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摘 要： 論文摘要：教學策略:一是以價態(tài)變化為線索,如自然界中硫循環(huán)、酸雨形成、硫酸工業(yè)生產中不同價態(tài)硫元素間的轉化,建構的轉化關系;二是以物質類別轉化為線索,如氫化物或氧化物酸鹽的轉化關系。 本文選自 《新課程導學》 始終堅持為學生服務、為教學服務的原則
論文摘要：教學策略:一是以價態(tài)變化為線索,如自然界中硫循環(huán)、酸雨形成、硫酸工業(yè)生產中不同價態(tài)硫元素間的轉化,建構的轉化關系;二是以物質類別轉化為線索,如“氫化物或氧化物→酸→鹽”的轉化關系。
本文選自《新課程導學》始終堅持“為學生服務、為教學服務”的原則，在注重素質教育和綜合能力培養(yǎng)的同時，更注重對學生實際學習能力的指導與訓練，特別是與課堂教學同步的知識點的深入解析與測試。刊中既有豐富翔實的學習資料，又有簡便易懂的學習方法和解題技巧;既有全省中考研究專家撰寫的權威試題分析，又有輕松可讀的知識性文章。主要欄目有同步點撥、學法指導、綜合測試、中考鏈接、考點預測、復習指要、繽紛文苑、理科園地、作文考場、競賽輔導、學科實驗、綜合實踐、美術鑒賞、教學論壇。
一、 從元素的視角看物質的分類與轉化
《普通高中化學課程標準(實驗)》中指出,高中生應認識分類思想對化學研究的作用,并能根據物質的組成和性質對物質進行分類。物質分類與轉化是化學的核心問題,對物質進行分類和研究物質轉化的規(guī)律,既符合化學科學的發(fā)展規(guī)律,也符合學生認知規(guī)律。
1. 化學的核心問題——物質及其轉化
化學的核心問題是物質及其相互轉化,化學科學認識活動對其基本問題“物質及其轉化”的認識有2大基本任務:一是探尋“物質及其轉化”基本規(guī)律,二是建構“物質及其轉化”的科學理論。
為了認識豐富多彩的化學物質及其轉化規(guī)律,化學學科采取了獨特的認識視角——元素視角。物質是由元素組成的,物質按照元素組成可以進行分類;組成相似的物質,其化學性質也相似,各類物質的相似性,就是各類物質的性質研究模型。
為了解釋“物質及其轉化”的事實和規(guī)律性,化學科學在認同分子、原子等微觀粒子存在的基礎上建構相關的化學科學理論。從內容上說,化學科學理論有分子論、原子論、原子結構理論、化學鍵理論、有效碰撞理論和碳共價鍵理論等。如圖1所示。
2. 物質的分類
在自然界中,100多種元素形成了數千萬種組成、形態(tài)、性質各異的單質和化合物。面對種類繁多、變化復雜的物質世界,化學家需要將眾多的物質進行分類,需要探索各類物質間轉化的條件和轉化所遵循的規(guī)律。從元素的視角看物質的分類。如圖2所示。
3. 物質性質的研究模型
同一類物質在組成和性質方面往往具有一定的相似性,對物質進行合理的分類,有助于我們按物質的類別進一步研究物質的組成、結構和性質。高中無機物性質研究的2個重要視角,一是物質的類別;二是核心元素的化合價。如圖2所示。
金屬單質、非金屬單質、酸堿鹽各類物質都有其相似的性質,如酸性氧化物的化學通性,如圖4所示。
二、 “硫和含硫化合物間的相互轉化”教學內容分析
“硫和含硫化合物相互轉化”是蘇教版《化學1》專題4的教學內容,從教科書的編排來看,這一內容安排在“二氧化硫性質和作用”、“硫酸的制備和性質”之后,是對硫和常見含硫化合物知識的一次歸納和整理,初步形成硫和含硫化合物間相互轉化的知識網絡關系。其教學價值在于:一是為了印證專題1中“物質的分類與轉化”的化學家研究視角,二是為了建構“物質是可以相互轉化的、物質之間的相互轉化是有一定規(guī)律的”基本觀念。
“含硫物質多種多樣,它們在一定條件下可以相互轉化。通過氧化還原反應可以實現含有不同價態(tài)硫元素的物質之間的轉化。通過非氧化還原反應可以實現含有相同價態(tài)硫元素的物質之間的轉化。”教材已經為我們揭示了物質間相互轉化的基本思想、以及研究或學習的方法,從無機物性質研究的2個視角(物質類別和核心元素價態(tài))認識“物質轉化”的內在規(guī)律,建構“物質轉化”的基本觀念。
“通過氧化還原反應可以實現含有不同價態(tài)硫元素的物質之間的轉化”。學生對“不同價態(tài)硫元素間轉化”已有3個角度的認識:一是實驗室中(二氧化硫被雙氧水氧化、濃硫酸被銅還原)不同價態(tài)硫元素間的轉化;二是酸雨形成及其防治中不同價態(tài)硫元素間的轉化;三是硫酸工業(yè)生產中不同價態(tài)硫元素間的轉化。教學是將這些已有的知識提高到觀念建構的認識上來,使學生的學習不再停留在僅僅關注物質的性質,而是要利用氧化還原反應的知識,認識元素價態(tài)變化與含硫物質轉化的關系。
