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      氧化還原反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)的“軟肋”及重難點(diǎn)突破

      2018-07-20 03:46:40廣東
      關(guān)鍵詞:軟肋反應(yīng)物過(guò)氧化氫

      廣東

      楊鐵初

      經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)學(xué)生在氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)上存在兩個(gè)軟肋:一是物質(zhì)的判斷(包括生成物和反應(yīng)物),二是方程式的配平。要真正解決這兩個(gè)問(wèn)題,在氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)教學(xué)中,教師必須密切關(guān)注反應(yīng)介質(zhì)對(duì)反應(yīng)物、生成物的影響,并始終堅(jiān)持定性分析與定量判斷相結(jié)合的原則。

      一、問(wèn)題的提出

      氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)既是高中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn),也是高考化學(xué)命題的熱點(diǎn),同時(shí)又是不少學(xué)生高考的失分點(diǎn)。當(dāng)我們把現(xiàn)行的《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)1(必修)》與高考題進(jìn)行對(duì)比分析后就會(huì)發(fā)現(xiàn),高考氧化還原反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)相關(guān)知識(shí)、能力的要求遠(yuǎn)高于《化學(xué)1》(必修)所學(xué)內(nèi)容,但由于必修課時(shí)的限制及此時(shí)文理沒(méi)分科等諸多因素,高一在進(jìn)行“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)時(shí),一般都按照教材的要求進(jìn)行,因而高中初期的教學(xué)與高考要求不能無(wú)縫對(duì)接,導(dǎo)致學(xué)生在氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)上存在兩個(gè)軟肋:一是物質(zhì)的判斷(最主要是生成物是什么,有些也會(huì)涉及反應(yīng)物有哪些),這是定性方面的問(wèn)題;二是方程式的配平,這是定量方面的問(wèn)題。

      究其原因,一方面是高中教科書(shū)中沒(méi)有提及氧化還原反應(yīng)中的介質(zhì)(即氧化劑、還原劑相互反應(yīng)時(shí)的環(huán)境,通常為酸性、堿性或中性)概念,教師在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中也沒(méi)有很好地貫徹“氧化還原反應(yīng)的介質(zhì)不同,產(chǎn)物也不同”的理念,導(dǎo)致學(xué)生在判斷物質(zhì)和配平時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。另一方面是教師在教學(xué)時(shí),忽視了從微觀的角度將反應(yīng)的過(guò)程展現(xiàn)在學(xué)生的面前,忽視了將反應(yīng)物、生成物的分析推測(cè)過(guò)程與定性定量相結(jié)合的方法展示出來(lái),而只是告訴學(xué)生像背誦英語(yǔ)單詞一樣去記憶反應(yīng)的產(chǎn)物,沒(méi)有學(xué)生的主動(dòng)思考、自主探究的過(guò)程,沒(méi)有學(xué)生的學(xué)科思維與學(xué)科方法的訓(xùn)練。

      根據(jù)上述分析不難看出,氧化還原反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)教學(xué)的重難點(diǎn)是:

      1.反應(yīng)介質(zhì)對(duì)反應(yīng)物、生成物的影響。

      2.定性分析與定量判斷相結(jié)合配平方程式。

      二、重難點(diǎn)突破

      1.典型例題分析

      【例1】寫(xiě)出次氯酸鈉溶液與硫酸亞鐵溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。

      (1)【定性分析】

      【教師引領(lǐng)】次氯酸鈉具有較強(qiáng)的氧化性,硫酸亞鐵具有較強(qiáng)的還原性,它們反應(yīng)會(huì)得到什么產(chǎn)物?

      【學(xué)生分析】根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律,硫酸亞鐵會(huì)被氧化為硫酸鐵;次氯酸鈉會(huì)被還原為氯化鈉。

      【教師引領(lǐng)】次氯酸鈉變成氯化鈉后,剩下的氧離子會(huì)發(fā)生怎樣的變化?

      【學(xué)生分析】在水溶液中,氧離子可能會(huì)與水分子結(jié)合形成氫氧根離子。

      【教師引領(lǐng)】形成的氫氧根離子還會(huì)發(fā)生什么變化?

      【學(xué)生分析】氫氧根離子會(huì)與硫酸鐵電離產(chǎn)生的鐵離子反應(yīng)生成氫氧化鐵。

      【教師引領(lǐng)】分析至此,你認(rèn)為反應(yīng)物有哪些?生成物是什么?

