以“元素化合物”知識(shí)為載體培養(yǎng)學(xué)生的價(jià)態(tài)觀

蔣芬芬

摘 要：利用二維關(guān)系圖詳細(xì)地分析了Fe、N和S三種元素所包含的氧化還原知識(shí)，即價(jià)態(tài)觀的實(shí)際應(yīng)用.幫助學(xué)生建立起利用二維關(guān)系圖學(xué)習(xí)一種元素的方法.運(yùn)用價(jià)態(tài)既便于記憶又能更深刻理解，要構(gòu)建起化學(xué)基本觀念，必須在深入理解化學(xué)學(xué)科特征的基礎(chǔ)上所獲得的對(duì)化學(xué)的總觀性的認(rèn)識(shí).

關(guān)鍵詞：價(jià)態(tài)觀;元素化合物;高中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1008-0333（2022）25-0128-03

1 前言

“元素化合物”知識(shí)是化學(xué)必修課程的重要組成部分，在化學(xué)必修一課本的最后兩章內(nèi)容集中學(xué)習(xí)，包括金屬及其化合物和非金屬及其化合物，知識(shí)量非常大，學(xué)生學(xué)起來很困難，知識(shí)點(diǎn)多而雜，規(guī)律性不強(qiáng)，大部分地學(xué)生都對(duì)這部分有畏難情緒.

筆者認(rèn)為在進(jìn)行元素化合物該部分知識(shí)的教學(xué)時(shí)，“元素化合物知識(shí)”僅僅是一個(gè)載體，更加重要地是讓學(xué)生通過“元素化合物”知識(shí)地學(xué)習(xí)掌握化學(xué)核心觀念的元素觀、分類觀和轉(zhuǎn)化觀.還要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)“元素化合物”知識(shí)的過程中深刻體會(huì)實(shí)驗(yàn)觀以及價(jià)態(tài)觀，并通過該部分知識(shí)與環(huán)境保護(hù)方面的息息相關(guān)，建立社會(huì)責(zé)任感，體會(huì)化學(xué)的價(jià)值觀.化學(xué)變化觀概括著人們對(duì)化學(xué)變化的特征、本質(zhì)、規(guī)律、價(jià)值、研究方法以及有關(guān)認(rèn)識(shí)的發(fā)生、發(fā)展等重要問題的認(rèn)識(shí)和看法.化學(xué)的變化觀包含物質(zhì)類別之間的變化、能量的變化以及不同價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，下面以“元素化合物”知識(shí)為載體來探討一下其中涉及的價(jià)態(tài)觀，如何在“元素化合物”知識(shí)部分更好地利用價(jià)態(tài)觀.

2 引例分析

把氧化還原反應(yīng)理論融合到“元素化合物”知識(shí)中是高中化學(xué)新課程必修一的一個(gè)突出特點(diǎn).初中化學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了四種基本反應(yīng)類型，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了元素化合物之間的一些規(guī)律性.在高中化學(xué)課程中元素化合物部分的知識(shí)里有很多氧化還原反應(yīng)方程式，學(xué)生很難理解反應(yīng)的特征，無法尋找出反應(yīng)的規(guī)律.在學(xué)習(xí)Na、Al、Fe、Cu、Cl、S、N元素及其化合物時(shí)，會(huì)遇到很多困惑，面對(duì)里面多而雜的化學(xué)方程式，學(xué)生很難找出反應(yīng)的特征和規(guī)律，所以很難記憶這些復(fù)雜的化學(xué)方程式，在書寫化學(xué)方程式的時(shí)候就會(huì)很困難.如果在高考題中碰到教材里引申出來的相關(guān)聯(lián)反應(yīng)，學(xué)生更是無從下手.在化學(xué)反應(yīng)中，元素的化合價(jià)是否發(fā)生變化，很好地體現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)的多樣性和復(fù)雜性，又揭示了物質(zhì)變化的另一個(gè)重要特征.氧化還原反應(yīng)是通過分析元素化合價(jià)的變化來尋找這類反應(yīng)的規(guī)律，進(jìn)一步上升到反應(yīng)的本質(zhì)是電子的得失，讓學(xué)生從簡單化合價(jià)入手可以更好地幫助學(xué)生找到學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)的方法.通過氧化還原反應(yīng)理論來指導(dǎo)“元素化合物”知識(shí)的學(xué)習(xí)，能培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用“價(jià)態(tài)觀”來學(xué)習(xí)化學(xué)的一種思維習(xí)慣.對(duì)于一些較復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，學(xué)生運(yùn)用元素“價(jià)態(tài)觀”，對(duì)問題的解決就容易多了.

二維物質(zhì)關(guān)系圖是以元素為核心的、以價(jià)態(tài)和物質(zhì)類別為坐標(biāo)的二維物質(zhì)關(guān)系圖，應(yīng)用于不同元素時(shí)，坐標(biāo)會(huì)出現(xiàn)變化.以Fe、N、S這三種元素為例，來探討其中所包含的價(jià)態(tài)觀.

