高中氧化還原反應(yīng)的有效學(xué)習(xí)

唐文軍

【摘 要】氧化還原反應(yīng)理論在高中化學(xué)中有著非常重要的地位，但對(duì)氧化還原反應(yīng)理論，學(xué)生掌握起來(lái)卻有很大的難度。所以在進(jìn)行氧化還原反應(yīng)理論教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，如果能充分考慮到學(xué)生認(rèn)知的遷移，就會(huì)使學(xué)生既能較容易、透徹地掌握這一理論的實(shí)質(zhì)，又能使學(xué)生在大腦中構(gòu)建出合理、清晰的化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)框 架，還能使學(xué)生通過(guò)創(chuàng)造性地運(yùn)用認(rèn)知遷移解決實(shí)際問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】物質(zhì)變化；物質(zhì)作用；物質(zhì)性質(zhì)；物質(zhì)變化結(jié)果還原性

一、從認(rèn)識(shí)的三個(gè)角度作好學(xué)生思維的過(guò)渡

一氧化碳被氧化，氧化鐵被還原（很清楚，因?yàn)槌踔芯吞岬揭谎趸加羞€原性） +3價(jià)Fe元素被還原，元素C的化合價(jià)由+2價(jià)升高到+4價(jià)，C被氧化。要認(rèn)識(shí)一個(gè)氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，就要以物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論為出發(fā)點(diǎn)，認(rèn)清與反應(yīng)有關(guān)物質(zhì)的構(gòu)成微粒，并能從三個(gè)角度（物質(zhì)、元素、微粒）來(lái)解讀四對(duì)概念，是學(xué)生認(rèn)知遷移的關(guān)鍵。

過(guò)渡過(guò)程：物質(zhì) → 元素 → 微粒

（宏觀） （橋梁） （微觀）

以氧化還原反應(yīng)理論中的一對(duì)概念為核心，就能幫助學(xué)生突破認(rèn)識(shí)該理論實(shí)質(zhì)的障礙，由于氧化性和還原性是物質(zhì)性質(zhì)的兩個(gè)重要方面，因此，可以把氧化性和還原性這對(duì)概念確立為氧化還原反應(yīng)理論的核心。通過(guò)仔細(xì)深入地剖析這對(duì)概念的內(nèi)涵，使學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用理論。應(yīng)用理論解決實(shí)際問(wèn)題才是學(xué)生認(rèn)識(shí)遷移的目的。這就要求在化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中要做到：

（一）使學(xué)生的認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)明扼要

氧化性：微粒奪得電子的性質(zhì)，元素價(jià)態(tài)降低的性質(zhì)；還原性：微粒失去電子的性質(zhì)，元素價(jià)態(tài)升高的性質(zhì)。

（二）使學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)有無(wú)氧化性和還原性的判斷。

從組成物質(zhì)元素價(jià)態(tài)的角度認(rèn)識(shí)有無(wú)氧化性和還原性：當(dāng)元素處于最高價(jià)態(tài)時(shí)只具有氧化性，如+6價(jià)S；當(dāng)元素處于最低價(jià)態(tài)時(shí)只具有還原性，如-2價(jià)S；當(dāng)元素處于中間價(jià)態(tài)時(shí)既有氧化性又有還原性，如+4價(jià)S。這種認(rèn)識(shí)若不知道硫原子結(jié)構(gòu)，就不知道最高價(jià)和最低價(jià)。并且這種認(rèn)識(shí)是片面的，只是從一種元素的角度去認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)，因?yàn)榛衔锸怯啥喾N元素組成的，物質(zhì)的性質(zhì)并不是由一種元素決定的。如H，S的性質(zhì)，主要表現(xiàn)還原性。

從構(gòu)成物質(zhì)的微粒結(jié)構(gòu)去認(rèn)識(shí)有無(wú)氧化性和還原性。從附圖可見(jiàn)，Mg2+只有氧化性，Cl-只有還原性，F(xiàn)e只有還原性，F(xiàn)e2+既有氧化性又有還原性。

附圖微粒結(jié)構(gòu)又如，S042-為正四面體結(jié)構(gòu)，很難表現(xiàn)出+6價(jià)S的氧化性；而H2S04分子具有強(qiáng)氧化性，這是結(jié)構(gòu)決定的。上述兩種判斷只是對(duì)物質(zhì)有無(wú)氧化性和還原性的簡(jiǎn)單判斷，不能說(shuō)明氧化性和還原性的強(qiáng)弱問(wèn)題，因?yàn)橛醒趸裕诜磻?yīng)中不一定能表現(xiàn)出來(lái)，還原性也是如此。但學(xué)會(huì)有無(wú)氧化性和還原性的判斷是學(xué)會(huì)對(duì)物質(zhì)氧化性、還原性強(qiáng)弱判斷的基礎(chǔ)。

