基于物質(zhì)轉(zhuǎn)化視角的元素化合物教學(xué)
——以“不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化”教學(xué)為例

諸佳丹 朱 康

（1.上海市南洋中學(xué) 上海 200032；2.上海市徐匯區(qū)教育學(xué)院 上海 200030）

一、問(wèn)題背景

元素化合物是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要組成部分，從知識(shí)類型上屬于事實(shí)性知識(shí)或陳述性知識(shí)。該部分內(nèi)容具有物質(zhì)種類多、性質(zhì)瑣碎、反應(yīng)龐雜等特點(diǎn)。

傳統(tǒng)的元素化合物教學(xué)注重對(duì)具體事實(shí)的記憶，師生活動(dòng)大多圍繞某一具體的物質(zhì)展開(kāi)，從物質(zhì)的組成、性質(zhì)、制備、用途等方面進(jìn)行全面的學(xué)習(xí)。雖然該種教學(xué)思路能讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)較全面地掌握某個(gè)具體物質(zhì)的相關(guān)知識(shí)，但是面對(duì)如此繁多的物質(zhì)種類，學(xué)生的記憶負(fù)擔(dān)重且容易遺忘。這種單向的線性教學(xué)思路不利于學(xué)生形成可遷移的學(xué)習(xí)元素化合物的基本思路與方法，難以將繁多的元素化合物知識(shí)進(jìn)行有效整合。因此在解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，學(xué)生缺乏有效調(diào)取所學(xué)知識(shí)的能力，特別是面對(duì)陌生物質(zhì)與情境，將更加束手無(wú)策。［1］

那如何打破目前元素化合物教學(xué)“重知識(shí)輕能力、重動(dòng)手輕思維、重細(xì)節(jié)輕整合”［2］的教學(xué)困境，如何在教學(xué)中落實(shí)學(xué)習(xí)元素化合物的思路與方法呢？姜言霞、王磊等提出基于轉(zhuǎn)化的元素化合物教學(xué)策略不僅對(duì)學(xué)生核心物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)有很好的成效，而且在形成研究陌生物質(zhì)的思維方法、培養(yǎng)轉(zhuǎn)化思想等方面都優(yōu)越于基于具體物質(zhì)的教學(xué)。［3］“物質(zhì)的轉(zhuǎn)化觀”是化學(xué)學(xué)科觀念之一，元素化合物內(nèi)容的核心問(wèn)題是物質(zhì)性質(zhì)及其相互轉(zhuǎn)化，在一系列有目的的任務(wù)下，完成物質(zhì)轉(zhuǎn)化，進(jìn)而體現(xiàn)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。以“轉(zhuǎn)化觀”這一學(xué)科核心觀念為本的教學(xué)能幫助學(xué)生形成有效的思維方法，構(gòu)建系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的元素化合物知識(shí)框架。

二、基于轉(zhuǎn)化的元素化合物教學(xué)分析

元素化合物內(nèi)容繁雜，為了避免逐條梳理的低效教學(xué)，我們首先要梳理出核心教學(xué)內(nèi)容，然后根據(jù)核心內(nèi)容設(shè)計(jì)基于轉(zhuǎn)化觀念的教學(xué)過(guò)程。

1.明晰核心內(nèi)容

核心內(nèi)容并不是簡(jiǎn)單的具體知識(shí)，而是具有指導(dǎo)性、遷移性的概念與方法。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（后簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”）在主題“常見(jiàn)無(wú)機(jī)物及其應(yīng)用”中提出了元素與物質(zhì)的關(guān)系、物質(zhì)性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的價(jià)值等方面的內(nèi)容要求。此外，課標(biāo)推出學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，為學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)與教師教學(xué)活動(dòng)的評(píng)價(jià)提出了指導(dǎo)性要求，其對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)常見(jiàn)無(wú)機(jī)物的板塊提出了6項(xiàng)學(xué)業(yè)要求。［4］概括來(lái)說(shuō)，課標(biāo)總體從研究對(duì)象、研究?jī)?nèi)容、認(rèn)識(shí)角度三個(gè)方面明晰了元素化合物學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，并且這些核心內(nèi)容相互之間存在一定的邏輯關(guān)系，如圖1所示。

