強(qiáng)化實(shí)踐探究 彰顯學(xué)科價(jià)值

摘 要：“從生活走進(jìn)化學(xué)，從化學(xué)走向社會(huì)”?；瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求教師在學(xué)習(xí)學(xué)科知識(shí)時(shí)，要有意識(shí)、恰到好處地與生活實(shí)際和高考解題有機(jī)融合，以利于學(xué)生更好地體會(huì)學(xué)科思想和研究方法。

關(guān)鍵詞：學(xué)科知識(shí)；化學(xué)式；化學(xué)成分

一、學(xué)科知識(shí)的獲取——有機(jī)物組成的確定

在有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)，確定有機(jī)物的組成是必須掌握的技能。其基本原理最早由李比希于1831年提出：利用氧化銅在高溫下氧化有機(jī)物，生成水和二氧化碳，然后分別采用高氯酸鎂和燒堿石棉劑（簡(jiǎn)稱堿石棉，即附有氫氧化鈉的石棉）吸收水和二氧化碳，根據(jù)吸收前后的質(zhì)量變化獲得反應(yīng)生成的水和二氧化碳的質(zhì)量，確定有機(jī)化合物中氫、碳（和氧）元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

例1.某同學(xué)為測(cè)定維生素C中氫、碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取維生素C樣品研磨，稱取該樣品0.352 g，置于鉑舟并放入燃燒管中，不斷通入氧氣流。用酒精燈持續(xù)加熱樣品，將生成物先后通過(guò)無(wú)水硫酸銅和堿石灰，兩者分別增重0.144 g和0.528 g，生成物完全被吸收。試回答以下問(wèn)題：（1）維生素C中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 ，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 。（2）維生素C中是否含有氧元素？為什么？（3）如果需要你確定維生素C的分子式，你還需要哪些信息？（2004年蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》14頁(yè).3）

簡(jiǎn)析：因?yàn)镃xHy和CxHyOz完全燃燒后都只生成CO2和H2O，所以首先判定維生素C中是否含有氧元素：由m（CO2）→m（C）、m（H2O）→m（H），得m（O）=m（試樣）——[m（C）+m（H）]，若m（O）=0，則不含氧元素；其次，確定化合物的實(shí)驗(yàn)式：C∶H∶O=m（C）/12∶m（H）/1∶m（O）/16；再次，因?yàn)樵谟袡C(jī)物中存在不同物質(zhì)實(shí)驗(yàn)式相同情況，所以，要確定化學(xué)式還需知道該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量。

化學(xué)起源于生活，最終服務(wù)于社會(huì)。以豐富的自然資源作為研究對(duì)象，將化學(xué)知識(shí)與技能放在一定的社會(huì)背景下考察，使學(xué)生在獲取知識(shí)的同時(shí)，形成合理利用自然資源的觀念，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感，是化學(xué)學(xué)科的價(jià)值的最本質(zhì)體現(xiàn)。

二、學(xué)科價(jià)值的彰顯——確定蛭石的化學(xué)式

將學(xué)科知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐研究才有價(jià)值。在學(xué)習(xí)時(shí)引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)和技能與身邊科學(xué)研究有機(jī)融合，以達(dá)舉一反三之效。現(xiàn)舉一例：

例2.江蘇東海有蛭石。蛭石為一種層狀的含鎂的水鋁硅酸鹽，是黑云母等天然礦石風(fēng)化蝕變的產(chǎn)物，因?yàn)槠涫軣崤蛎洉r(shí)呈撓曲狀，形狀酷似水蛭，故此得名蛭石。膨化后的蛭石呈顆粒狀，有隔熱、耐凍、抗菌、防火、吸聲等優(yōu)異性能，但不耐酸。

某校研究性學(xué)習(xí)小組取得某牌號(hào)的膨化蛭石樣品，其成分可以用氧化物（MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2和H2O）的形式表示。為研究此蛭石的組成，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究，（設(shè)實(shí)驗(yàn)時(shí)所加的試劑均為過(guò)量）：

請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

（1）固體A的化學(xué)式是 。

（2）固體F的物質(zhì)的量是 。

（3）試通過(guò)計(jì)算，寫出用氧化物的形式表示的該膨化蛭石組成的化學(xué)式。

解析：根據(jù)蛭石成分中含有的氧化物性質(zhì)，可知將某礦樣用鹽酸溶解，過(guò)濾所得固體A為SiO2，質(zhì)量為2.40 g，物質(zhì)的量為0.04 mol；濾液B含有HCl、MgCl2、FeCl3、AlCl3等溶質(zhì)。向?yàn)V液B中加入過(guò)量的NaOH溶液，再過(guò)濾，所得濾液C中溶質(zhì)為NaCl、NaOH、NaAlO2，固體D為Fe（OH）3和Mg（OH）2的混合物。向?yàn)V液C中通入足量CO2氣體后，所得固體F為Al（OH）3，由此可求算出原礦樣中含有0.01 molAl2O3，質(zhì)量為1.02 g。將固體D灼燒，所得固體G為MgO、Fe2O3，由D、G的質(zhì)量可求MgO質(zhì)量為3.20 g，物質(zhì)的量為0.08 mol、Fe2O3質(zhì)量為1.60 g，物質(zhì)的量為0.02 mol。最后推知8.58 g膨化蛭石樣品中含有H2O的質(zhì)量為0.36 g，物質(zhì)的量為0.02 mol。