Fe元素的價(jià)態(tài)為0、+2和+3價(jià)，與鐵相關(guān)的常見物質(zhì)有單質(zhì)、氧化物、鹽和堿.根據(jù)這些內(nèi)容構(gòu)建Fe的二維關(guān)系圖，如圖1所示.

Fe容易被氧化劑O2氧化成FeO、Fe2O3、Fe3O4.氧化物又可與非氧化性酸（如：HCl、稀H2SO4等）反應(yīng)生成亞鐵鹽和鐵鹽.兩種不同價(jià)態(tài)的鹽之間又可以相互轉(zhuǎn)化.利用價(jià)態(tài)觀，以Fe元素為核心的物質(zhì)轉(zhuǎn)化主要有兩種形式：（1）同種價(jià)態(tài)不同物質(zhì)類別之間的轉(zhuǎn)化，例如Fe（OH）3和FeCl3的轉(zhuǎn)化、Fe（OH）2和FeCl2的轉(zhuǎn)化，同價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)化可通過復(fù)分解反應(yīng)達(dá)成，例如酸堿中和反應(yīng)、酸堿與鹽的反應(yīng);（2）同種元素不同價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，例如FeCl3與FeCl2的轉(zhuǎn)化.轉(zhuǎn)化則需要通過氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn).亞鐵鹽轉(zhuǎn)化為鐵鹽，則需要加入氧化劑，如氯水、過氧化氫、酸性高錳酸鉀溶液以及硝酸等;而鐵鹽轉(zhuǎn)化為亞鐵鹽，則需要加入還原劑，例如單質(zhì)Fe、Cu、I-、S2-、Vc等.他們的氫氧化物之間也可以互相轉(zhuǎn)化，因?yàn)闅溲趸瘉嗚F不穩(wěn)定，容易被空氣中的O2氧化成氫氧化鐵.

Fe3+、Fe2+ 的檢驗(yàn)方法.可以通過兩種方法來進(jìn)行檢驗(yàn)，第一種是加入NaOH溶液：

Fe3++3OH-Fe（OH）3↓（紅褐色沉淀）

Fe2++2OH-Fe（OH）2↓（白色沉淀變成灰綠色最后變成紅褐色）

第二種方法是加入KSCN溶液，F(xiàn)e3+與SCN-結(jié)合生成血紅色的絡(luò)合物;Fe2+滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象，再加入氧化劑氯水、過氧化氫等均可，出現(xiàn)血紅色，則表明原溶液中有Fe2+.根據(jù)物質(zhì)的價(jià)態(tài)、所屬類別，通過元素價(jià)態(tài)觀直觀地引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)和預(yù)測已學(xué)過和未學(xué)過物質(zhì)的性質(zhì)，讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的一種方法.當(dāng)學(xué)生把關(guān)注轉(zhuǎn)化關(guān)系內(nèi)化為一種觀念，把從價(jià)態(tài)和物質(zhì)類別變化的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)和反應(yīng)，內(nèi)化為一種思想方法的時(shí)候，學(xué)生就找到了高中階段學(xué)習(xí)元素化合物的根本方法.

非金屬元素N也同樣可以利用價(jià)態(tài)觀來幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)理解它們之間的關(guān)系.N的價(jià)態(tài)主要有-3、0、+2、+3、+4、+5，包含的物質(zhì)類別有氫化物（NH3）、單質(zhì)（N2）、氧化物（NO、NO2）、酸（HNO3）、鹽[Cu（NO3）2]等.據(jù)此構(gòu)建N元素的二維關(guān)系圖，如圖2所示.

從N元素的二維關(guān)系圖可以看出，氮元素的價(jià)態(tài)比較多，涉及的物質(zhì)種類也較多.如果靠簡單記憶可能需要花很多的時(shí)間，未必能取得很好的效果.但是如果利用這個(gè)二維關(guān)系圖加上化學(xué)核心觀念中的價(jià)態(tài)觀，對(duì)于學(xué)習(xí)氮的相關(guān)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化就要容易得多了.

（1）相同價(jià)態(tài)之間，NH+4轉(zhuǎn)化為NH3，就是實(shí)驗(yàn)室制取氨的原理：

Ca（OH）2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O

（2）從-3的NH3與+2價(jià)氧化物之間的轉(zhuǎn)化，即為氨的催化氧化：

4NH3+5O24NO+6H2O

（3）單質(zhì)與氧化物之間的轉(zhuǎn)化：

N2+O22NO

2NO+O22NO2

3NO2+H2O2HNO3+NO

（4）氧化物與酸之間的轉(zhuǎn)化：

3NO2+H2O2HNO3+NO

（5）酸與鹽之間的轉(zhuǎn)化：

Cu+4HNO3（濃）Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3（?。?Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

以價(jià)態(tài)為線索，各價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系清楚了，學(xué)習(xí)N元素就容易多了.運(yùn)用化學(xué)核心觀念之價(jià)態(tài)觀，能幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系，讓“元素化合物”知識(shí)的學(xué)習(xí)變得更加容易.引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行延伸，實(shí)現(xiàn)由“學(xué)”向“用”，由“是什么”向“為什么”的轉(zhuǎn)變. 讓學(xué)生從中體會(huì)元素價(jià)態(tài)觀，掌握思考和答題的方法.