“通過非氧化還原反應可以實現含有相同價態(tài)硫元素的物質之間的轉化”。學生從“物質類別變化”和“復分解反應”的角度認識了二氧化硫、亞硫酸和硫酸性質,如SO2是酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性;亞硫酸是一種較強酸、硫酸是一種強酸,具有酸的通性。教學是將研究各類物質之間的相互反應關系,提升到研究它們之間的相互轉化的意義,從“物質類別變化”的高度認識物質類別與含硫物質轉化的關系。
從上述2個角度對硫及其化合物進行分類,以物質類別和價態(tài)變化為坐標的二維轉化關系如下圖5所示。
三、基于物質分類與轉化的教學設計
教學目標:(1)元素觀的建構:能夠認識硫元素在自然界以多種物質形式存在,從元素視角對含硫物質進行分類;(2)轉化觀的建構:從物質類別和價態(tài)變化2個視角建構物質性質的研究模型,在學生頭腦中建構以類別和價態(tài)為坐標的二維轉化關系概念圖,依據轉化關系分析重要物質的性質;(3)轉化觀的應用:能夠將轉化關系概念圖工具化,解決生產生活中的實際問題。
教學策略:一是以價態(tài)變化為線索,如自然界中硫循環(huán)、酸雨形成、硫酸工業(yè)生產中不同價態(tài)硫元素間的轉化,建構的轉化關系;二是以物質類別轉化為線索,如“氫化物或氧化物→酸→鹽”的轉化關系。
教學過程:凸顯硫和含硫化合物間“轉化觀”的建構與應用。
(1)硫和含硫化合物間“轉化觀”的建構
事實材料一:自然界中的硫
展示自然界中含硫物質的圖片或實物標本,如天然硫單質、辰砂、雄黃、雌黃、黃鐵礦、芒硝、重晶石、石膏等,并對其進行分類。
展示“自然界中硫循環(huán)”的圖片。大氣中的H2S、SO2主要來自巖石的風化、有機物的分解、礦物燃料的燃燒,SO2在大氣中受O2、H2O(g)、陽光等影響被氧化成SO3,SO2和SO3溶解于水,分別生成H2SO3或H2SO4,隨雨水降落地面,與地表的礦物質反應生成可溶性硫酸鹽和亞硫酸鹽進入土壤,經過土壤微生物作用,含硫化合物轉化成能被植物根系所吸收的可溶性鹽類,再經過動物、微生物的傳遞,最后又返回到土壤和大氣中。火山噴發(fā)的熔硫在地下形成黃鐵礦(FeS2)、辰砂(HgS)等含硫礦物和化石燃料。認識自然界中不同價態(tài)硫元素間的轉化。
事實材料二:酸雨的形成與防治
再現教材中“硫酸型酸雨的形成”圖片,化石燃料(含S)燃燒→SO2→SO3→H2SO4,或化石燃料燃燒→SO2→H2SO3→H2SO4,再次認識酸雨形成的反應過程,建構的轉化關系。
再現教材中“用化學方法減輕酸雨對樹木和土壤的危害”的圖片,再次認識酸雨水中的二氧化硫、亞硫酸和硫酸與石灰的反應,建構“酸性氧化物→酸→鹽”或“酸性氧化物→鹽”轉化關系。
事實材料三:硫酸工業(yè)生產中不同價態(tài)硫元素間的轉化
再現教材中“硫酸制備流程”圖片,再次認識FeS2或S→SO2→SO3→H2SO4的轉化過程,建構的轉化關系。
事實材料四:實驗室中不同價態(tài)硫元素間的轉化
再現教材中“銅與濃硫酸反應實驗裝置”圖片,回顧SO2被H2O2水溶液氧化的實驗,補充SO2與H2S反應生成硫的實驗,進一步認識H2SO4→SO2→S轉化過程。
根據“自然界中硫的循環(huán)”、“酸雨的形成與防治”、“硫酸工業(yè)生產”和“實驗室中”等不同價態(tài)含硫物質間轉化的事實材料,組織學生討論、總結硫和含硫化合物間的轉化關系,如圖6所示。
(2)硫和含硫化合物間“轉化觀”的應用
設計將硫酸廠尾氣中的SO2轉化為石膏(CaSO4·2H2O)的反應,并說明思維過程。從二氧化硫到石膏的轉化涉及價態(tài)和物質類別變化,因此該轉化過程既要用到氧化劑又要用到堿。至少有3條途徑:SO2→H2SO3→CaSO3→CaSO4·2H2O;SO2→SO3→H2SO4→CaSO4→CaSO4·2H2O;SO2→CaSO4→CaSO4·2H2O;如圖7所示。工業(yè)上選擇最合適的反應途徑,并寫出有關的化學方程式。
四、教學反思
教學設計的基本觀點是能有效幫助學生建立“物質分類與轉化”的基本思想、一般研究方法和思路,認識物質及其轉化的兩大基本任務,從“元素觀”認識物質的分類,從“轉化觀”認識物質性質的研究模型。教學的關鍵是有效地幫助學生建立結構化的物質轉化關系,“通過氧化還原反應可以實現含有不同價態(tài)硫元素的物質之間的轉化;通過非氧化還原反應可以實現含有相同價態(tài)硫元素的物質之間的轉化”兩條線索,幫助學生在頭腦中建構物質類別轉化和元素價態(tài)轉化二維轉化的概念圖式,并利用概念圖解決實際問題。
參考文獻
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