圖1 元素化合物核心內(nèi)容分析

課標(biāo)對(duì)元素化合物的要求不再是純粹的記憶物質(zhì)性質(zhì)，而是要求學(xué)生建立起從物質(zhì)類別、元素價(jià)態(tài)、復(fù)分解反應(yīng)以及氧化還原反應(yīng)原理等方面來(lái)研究元素化合物的思維方法。

從研究對(duì)象看，以元素為中心認(rèn)識(shí)物質(zhì)，通過(guò)核心元素將單質(zhì)及其化合物知識(shí)組織聯(lián)系起來(lái)。對(duì)于某一元素為核心的物質(zhì)家族，教材的內(nèi)容編排主要是對(duì)典型物質(zhì)的介紹，而在課標(biāo)有明確要求“能利用典型代表物的性質(zhì)和反應(yīng)，設(shè)計(jì)常見(jiàn)物質(zhì)制備、分離、提純、檢驗(yàn)等簡(jiǎn)單任務(wù)的方案”。因此，教學(xué)中必要幫助學(xué)生構(gòu)建可遷移的學(xué)習(xí)方法與思路，讓學(xué)生學(xué)會(huì)將典型物質(zhì)的學(xué)習(xí)思維模式遷移到常見(jiàn)物質(zhì)的學(xué)習(xí)。例如，以+4價(jià)含硫物質(zhì)為例，教材編排了SO2的內(nèi)容，并沒(méi)有呈現(xiàn)Na2SO3的學(xué)習(xí)模塊，但是評(píng)價(jià)中對(duì)Na2SO3的考察卻不在少數(shù)。如何習(xí)得Na2SO3的性質(zhì)呢？就需要培養(yǎng)學(xué)生從典型物質(zhì)到常見(jiàn)物質(zhì)的遷移與應(yīng)用的能力。

性質(zhì)與轉(zhuǎn)化是元素化合物學(xué)習(xí)中最為主要的兩個(gè)研究?jī)?nèi)容。關(guān)于性質(zhì)與轉(zhuǎn)化，課標(biāo)明確指出“能從物質(zhì)類別、元素價(jià)態(tài)的角度，依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測(cè)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化”。“物質(zhì)類別”和“元素價(jià)態(tài)”是認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的兩個(gè)視角，復(fù)分解反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)原理是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的兩個(gè)重要化學(xué)原理。轉(zhuǎn)化與性質(zhì)并非孤立，存在一定的聯(lián)系，如圖2。

圖2 物質(zhì)性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的關(guān)聯(lián)

物質(zhì)的化學(xué)變化往往是以某一元素為核心發(fā)生的，轉(zhuǎn)化的一般路徑有兩條，分別是同種元素相同價(jià)態(tài)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化與同種元素不同價(jià)態(tài)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。例如，Na2SO3可以轉(zhuǎn)化為相同價(jià)態(tài)的SO2，也可以轉(zhuǎn)化為不同價(jià)態(tài)的0價(jià)S單質(zhì)與+6價(jià)Na2SO4。Na2SO3與酸反應(yīng)生成SO2這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)類別的轉(zhuǎn)化，主要發(fā)生的是復(fù)分解反應(yīng)，體現(xiàn)了亞硫酸鹽的物質(zhì)類別通性。Na2SO3與氧化劑或還原劑反應(yīng)時(shí)，會(huì)生成不同價(jià)態(tài)的含硫物質(zhì)，發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。核心元素化合價(jià)的改變，體現(xiàn)了物質(zhì)的氧化性或還原性。

可見(jiàn)，從轉(zhuǎn)化路徑出發(fā)可以準(zhǔn)確且有序地分析物質(zhì)的性質(zhì)，從變化過(guò)程中建構(gòu)認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的視角，以關(guān)鍵的反應(yīng)原理橋連轉(zhuǎn)化與性質(zhì)。掌握核心內(nèi)容可以幫助學(xué)生梳理出條理有序的學(xué)習(xí)思路，以應(yīng)對(duì)多樣性的元素化合物問(wèn)題。