非金屬元素S的價(jià)態(tài)主要有-2、0、+4、+6，包含的物質(zhì)類別有氫化物（H2S）、單質(zhì)（S）、氧化物（SO2和SO3）、酸（H2SO3和H2SO4）、鹽（CuS、CuSO4）等.據(jù)此構(gòu)建S元素的二維關(guān)系圖，如圖3所示.

從S元素的二維關(guān)系圖可以看出，硫元素的價(jià)態(tài)比較多，涉及的物質(zhì)種類也較多.如果能夠?qū)ξ镔|(zhì)進(jìn)行分類，結(jié)合物質(zhì)類別與價(jià)態(tài)之間的關(guān)系，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)，這將大大提升學(xué)習(xí)效率的作用.

（1）-2價(jià)的硫.S元素的最低價(jià)-2價(jià)是氫化物H2S，它是一種弱酸，具有一般酸的通性.它能通過酸堿中和反應(yīng)轉(zhuǎn)化為同價(jià)態(tài)的鹽類物質(zhì)，另一方面它有較強(qiáng)的還原性，可以被氧化劑氧化成0價(jià)的S單質(zhì)，例如：

2H2S+O22S↓+2H2O

2H2S+SO23S↓+2H2O

（2）0價(jià)的硫.S的游離態(tài)是一種淡黃色的固體，性質(zhì)較為穩(wěn)定.如果在日常生活中打碎了水銀溫度計(jì)常用它來處理.它與氧氣反應(yīng)生成SO2.

（3）+4價(jià)的硫.SO2是無色氣體，有強(qiáng)烈刺激性氣味，是大氣主要污染物之一.由于煤和石油通常都含有硫化合物，因此燃燒時(shí)會(huì)生成二氧化硫.當(dāng)二氧化硫溶于水中，會(huì)形成亞硫酸（酸雨的主要成分），亞硫酸不穩(wěn)定又會(huì)分解成二氧化硫和水.若在催化劑條件下，SO2進(jìn)一步氧化，生成SO3，便會(huì)生成硫酸（H2SO4）.酸堿中和反應(yīng)會(huì)生成相應(yīng)的亞硫酸鹽.亞硫酸鹽和硫化鹽發(fā)生歸中反應(yīng)，生成S單質(zhì).

（4）+4價(jià)的硫.S元素的最高價(jià)是+6價(jià)，對(duì)應(yīng)的氧化物是SO3，酸是H2SO4，鹽是硫酸鹽.稀硫酸具有一般酸的通性，濃硫酸則具有一些不同的性質(zhì)：吸水性（作干燥劑）、脫水性（能把有機(jī)物中的H、O按2∶1的比例脫出來）、酸性、強(qiáng)氧化性.

（5）結(jié)合所學(xué)的知識(shí)解決酸雨帶來的環(huán)境問題.通過實(shí)驗(yàn)探究轉(zhuǎn)化關(guān)系，應(yīng)用轉(zhuǎn)化關(guān)系設(shè)計(jì)工業(yè)原理，應(yīng)用轉(zhuǎn)化關(guān)系分析酸雨的形 成與防治.層層遞進(jìn)，讓學(xué)生真正掌握一種元素的學(xué)習(xí)方法.

除了以上列舉的Fe、N和S元素以外，其他的元素也可以按照這樣的模式，建立二維關(guān)系圖，以價(jià)態(tài)為線索，運(yùn)用價(jià)態(tài)規(guī)律既便于記憶又能更深刻理解.價(jià)態(tài)規(guī)律在“元素化合物”知識(shí)的學(xué)習(xí)中是非常行之有效的.通過對(duì)鐵、氮、硫及其化合物的性質(zhì)有一定的認(rèn)識(shí)之后，還能對(duì)它們的化合物的保存、制備、分 離、提純、應(yīng)用有一定的了解，甚至在生產(chǎn)生活中都能體現(xiàn)它們的化學(xué)學(xué)科價(jià)值.要構(gòu)建起化學(xué)基本觀念，必須在深入理解化學(xué)學(xué)科特征的基礎(chǔ)上所獲得的對(duì)化學(xué)的總觀性的認(rèn)識(shí).它的形成不能靠知識(shí)的簡單積累，不可能通過大量記憶化學(xué)知識(shí)而自發(fā)形成，它需要學(xué)生在積極主動(dòng)的探究活動(dòng)中深刻理解和掌握有關(guān)的化學(xué)知識(shí)和核心觀念，在充分應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析問題與解決問題的過程中不斷概括、提煉而形成.元素化合物知識(shí)部分充分地體現(xiàn)了化學(xué)核心觀念之價(jià)態(tài)觀.

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[責(zé)任編輯：季春陽]