      【學(xué)生分析】反應(yīng)物有:次氯酸鈉、硫酸亞鐵、水。反應(yīng)的產(chǎn)物一定有:氯化鈉、氫氧化鐵;如果鐵離子沒(méi)有被完全沉淀,還有硫酸鐵;如果鐵離子完全沉淀,還有硫酸鈉。最終的產(chǎn)物有兩種可能:氯化鈉、氫氧化鐵、硫酸鐵;氯化鈉、氫氧化鐵、硫酸鈉。

      (2)【定量分析1】

      【教師引領(lǐng)】要確立產(chǎn)物是哪種情況,必須進(jìn)行定量分析。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒的規(guī)律進(jìn)行分析推斷。

      (3)【定量分析2】

      【教師引領(lǐng)】確定了反應(yīng)物和生成物以后,就是配平的問(wèn)題。怎樣確定各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)呢?

      【例2】寫(xiě)出次氯酸鈉溶液與用硫酸酸化的硫酸亞鐵溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。

      (1)【定性分析】

      【教師引領(lǐng)】變式例題與例題有什么不一樣的地方?

      【學(xué)生分析】不同的是反應(yīng)物溶液為酸性。

      【教師引領(lǐng)】當(dāng)溶液為酸性后,次氯酸鈉變成氯化鈉后剩下的氧離子會(huì)有什么變化?反應(yīng)物和產(chǎn)物會(huì)有什么不同?

      【學(xué)生分析】氧離子不再與水分子結(jié)合形成氫氧根離子,而是與氫離子結(jié)合生成水。所以,反應(yīng)物有:次氯酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸;生成物有:氯化鈉、硫酸鐵、水。

      NaClO+FeSO4+H2SO4——NaCl+Fe2(SO4)3+H2O

      (2)【定量分析】

      【教師引領(lǐng)】請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)例題的分析思路,確定各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)。

      【例3】寫(xiě)出過(guò)氧化氫溶液與碘化鉀溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。

      (1)【定性分析】

      【教師引領(lǐng)】過(guò)氧化氫具有氧化性,碘化鉀具有還原性,它們反應(yīng)會(huì)得到什么產(chǎn)物?

      【學(xué)生分析】根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律,過(guò)氧化氫中-1價(jià)氧會(huì)被還原為-2價(jià)氧;碘化鉀中-1價(jià)碘會(huì)被氧化為0價(jià)碘,即產(chǎn)物中會(huì)有碘單質(zhì)。

      【教師引領(lǐng)】氧離子不可能在溶液中存在,過(guò)氧化氫中被還原得到的-2價(jià)氧離子會(huì)發(fā)生什么變化?分析時(shí)請(qǐng)注意過(guò)氧化氫分子中氫、氧原子的個(gè)數(shù)比。

      【學(xué)生分析】過(guò)氧化氫分子中氫、氧原子的個(gè)數(shù)比為1∶1,因此氧離子與過(guò)氧化氫還原后與剩下的氫結(jié)合形成氫氧根離子。

      【教師引領(lǐng)】分析至此,你認(rèn)為反應(yīng)的生成物是什么?

      【學(xué)生分析】反應(yīng)物就是過(guò)氧化氫和碘化鉀;生成物是碘單質(zhì)和氫氧化鉀。

      H2O2+KI——I2+KOH

      (2)【定量分析】

      【教師引領(lǐng)】請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒的規(guī)律配平方程式。

      【學(xué)生分析】過(guò)氧化氫作氧化劑時(shí),每摩爾H2O2得到2摩爾電子,碘化鉀作還原劑時(shí),每摩爾KI失去1摩爾電子,因此反應(yīng)中過(guò)氧化氫與碘化鉀的物質(zhì)的量之比應(yīng)為1∶2。若參加反應(yīng)的過(guò)氧化氫為1摩爾,則參加反應(yīng)的碘化鉀為2摩爾;生成的氫氧根離子為2摩爾,即氫氧化鉀為2摩爾,碘單質(zhì)為1摩爾。

      【例4】寫(xiě)出高錳酸鉀溶液與二氧化硫反應(yīng)的化學(xué)方程式。

      (1)【定性分析】

      【教師引領(lǐng)】高錳酸鉀具有較強(qiáng)的氧化性,二氧化硫具有較強(qiáng)的還原性,它們反應(yīng)會(huì)得到什么產(chǎn)物?

      【學(xué)生分析】根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律,高錳酸鉀中+7價(jià)錳往往被還原為+2價(jià)錳;二氧化硫中+4價(jià)硫會(huì)被氧化為+6價(jià)硫。

      【教師引領(lǐng)】+6價(jià)硫在溶液中會(huì)以什么形式存在?高錳酸鉀中+7價(jià)錳被還原為+2價(jià)錳后剩下的-2價(jià)氧離子會(huì)發(fā)生什么變化?