2.形成教學(xué)程序

如前分析，認(rèn)識(shí)角度的建構(gòu)始于對(duì)轉(zhuǎn)化路徑的分析。如何讓學(xué)生直觀且有效地總結(jié)出規(guī)律性的轉(zhuǎn)化路徑呢？教學(xué)時(shí)需要設(shè)計(jì)合適的轉(zhuǎn)化任務(wù)，以便學(xué)生提煉與感知轉(zhuǎn)化路徑。

姜言霞、王磊等提出了基于轉(zhuǎn)化的元素化合物教學(xué)流程，［3］如圖3。從“給出轉(zhuǎn)化任務(wù)”→“設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化路徑”→“實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化方案”。學(xué)生完成這一轉(zhuǎn)化任務(wù)。學(xué)生在完成轉(zhuǎn)化任務(wù)的過(guò)程中，需要觀察起點(diǎn)和終點(diǎn)的類別變化和價(jià)態(tài)變化，根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)或氧化還原反應(yīng)規(guī)律去選擇試劑。該程序下的教學(xué)基本路徑是從轉(zhuǎn)化到性質(zhì)，在每個(gè)轉(zhuǎn)化任務(wù)完成之后，設(shè)置反思環(huán)節(jié)。通過(guò)反思轉(zhuǎn)化過(guò)程，促使學(xué)生更加深入地認(rèn)識(shí)和總結(jié)核心物質(zhì)的性質(zhì)及其研究方法。

圖3 基于轉(zhuǎn)化的元素化合物教學(xué)流程

與基于具體物質(zhì)的學(xué)習(xí)方式不同，基于轉(zhuǎn)化的學(xué)習(xí)方式實(shí)現(xiàn)了從整體來(lái)學(xué)習(xí)元素化合物。某一類元素化合物知識(shí)中包含著一個(gè)轉(zhuǎn)化系列，物質(zhì)之間存在著相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。教學(xué)不再拘囿于以某一具體代表物為核心，而是試圖建立起包含核心元素的多個(gè)物質(zhì)之間的相互關(guān)系。學(xué)生在開(kāi)展轉(zhuǎn)化任務(wù)時(shí)，需要不斷挖掘其中內(nèi)含的性質(zhì)與知識(shí)，逐步掌握研究物質(zhì)性質(zhì)的一般思路與方法。

3.以“不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化”為例設(shè)計(jì)教學(xué)思路

以硫元素為核心元素的物質(zhì)眾多，教學(xué)中要著重建立物質(zhì)之間的聯(lián)系，途徑就是依靠建構(gòu)基本思路與觀念。本節(jié)課意在借助一些常見(jiàn)的含硫鹽設(shè)計(jì)陌生任務(wù)情境，在情境中激發(fā)與活化學(xué)生已學(xué)的典型物質(zhì)的知識(shí)，在遷移的過(guò)程中深化研究物質(zhì)性質(zhì)的思路與方法，教學(xué)思路如圖4。

圖4 “不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化”的教學(xué)思路

教學(xué)中選取CuSO4、Na2S、Na2SO3三種常見(jiàn)物質(zhì)，它們是不同價(jià)態(tài)含硫鹽的代表物。任務(wù)1以CuSO4的制備為任務(wù)載體，基于學(xué)生的設(shè)計(jì)方案分析相應(yīng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化路徑（相同價(jià)態(tài)、不同價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化）。通過(guò)CuSO4廢液的處理問(wèn)題引出對(duì)Na2S的分析（任務(wù)2），Na2S與CuSO4反應(yīng)是相同價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化，再?gòu)牟煌瑑r(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化的視角引導(dǎo)學(xué)生思考可能的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化。在此設(shè)計(jì)并開(kāi)展不同量Na2S與Cl2反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，一種現(xiàn)象為產(chǎn)生沉淀即可判斷成功轉(zhuǎn)化為S；另一種現(xiàn)象則是溶液仍保持無(wú)色，“到底轉(zhuǎn)化為了Na2SO3還是Na2SO4”成為了課堂焦點(diǎn)。順理成章地促發(fā)了物質(zhì)檢驗(yàn)的任務(wù)。物質(zhì)檢驗(yàn)的關(guān)鍵是要對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)有清晰的認(rèn)識(shí)，學(xué)生已有S檢驗(yàn)的知識(shí)基礎(chǔ)，但對(duì)S相對(duì)陌生。因此，在任務(wù)3中讓學(xué)生應(yīng)用習(xí)得的路徑與視角預(yù)測(cè)并驗(yàn)證S的性質(zhì)，從而用以檢驗(yàn)任務(wù)2中的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物?？梢?jiàn)，3個(gè)環(huán)環(huán)相扣的任務(wù)環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)起了3種含硫鹽的性質(zhì)。

