中學(xué)化學(xué)物質(zhì)的分類(lèi)及轉(zhuǎn)化策略探究

黃樹(shù)

【摘 要】“物質(zhì)分類(lèi)與轉(zhuǎn)化”是化學(xué)的核心問(wèn)題，以“硫和含硫化合物的相互轉(zhuǎn)化”為例，建立“物質(zhì)是可以相互轉(zhuǎn)化的、物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化是有一定規(guī)律的”基本認(rèn)識(shí)，從元素的視角看物質(zhì)的分類(lèi)與轉(zhuǎn)化，構(gòu)建物質(zhì)類(lèi)別轉(zhuǎn)化和元素價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化的二維概念圖，整體設(shè)計(jì)了硫和含硫物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的教學(xué)案例。

【關(guān)鍵詞】物質(zhì)分類(lèi)與轉(zhuǎn)化觀念建構(gòu)硫和含硫化合物

【中圖分類(lèi)號(hào)】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）34-0120-01

一、化學(xué)的核心問(wèn)題——物質(zhì)的分類(lèi)與轉(zhuǎn)化

物質(zhì)分類(lèi)與轉(zhuǎn)化是化學(xué)的核心問(wèn)題，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)和研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律，既符合化學(xué)科學(xué)的發(fā)展規(guī)律，也符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律。

化學(xué)的核心問(wèn)題是物質(zhì)及其相互轉(zhuǎn)化，化學(xué)科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)對(duì)其基本問(wèn)題“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”的認(rèn)識(shí)有兩大基本任務(wù)：一是探尋“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”基本規(guī)律，二是建構(gòu)“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”的科學(xué)理論。

二、“硫和含硫化合物間的相互轉(zhuǎn)化”分析

“硫和含硫化合物相互轉(zhuǎn)化”教學(xué)內(nèi)容，從教科書(shū)的編排來(lái)看，這一內(nèi)容安排在“二氧化硫性質(zhì)和作用”、“硫酸的制備和性質(zhì)”之后，是對(duì)硫和常見(jiàn)含硫化合物知識(shí)的一次歸納和整理，初步形成硫和含硫化合物間相互轉(zhuǎn)化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。其教學(xué)價(jià)值在于：一是為了印證“物質(zhì)的分類(lèi)與轉(zhuǎn)化”的研究視角，二是為了建構(gòu)“物質(zhì)是可以相互轉(zhuǎn)化的、物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化是有一定規(guī)律的”基本觀念。

“含硫物質(zhì)多種多樣，它們?cè)谝欢l件下可以相互轉(zhuǎn)化。通過(guò)氧化還原反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)含有不同價(jià)態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化。通過(guò)非氧化還原反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)含有相同價(jià)態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化?！苯滩囊呀?jīng)為我們揭示了物質(zhì)間相互轉(zhuǎn)化的基本思想、以及研究或?qū)W習(xí)的方法，從無(wú)機(jī)物性質(zhì)研究的兩個(gè)視角（物質(zhì)類(lèi)別和核心元素價(jià)態(tài)）認(rèn)識(shí)“物質(zhì)轉(zhuǎn)化”的內(nèi)在規(guī)律，建構(gòu)“物質(zhì)轉(zhuǎn)化”的基本觀念。

“通過(guò)氧化還原反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)含有不同價(jià)態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化”。學(xué)生對(duì)“不同價(jià)態(tài)硫元素間轉(zhuǎn)化”已有三個(gè)角度的認(rèn)識(shí)：一是實(shí)驗(yàn)室中（二氧化硫被雙氧水氧化、濃硫酸被銅還原）不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化；二是酸雨形成及其防治中不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化；三是硫酸工業(yè)生產(chǎn)中不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化。教學(xué)是將這些已有的知識(shí)提高到觀念建構(gòu)的認(rèn)識(shí)上來(lái)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)不再停留在僅僅關(guān)注物質(zhì)的性質(zhì)，而是要利用氧化還原反應(yīng)的知識(shí)，認(rèn)識(shí)元素價(jià)態(tài)變化與含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)系。

“通過(guò)非氧化還原反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)含有相同價(jià)態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化”。學(xué)生從“物質(zhì)類(lèi)別變化”和“復(fù)分解反應(yīng)”的角度認(rèn)識(shí)了二氧化硫、亞硫酸和硫酸性質(zhì)，例如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(qiáng)酸、硫酸是一種強(qiáng)酸，具有酸的通性。教學(xué)是將研究各類(lèi)物質(zhì)之間的相互反應(yīng)關(guān)系，提升到研究它們之間的相互轉(zhuǎn)化的意義，從“物質(zhì)類(lèi)別變化”的高度認(rèn)識(shí)物質(zhì)類(lèi)別與含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)系。