（三）使學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)物質(zhì)氧化性、還原性強(qiáng)弱的判斷及其應(yīng)用。

1.用金屬活動(dòng)性判斷金屬及其陽(yáng)離子氧化性還原性的強(qiáng)弱

金屬活動(dòng)性表：

K Ca Na Mg AI Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au

還原性：從左到右，由強(qiáng)到弱；

對(duì)應(yīng)的陽(yáng)離

K+ Na+ Al3+ Fe2+ Pb2+ Cu2+ Ag+…

氧化性：從左到右，由弱到強(qiáng)；

應(yīng)用的思維遷移過(guò)程： 例如，有反應(yīng)Fe+CuSO4==FeSO4+Cu有還原性：Fe>Cu、氧化性：Cu2+>Fe2+，就一定有反應(yīng)Fe+Cu2+=Fe2++Cu 利用金屬活動(dòng)性只是作為判斷氧化性還原性的強(qiáng)弱的引入方式。

結(jié)論：氧化劑（氧化性）+還原劑（還原性）=還原產(chǎn)物+氧化產(chǎn)物在同一反應(yīng)中：氧化性強(qiáng)弱是： 氧化劑>氧化產(chǎn)物還原性強(qiáng)弱是：還原劑>還原產(chǎn)物；

2.應(yīng)用元素周期律判斷氧化性和還原性的強(qiáng)弱

對(duì)同周期元素：還原性：Na>Mg>Al；氧化性：№+ Cl-。對(duì)同主族元素：

Li Na K Rb Cs 還原性增強(qiáng)

Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+ 氧化性減弱

F2 Cl2 Br2 I2 氧化性減弱

F- Cl- Br- I- 還原性增強(qiáng)

應(yīng)用元素周期律的思維遷移過(guò)程：如還原性：F-

Cl-就可推出應(yīng)該也有反應(yīng)：MnO2 +4HBr（濃）===MnBr2 +Br2↑+2H20而分清氧化劑、還原劑之間能否發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)物是什么，是學(xué)好無(wú)機(jī)化學(xué)中元素化合物知識(shí)的關(guān)鍵之一。這就要求依據(jù)氧化還原反應(yīng)理論，用思維的遷移來(lái)推斷氧化還原反應(yīng)，而不應(yīng)死記硬背化學(xué)方程式。

3.也可用反應(yīng)條件及反應(yīng)的難易程度，來(lái)判斷氧化性和還原性的相對(duì)強(qiáng)弱

對(duì)在一定條件下能基本進(jìn)行到底的反應(yīng)，要使學(xué)生會(huì)判斷氧化性和還原性的強(qiáng)弱。氧化劑的氧化性總是大于氧化產(chǎn)物的氧化性，還原劑的還原性總是大于還原產(chǎn)物的還原性，即氧化還原反應(yīng)是強(qiáng)強(qiáng)制弱弱的反應(yīng)。

二、在進(jìn)行其他相關(guān)課教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要設(shè)法促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的遷移

對(duì)于書(shū)寫(xiě)有離子參加的氧化還原反應(yīng)化學(xué)方程式，很多學(xué)生是依靠死記硬背來(lái)完成的。他們的方法是先背會(huì)化學(xué)方程式，再把化學(xué)方程式改寫(xiě)成離子方程式，認(rèn)知結(jié)構(gòu)因果顛倒。他們不會(huì)應(yīng)用學(xué)到的理論知識(shí)直接按反應(yīng)的實(shí)質(zhì)來(lái)書(shū)寫(xiě)離子方程式。因此，書(shū)寫(xiě)有離子參加的氧化還原反應(yīng)方程式是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中最難處理的知識(shí)點(diǎn)。所以在教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)注重整理學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)；促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的遷移。例如，在KMn04酸性溶液中加入FeS04溶液，寫(xiě)出其離子反應(yīng)方程式可按以下過(guò)程書(shū)寫(xiě)：

（1）從反應(yīng)微粒到產(chǎn)物微粒：Mn04-十Fe2+十Mn2+ +Fe3+ （2）使電子得失數(shù)相等：Mn04一十5Fe2+→Mn2+ +5Fe3+ （3）使方程式兩側(cè)電荷守衡：8H+ +Mn04一十5Fe2+ →Mn2++5 Fe3+（酸性溶液用H+、堿性溶液用OH-平衡電荷）（4）使方程式兩側(cè)原子守衡：8H++MnO4一+5Fe2+===Mn2++5Fe3++4H20（只看H原子，如果一側(cè)為H+，則另一側(cè)為H2O；如果一側(cè)為OH-，則另一側(cè)也為H2O）（5）檢查0原子（若書(shū)寫(xiě)正確，O原子必然守恒）?；瘜W(xué)方程式為：2KMn04+lOFeS04 +8H2S04===K2S04+2MnS04+5Fe2（S04）3+8H20。

