乙醇與金屬鈉的反應(yīng)推理

吳冰冰

摘 要：以乙醇的結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)原子成鍵原則猜想乙醇可能的結(jié)構(gòu)式，通過(guò)水與乙醇的結(jié)構(gòu)相似、物理性質(zhì)相似，推出化學(xué)性質(zhì)也有相似之處，即水與金屬鈉的反應(yīng)，類比推理乙醇與金屬鈉可發(fā)生反應(yīng)。通過(guò)斷鍵位置不同猜想產(chǎn)物，通過(guò)實(shí)驗(yàn)收集證據(jù)，證實(shí)乙醇與金屬鈉反應(yīng)的產(chǎn)物以及該反應(yīng)的斷鍵位置。

關(guān)鍵詞：乙醇；鈉；反應(yīng)推理；斷鍵位置

普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)必修2（人民教育出版社），第三章第三節(jié)第一課時(shí)內(nèi)容講授的知識(shí)點(diǎn)包括乙醇的性質(zhì)，以水與金屬鈉反應(yīng)和乙醇與金屬鈉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而學(xué)習(xí)乙醇的其他化學(xué)性質(zhì)，這是教材編著者為高中學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)奠定的基石。在研讀了多篇文獻(xiàn)以及運(yùn)用《化學(xué)教學(xué)論》和《化學(xué)教學(xué)技能》的知識(shí)，根據(jù)現(xiàn)代化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”中“證據(jù)推理”及“類比推理”思維的運(yùn)用過(guò)程，本人嘗試以下教學(xué)思路和教學(xué)方法展開(kāi)教學(xué)。

乙醇的分子式為C2H6O，而根據(jù)不同元素原子的成鍵原則，C原子以外面的4個(gè)電子與其他原子結(jié)合形成4根鍵，O原子則可與其他原子結(jié)合形成2根鍵，H原子則可與其他原子結(jié)合形成1根鍵，因此存在著不同的原子結(jié)合方式，因而有兩種不同的可能的乙醇分子結(jié)構(gòu)式。

對(duì)比這兩種可能的乙醇分子結(jié)構(gòu)，與初中時(shí)學(xué)過(guò)的哪種分子結(jié)構(gòu)有著相似之處呢？對(duì)比可以想到水分子的結(jié)構(gòu)與之有相似之處：第一種可能結(jié)構(gòu)與水分子均含有相同的-OH；第二種可能結(jié)構(gòu)與水分子均為O原子兩端連接的基團(tuán)相同。因此，水與乙醇的結(jié)構(gòu)有相似之處。

除此以外，水與乙醇均是生活中常見(jiàn)的溶劑，水與乙醇可以互溶，因此，我們說(shuō)它們的物理性質(zhì)有相似之處。那水與乙醇的化學(xué)性質(zhì)是否有相似之處呢？在必修1學(xué)習(xí)過(guò)水與金屬鈉可發(fā)生反應(yīng)，可類比推理乙醇與金屬鈉可發(fā)生反應(yīng)。而根據(jù)這一反應(yīng)條件，就可以初步判斷哪些部分基團(tuán)是不參與該反應(yīng)的斷鍵？（提示：金屬鈉保存在煤油中，煤油的主要成分是烴類。）因此，該反應(yīng)的斷鍵位置只能在O原子兩端的鍵處。

因此，類比推理水與金屬鈉反應(yīng)，根據(jù)斷鍵位置不同，大膽猜想乙醇與金屬鈉反應(yīng)產(chǎn)物，會(huì)有不同的反應(yīng)產(chǎn)物：

首先分析第一種可能的乙醇分子結(jié)構(gòu)，假設(shè)乙醇與金屬鈉反應(yīng)時(shí)的斷鍵位置為氫氧鍵，則生成的產(chǎn)物可能為H2和C2H5ONa；假設(shè)斷鍵位置為碳氧鍵，則生成的產(chǎn)物可能為NaOH和C4H10；用同樣的方法分析另一種可能的乙醇分子結(jié)構(gòu)，斷鍵位置為碳氧鍵（兩個(gè)碳氧鍵是等同的），則生成的產(chǎn)物可能為C2H6和CH3ONa。

有了以上猜想，下面通過(guò)做乙醇與金屬鈉的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，到底哪個(gè)才是乙醇的分子結(jié)構(gòu)，乙醇與金屬鈉反應(yīng)的斷鍵位置在哪？

改進(jìn)課本上的乙醇與金屬鈉的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)（如下圖）：

U型管中一端有鋼絲球，用于支撐該反應(yīng)物金屬鈉，使得其在U型管一端反應(yīng)?？梢钥吹椒磻?yīng)時(shí)金屬鈉表面有氣泡產(chǎn)生，猜想的氣體產(chǎn)物均為可燃性氣體，可以檢驗(yàn)氣體燃燒后的產(chǎn)物的方法進(jìn)行驗(yàn)證。檢驗(yàn)氣體燃燒后的產(chǎn)物為水和乙醇鈉。證實(shí)了乙醇與金屬鈉可以發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)的產(chǎn)物為水和乙醇鈉。最后，可得出乙醇的分子結(jié)構(gòu)，乙醇與金屬鈉反應(yīng)的斷鍵位置為氫氧鍵。

在中學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生們需要學(xué)習(xí)并掌握的一個(gè)思維：物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)。因而，在本節(jié)課程的設(shè)計(jì)中，均遵循的原則是：培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，以“類比推理”思維的運(yùn)用過(guò)程于整個(gè)教學(xué)過(guò)程，基于“證據(jù)推理”這一學(xué)科核心素養(yǎng)展開(kāi)教學(xué)。并形成以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)，進(jìn)行啟發(fā)式、引導(dǎo)式推理學(xué)習(xí)。

作為各種邏輯思維方法中最富于創(chuàng)造性的一種方法——類比推理，類比以提出新問(wèn)題和作出新發(fā)現(xiàn)，是一種較高層次的信息遷移。通過(guò)在中學(xué)化學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，充分發(fā)揮“類比推理”的作用，并讓學(xué)生掌握這一有效學(xué)習(xí)的重要方法，并期望學(xué)生能在以后的學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移以及實(shí)現(xiàn)知識(shí)的前后貫通，進(jìn)一步提升課堂學(xué)習(xí)效率。并基于現(xiàn)代化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”中“證據(jù)推理”視角，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，使學(xué)生能夠更加理解科學(xué)知識(shí)，而不是單純地背教科書(shū)的知識(shí)點(diǎn)，這將增強(qiáng)學(xué)生的求知欲望和幫助學(xué)生構(gòu)建健全的知識(shí)體系。

參考文獻(xiàn)

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