在整個(gè)教與學(xué)的過(guò)程中，以處理廢液、性質(zhì)預(yù)測(cè)、物質(zhì)檢驗(yàn)為任務(wù)載體，有序利用轉(zhuǎn)化路徑，在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中分析物質(zhì)性質(zhì)，并提煉出“物質(zhì)類別”和“元素價(jià)態(tài)”兩個(gè)認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的視角。此外，充分借助實(shí)驗(yàn)取證。學(xué)生研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，會(huì)根據(jù)一定的視角產(chǎn)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的猜測(cè)，繼而需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇正確的試劑進(jìn)行驗(yàn)證。在科學(xué)探究的過(guò)程中，課堂活動(dòng)從低水平認(rèn)知活動(dòng)轉(zhuǎn)向了高水平思維的訓(xùn)練，學(xué)生的思考也由靜態(tài)思考轉(zhuǎn)化為了動(dòng)態(tài)思考。

三、基于轉(zhuǎn)化的“不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化”教學(xué)過(guò)程

教學(xué)中圍繞三種常見(jiàn)含硫鹽，設(shè)計(jì)任務(wù)載體，滲透科學(xué)探究的思維方式以完成轉(zhuǎn)化，從而提煉思路、建立視角，最終達(dá)成物質(zhì)轉(zhuǎn)化與性質(zhì)學(xué)習(xí)的融合。

1.任務(wù)一：制備物質(zhì)，歸納轉(zhuǎn)化路徑

【任務(wù)】請(qǐng)利用已學(xué)典型含硫物質(zhì)的知識(shí)，嘗試以銅為原料，設(shè)計(jì)制備CuSO4的方案。

【學(xué)生】設(shè)計(jì)方案。

【展示分析】方案分為兩類，一是Cu與濃H2SO4直接反應(yīng)，二是先將Cu轉(zhuǎn)化為CuO，再與稀H2SO4反應(yīng)。如果以銅元素為中心來(lái)看，涉及三種含銅物質(zhì)的轉(zhuǎn)化；如果以硫元素為中心來(lái)看，涉及三種含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，如圖5。不管是含銅物質(zhì)還是含硫物質(zhì)都存在兩種轉(zhuǎn)化路徑：同種元素相同價(jià)態(tài)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化與同種元素不同價(jià)態(tài)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。

圖5 物質(zhì)轉(zhuǎn)化的路徑分析

【進(jìn)一步分析】CuO與稀H2SO4反應(yīng)主要發(fā)生了類別轉(zhuǎn)化，利用的是物質(zhì)類別通性，這個(gè)過(guò)程主要依靠復(fù)分解反應(yīng)。此外Cu與濃H2SO4的反應(yīng)除類別之外更重要的有元素價(jià)態(tài)的變化，依靠氧化還原反應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)了不同價(jià)態(tài)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。