這個(gè)化學(xué)方程式表面上看是很復(fù)雜的，要記憶它就困難了，再說(shuō)記憶它也根本沒(méi)必要。如果我們做好了學(xué)生認(rèn)知的遷移，使其思維直指物質(zhì)變化的本質(zhì)即還原反應(yīng)：Mn04-→Mn2+和氧化反應(yīng)：Fe2+ →Fe3+這一反應(yīng)的兩個(gè)方面，再通過(guò)電子守恒：電荷守恒、原子守恒的邏輯性認(rèn)知，就簡(jiǎn)單多了。促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知遷移的結(jié)果是使學(xué)生認(rèn)識(shí)某一氧化還原反應(yīng)的過(guò)程成為邏輯性認(rèn)識(shí)的過(guò)程，學(xué)生在分析解決問(wèn)題時(shí)就會(huì)很自然地應(yīng)用這一邏輯過(guò)程。

（2）在積累元素化合物性質(zhì)知識(shí)的過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的遷移對(duì)學(xué)生認(rèn)知遷移過(guò)程示例：

例如，已知反應(yīng)：2Fe3++2I-=2Fe2++I2S02+I2+2H2O=SO42一十2I-+4H+就可推出反應(yīng)；2Fe3++S02+2H20=2Fe2++S042-+4H+即：氧化性的強(qiáng)弱為Fe3+>I2>S042-；還原性的強(qiáng)弱為SO2>I->Fe2+。

促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知遷移的結(jié)果是使學(xué)生在積累元素化合物知識(shí)的過(guò)程中，思維是一種開(kāi)放狀態(tài)和發(fā)散狀態(tài)，新知識(shí)能夠在原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)中得以融合，能充分利用原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)對(duì)新知識(shí)的固定作用，有利于實(shí)行認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化和順應(yīng)。

（3）在概括和總結(jié)物質(zhì)性質(zhì)的過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的遷移

對(duì)學(xué)生認(rèn)知遷移過(guò)程示例：例如，在總結(jié)SO2的還原性時(shí)，從兩個(gè)方面著手，直指變化的微粒和生成的微粒。一個(gè)方面，SO2（氧化劑）失去電子→化合價(jià)升高→S03（在水溶液中變?yōu)镾O42一）另一方面，找出在一定條件下能氧化SO2的氧化劑。（1）和活潑非金屬單質(zhì)的反應(yīng)（如02和X2等）：2S02+02？壙2S03（氣體間的反應(yīng)較難，在水中反應(yīng)容易進(jìn)行）2S02+02+2H20=2S042-+4H+S02+2H20+X2=S042-+2X-+4H+（Cl2、Br2、I2都可反應(yīng)）。（2）和強(qiáng)氧化性的酸反應(yīng)：3SO2+2N03-+2H20===3S042-十2NO+4H+SO2+HC10+H2O===SO42一十Cl-+3H+（3）和具有較強(qiáng)氧化性的鹽在水溶液中反應(yīng)：S02+2Fe3++2H20===S042-+2Fe2++4H+5S02+2Mn04一+2H20===5S042-+2Mn2++4H+ （4）和具有氧化性的氧化物反應(yīng)；S02+H202

===S042-十2H+ S02+N02===SO3+NO。

促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知遷移的結(jié)果是使學(xué)生構(gòu)建的物質(zhì)性質(zhì)知識(shí)的結(jié)構(gòu)具有邏輯性，是按知識(shí)的上下位關(guān)系，按包攝性由大到小排列構(gòu)建的層次性知識(shí)的結(jié)構(gòu)，并具有與相關(guān)的知識(shí)間橫向相聯(lián)系的知識(shí)結(jié)構(gòu)，即有利于學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

（4）在解決電化學(xué)等問(wèn)題時(shí)，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的遷移對(duì)學(xué)生認(rèn)知遷移過(guò)程示例：

例如，堿性鋅錳干電池：CO為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用的稀土金屬材料為電極。

在寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí)（無(wú)論是原電池還是電解池），以氧化還原反應(yīng)理論為依據(jù)，利用氧化還原反應(yīng)的兩個(gè)方面，直指反應(yīng)的實(shí)質(zhì)（反應(yīng)微粒到產(chǎn)物粒），使電子得失數(shù)守恒，使方程式兩側(cè)電荷守衡使方程式兩側(cè)原子守衡。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題遷移學(xué)生的認(rèn)知，是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的主要途徑。以學(xué)生認(rèn)知遷移為核心的教學(xué)設(shè)計(jì)理念，是以氧化還原、溶液理論，物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，元素化合物知識(shí)系統(tǒng)為三條主線交織成的立體式、邏輯性的化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)，這種認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)能充分發(fā)展學(xué)生的思維，學(xué)生形成這樣的化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)是形成創(chuàng)造性思維的源泉。

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