至此膨化蛭石樣品中各組分的物質(zhì)的量均已求出，可求它們之間的物質(zhì)的量之比為MgO∶Fe2O3∶Al2O3∶SiO2∶H2O=0.08∶0.02∶0.01∶0.04∶0.02=8∶2∶1∶4∶2，聯(lián)系復(fù)雜的硅酸鹽成分書寫原則，將氧化物的順序作下調(diào)整，即得該膨化蛭石組成的化學(xué)式為8MgO·Al2O3·2Fe2O3·4SiO2·2H2O。

三、技能考查與運(yùn)用——例析考題突破

試題：[據(jù)2008上海31（3）改編]達(dá)喜是常用的中和胃酸（用HCl表示成分）的藥物之一，其化學(xué)成分是鋁和鎂的堿式鹽。為探究其組分，某學(xué)生做如下實(shí)驗(yàn)：①取該堿式鹽3.01 g，加入2.0 mol·L-1鹽酸使其溶解，當(dāng)加入鹽酸42.5 mL時(shí)開(kāi)始產(chǎn)生CO2，加入鹽酸至45.0 mL時(shí)正好反應(yīng)完全。②在上述堿式鹽溶于鹽酸后的溶液中加入過(guò)量氫氧化鈉，過(guò)濾，將沉淀進(jìn)行洗滌、干燥后稱量，質(zhì)量為1.74 g，若該堿式鹽中氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.040。據(jù)此：①計(jì)算該堿式鹽樣品中氫氧根與碳酸根的物質(zhì)的量之比。②試推測(cè)該堿式鹽的化學(xué)式。

解析：①達(dá)喜的化學(xué)成分是鋁和鎂的堿式鹽，將其用足量的鹽酸溶解時(shí)，有CO2氣體產(chǎn)生，說(shuō)明達(dá)喜的化學(xué)成分是鋁和鎂的堿式碳酸鹽。設(shè)3.01 g的樣品中，含x mol OH-、y mol CO32-

則：OH-+H+=H2O；

x x

CO32-+H+=HCO3-；

y y y

HCO3-+H+=H2O+CO2↑

y y

依題意有：（x+y）∶y=（2.0×42.5×10-3）∶（2.0×2.5×10-3）=17∶1

所以，x∶y=16∶1。

②將樣品溶于鹽酸、并恰好與鹽酸完全反應(yīng)所消耗HCl的物質(zhì)的量為0.090 mol，所得溶液的溶質(zhì)成分為MgCl2、AlCl3。再加入過(guò)量氫氧化鈉溶液，過(guò)濾，沉淀物進(jìn)行干燥后質(zhì)量為1.74 g，沉淀的成分為Mg（OH）2，由此推知樣品中含0.030 mol Mg2+；據(jù)Cl-守恒，知樣品中含Al3+的物質(zhì)的量為（0.090-0.030×2）/3=0.010 mol。另?yè)?jù)溶解過(guò)程中H+守恒，已設(shè)樣品中含y molCO23-，則含16y mol OH-，所以，16y+2y=18y=0.090，y=0.005 mol，n（OH-）=16×0.005 mol=0.080 mol。但僅由0.080 molOH-中氫元素的質(zhì)量驗(yàn)證不了該樣品中氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.040；且0.030 molMg2+、0.010 molAl3+、0.080 molOH-及0.005 molCO2-3的質(zhì)量和（2.65 g）也比樣品的質(zhì)量3.01 g小。怎么辦？“樣品中含有結(jié)晶水”必然浮出水面。樣品中結(jié)晶水的物質(zhì)的量為：

n（H2O）=（3.01 g-2.65 g）/18g·mol-1=0.020 mol。

至此，3.01 g達(dá)喜樣品中各組成微粒的物質(zhì)的量都已求得，所以可求各微粒的物質(zhì)的量的比值：Mg2+∶Al3+∶OH-∶CO2-3∶H2O=0.030 mol∶0.010 mol∶0.080 mol∶0.005 mol∶0.020 mol=6∶2∶16∶1∶4。所以該堿式鹽的化學(xué)式為Mg6Al2（OH）16CO3·4H2O。

此題全面考查了考生的思維品質(zhì)、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理能力。在不尋常的高考考場(chǎng)中，如能破解此問(wèn)，真得很不容易；也達(dá)到命題者以題甄別、為高校選拔更優(yōu)秀生源的目的。

綜上所述，將在有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)到的技能、養(yǎng)成的思維，運(yùn)用于無(wú)機(jī)化學(xué)；由純凈物組成的確定到混合物組分的求算，這樣的知識(shí)遷移，其跨度不可謂不大。但學(xué)生始終保持著濃厚的興趣，也不覺(jué)得生硬、牽強(qiáng)。其原因何在？“學(xué)習(xí)改變命運(yùn)，知識(shí)創(chuàng)造未來(lái)。在運(yùn)用中，我們感到了知識(shí)的價(jià)值”，學(xué)生樸實(shí)的感言，一語(yǔ)道破新課程教學(xué)思想的核心與歸宿，這非常值得我們警醒和深思！

作者簡(jiǎn)介：王光法，男，出生于1975年3月，學(xué)歷：本科，就職學(xué)校：江蘇省睢寧縣雙溝中學(xué)，研究方向：高中化學(xué)教育。

參考文獻(xiàn)：

劉蕾.中學(xué)有機(jī)化學(xué)知識(shí)內(nèi)容的分析及教學(xué)策略研究.山東師范大學(xué)，2005.