三、物質(zhì)分類(lèi)與轉(zhuǎn)化的教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)目標(biāo)： （1）元素觀的建構(gòu)：能夠認(rèn)識(shí)硫元素在自然界以多種物質(zhì)形式存在，從元素視角對(duì)含硫物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)；（2）轉(zhuǎn)化觀的建構(gòu)：從物質(zhì)類(lèi)別和價(jià)態(tài)變化兩個(gè)視角建構(gòu)物質(zhì)性質(zhì)的研究模型，在學(xué)生頭腦中建構(gòu)以類(lèi)別和價(jià)態(tài)為坐標(biāo)的二維轉(zhuǎn)化關(guān)系概念圖，依據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系分析重要物質(zhì)的性質(zhì)；（3）轉(zhuǎn)化觀的應(yīng)用：能夠?qū)⑥D(zhuǎn)化關(guān)系概念圖工具化，解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題。

教學(xué)策略：一是以?xún)r(jià)態(tài)變化為線(xiàn)索，如自然界中硫循環(huán)、酸雨形成、硫酸工業(yè)生產(chǎn)中不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化，建構(gòu)的轉(zhuǎn)化關(guān)系；二是以物質(zhì)類(lèi)別轉(zhuǎn)化為線(xiàn)索，如“氫化物或氧化物→酸→鹽”的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

教學(xué)過(guò)程：凸顯硫和含硫化合物間“轉(zhuǎn)化觀”的建構(gòu)與應(yīng)用。

1、硫和含硫化合物間“轉(zhuǎn)化觀”的建構(gòu)

（1）材料一：自然界中的硫

展示自然界中含硫物質(zhì)的圖片或?qū)嵨飿?biāo)本，如天然硫單質(zhì)、雄黃、辰砂、雌黃、黃鐵礦、芒硝、重晶石、石膏等，并對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。

展示“自然界中硫循環(huán)”的圖片。大氣中的H2S、SO2主要來(lái)自巖石的風(fēng)化、有機(jī)物的分解、礦物燃料的燃燒，SO2在大氣中受O2、H2O（g）、陽(yáng)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(zhì)反應(yīng)生成可溶性硫酸鹽和亞硫酸鹽進(jìn)入土壤，經(jīng)過(guò)土壤微生物作用，含硫化合物轉(zhuǎn)化成能被植物根系所吸收的可溶性鹽類(lèi)，再經(jīng)過(guò)動(dòng)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(rèn)識(shí)自然界中不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化。

（2）材料二：酸雨的形成與防治

再現(xiàn)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(rèn)識(shí)酸雨形成的反應(yīng)過(guò)程，建構(gòu)的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

再現(xiàn)教材中“用化學(xué)方法減輕酸雨對(duì)樹(shù)木和土壤的危害”的圖片，再次認(rèn)識(shí)酸雨水中的二氧化硫、亞硫酸和硫酸與石灰的反應(yīng)，建構(gòu)“酸性氧化物→酸→鹽”或“酸性氧化物→鹽”轉(zhuǎn)化關(guān)系。

（3）材料三：硫酸工業(yè)生產(chǎn)中不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化

再現(xiàn)教材中“硫酸制備流程”圖片，再次認(rèn)識(shí)FeS2或S→SO2→SO3→H2SO4的轉(zhuǎn)化過(guò)程，建構(gòu)的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

（4）材料四：實(shí)驗(yàn)室中不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化

再現(xiàn)教材中“銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置”圖片，回顧SO2被H2O2水溶液氧化的實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)充SO2與H2S反應(yīng)生成硫的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)H2SO4→SO2→S轉(zhuǎn)化過(guò)程。

根據(jù)“自然界中硫的循環(huán)”、“酸雨的形成與防治”、“硫酸工業(yè)生產(chǎn)”和“實(shí)驗(yàn)室中”等不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的事實(shí)材料，組織學(xué)生討論、總結(jié)硫和含硫化合物間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，

2、硫和含硫化合物間“轉(zhuǎn)化觀”的應(yīng)用

設(shè)計(jì)將硫酸廠尾氣中的SO2轉(zhuǎn)化為石膏（CaSO4·2H2O）的反應(yīng)，并說(shuō)明思維過(guò)程。從二氧化硫到石膏的轉(zhuǎn)化涉及價(jià)態(tài)和物質(zhì)類(lèi)別變化，因此該轉(zhuǎn)化過(guò)程既要用到氧化劑又要用到堿。至少有三條途徑：SO2→H2SO3→CaSO3→CaSO4·2H2O；SO2→SO3→H2SO4→CaSO4→CaSO4·2H2O；SO2→CaSO4→CaSO4·2H2O。

四、教學(xué)反思

教學(xué)設(shè)計(jì)的基本觀點(diǎn)是能有效幫助學(xué)生建立“物質(zhì)分類(lèi)與轉(zhuǎn)化”的基本思想、一般研究方法和思路，認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的兩大基本任務(wù)，從“元素觀”認(rèn)識(shí)物質(zhì)的分類(lèi)，從“轉(zhuǎn)化觀”認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的研究模型。教學(xué)的關(guān)鍵是有效地幫助學(xué)生建立結(jié)構(gòu)化的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，“通過(guò)氧化還原反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)含有不同價(jià)態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化；通過(guò)非氧化還原反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)含有相同價(jià)態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化”兩條線(xiàn)索，幫助學(xué)生在頭腦中建構(gòu)物質(zhì)類(lèi)別轉(zhuǎn)化和元素價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化二維轉(zhuǎn)化的概念圖式，并利用概念圖解決實(shí)際問(wèn)題。