      【學(xué)生分析】+6價(jià)硫在溶液中往往以硫酸根離子形式存在,高錳酸鉀中+7價(jià)錳被還原為+2價(jià)錳后剩下的-2價(jià)氧離子與二氧化硫結(jié)合形成硫酸根離子。

      (2)【定量分析1】

      【教師引領(lǐng)】接下來(lái)的問(wèn)題就是:二氧化硫能否將高錳酸鉀中+7價(jià)錳被還原為+2價(jià)錳后剩下的-2價(jià)氧離子全部結(jié)合?這有三種可能,一是能剛好全部結(jié)合;二是不能全部結(jié)合,還有-2價(jià)氧離子剩余;三是高錳酸鉀中+7價(jià)錳被還原為+2價(jià)錳后剩下的-2價(jià)氧離子不能滿(mǎn)足二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸根離子的需要。到底是哪種情況,必須進(jìn)行定量分析。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒的規(guī)律進(jìn)行分析判斷。

      【教師引領(lǐng)】分析至此,同學(xué)們知道反應(yīng)物和產(chǎn)物分別有哪些了嗎?

      【學(xué)生分析】很明顯,反應(yīng)物有高錳酸鉀、二氧化硫和水。水提供氧離子后剩余氫離子,因此產(chǎn)物有硫酸錳、硫酸鉀以及硫酸。

      KMnO4+SO2+H2O——MnSO4+K2SO4+H2SO4

      (3)【定量分析2】

      【教師引領(lǐng)】確定了反應(yīng)物和生成物以后,就是配平的問(wèn)題。怎樣確定各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)呢?

      【學(xué)生分析】根據(jù)上述分析,若參加反應(yīng)的高錳酸鉀為2摩爾,則參加反應(yīng)的二氧化硫?yàn)?摩爾,參加反應(yīng)的水為2摩爾;根據(jù)質(zhì)量守恒定律,生成的硫酸錳、硫酸的物質(zhì)的量分別為2摩爾,硫酸鉀的物質(zhì)的量為1摩爾。

      2.方法總結(jié)與思維框架構(gòu)建

      (1)密切關(guān)注反應(yīng)介質(zhì)對(duì)反應(yīng)物、生成物的影響

      實(shí)際上,氧化還原反應(yīng)的介質(zhì)不同,產(chǎn)物也往往不同。教師必須引導(dǎo)學(xué)生清醒地認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。如氧氣、過(guò)氧化物、高錳酸鉀、次氯酸及其鹽等含氧氧化劑反應(yīng)后都會(huì)有-2價(jià)的氧離子生成,而-2價(jià)的氧離子在水溶液中不可能存在,它到底以什么產(chǎn)物存在,就與介質(zhì)有關(guān):當(dāng)介質(zhì)為酸性溶液時(shí),-2價(jià)的氧離子與氫離子結(jié)合生成水;當(dāng)介質(zhì)為中性或堿性時(shí),-2價(jià)的氧離子與溶液中的水結(jié)合生成氫氧根離子。值得注意的是,當(dāng)氧化劑中的氫、氧原子個(gè)數(shù)比為1∶1時(shí)(如過(guò)氧化氫、次氯酸),則氧化劑自身的氫和氧結(jié)合成氫氧根離子;當(dāng)介質(zhì)為酸性時(shí),氫氧根與氫離子反應(yīng)生成水;如,二氧化硫、亞硫酸及其鹽等還原劑反應(yīng)后會(huì)有硫酸根離子生成,從二氧化硫、亞硫酸及其鹽變成硫酸根離子,顯然需要從氧化劑中奪取氧,若氧化劑中無(wú)氧或氧不足,那就只能從介質(zhì)中奪取氧。當(dāng)介質(zhì)為中性或酸性時(shí),則由水提供氧,同時(shí)還生成氫離子;當(dāng)介質(zhì)為堿性時(shí),則由氫氧根離子提供氧,同時(shí)還生成水(氫氧根可以認(rèn)為是水合氧離子)。

      現(xiàn)將相對(duì)較難判斷的常見(jiàn)氧化(還原)劑在不同介質(zhì)中的還原(氧化)產(chǎn)物列于下表中。

      常見(jiàn)氧化(還原)劑在不同介質(zhì)中的還原(氧化)產(chǎn)物

      (2)始終堅(jiān)持定性分析與定量判斷相結(jié)合

      氧化還原反應(yīng)產(chǎn)物以及反應(yīng)物的判斷,要利用氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律,從定性或定性與定量相結(jié)合的角度加以分析;氧化還原反應(yīng)方程式的配平,要利用反應(yīng)中的守恒規(guī)律(得失電子守恒、質(zhì)量守恒),從定量的角度加以分析。使學(xué)生從定性與定量的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

      三、結(jié)語(yǔ)

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