSO4溶液”反應(yīng)的實(shí)質(zhì)應(yīng)該是鈉先與水反應(yīng)生成NaOH與H2，繼而NaOH再繼續(xù)與CuSO4溶液發(fā)生反應(yīng)。

責(zé)任編輯 ??李平安