【評(píng)價(jià)方案】實(shí)驗(yàn)室制備CuSO4，你會(huì)選擇哪一方案呢，請(qǐng)說(shuō)明理由。

【學(xué)生】從原子利用率、產(chǎn)物環(huán)保等有關(guān)綠色化學(xué)的角度分析。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)一個(gè)物質(zhì)制備任務(wù)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的已有知識(shí)，感受物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過(guò)程。然后分別以銅元素、硫元素為核心元素分析制備方案中出現(xiàn)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，總結(jié)共性轉(zhuǎn)化路徑與規(guī)律。任務(wù)1中的制備任務(wù)，重在方案設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)相關(guān)反應(yīng)原理的目的是為后續(xù)任務(wù)2與任務(wù)3中實(shí)際完成轉(zhuǎn)化任務(wù)提供指導(dǎo)。

2.任務(wù)二：分析轉(zhuǎn)化，提煉性質(zhì)視角

【任務(wù)】銅離子是一種重金屬離子，有毒。實(shí)驗(yàn)室通常采用“Na2S沉淀法”處理CuSO4廢液，該方法的原理是利用Na2S將銅離子轉(zhuǎn)化為難溶于水、難溶于酸的CuS沉淀以除去銅離子。請(qǐng)寫(xiě)出Na2S處理CuSO4廢液的化學(xué)方程式。判斷反應(yīng)類型，分析轉(zhuǎn)化路徑。

【學(xué)生】根據(jù)信息，用化學(xué)符號(hào)表達(dá)反應(yīng)過(guò)程（Na2S+CuSO4=CuS↓+Na2SO4），分析反應(yīng)類型為復(fù)分解反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了相同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化（Na2S→CuS）。

【強(qiáng)調(diào)】鹽和鹽發(fā)生了復(fù)分解反應(yīng)，利用物質(zhì)類別通性實(shí)現(xiàn)了相同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

【提問(wèn)】從另外一條轉(zhuǎn)化路徑（不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化），Na2S中-2價(jià)硫元素還可以轉(zhuǎn)化到何價(jià)態(tài)？體現(xiàn)了Na2S的什么性質(zhì)？

【學(xué)生】分析-2價(jià)的硫元素處于最低價(jià)，可以轉(zhuǎn)化為更高價(jià)態(tài)（0價(jià)、+4價(jià)、+6價(jià)）。此轉(zhuǎn)化中體現(xiàn)了Na2S的還原性。

【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】如何證明Na2S具有還原性？構(gòu)建思考模型，如圖6。確定反應(yīng)原理，選擇合適的氧化劑，預(yù)測(cè)產(chǎn)物及現(xiàn)象，最終完成轉(zhuǎn)化與驗(yàn)證。

圖6 基于轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】實(shí)驗(yàn)方案選擇Cl2與Na2S溶液反應(yīng)。分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體操作為向盛有10mLCl2的采集管中，注入0.5mLNa2S溶液（3組濃度為0.04mol/L，3組濃度為0.01mol/L）。充分振蕩溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【小組匯報(bào)】有沉淀、沒(méi)有出現(xiàn)沉淀…

【逐個(gè)分析】部分小組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為產(chǎn)生沉淀，說(shuō)明生成了硫單質(zhì)。-2價(jià)的硫元素被氧化，證明了Na2S具有還原性。

但部分小組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為沒(méi)有沉淀，說(shuō)明硫元素進(jìn)一步被氧化，根據(jù)前面分析，可能被氧化成+4價(jià)或+6價(jià)。由于含硫元素的反應(yīng)物是鈉鹽，產(chǎn)物很有可能是Na2SO3、Na2SO4。

【任務(wù)】進(jìn)行產(chǎn)物檢驗(yàn)。首先檢驗(yàn)Na2SO4，如何檢驗(yàn)？

【學(xué)生】先加HCl酸化，無(wú)明顯現(xiàn)象，再加BaCl2，若產(chǎn)生白色沉淀，則說(shuō)明有。

【明晰原理】在可能存在Na2SO3情況下，檢驗(yàn)時(shí)加酸的目的是什么？發(fā)生了什么反應(yīng)？

【學(xué)生】排除Na2SO3的干擾。Na2SO3與HCl發(fā)生反應(yīng)生成SO2氣體。

【強(qiáng)調(diào)】亞硫酸鹽和酸反應(yīng)，硫元素由+4價(jià)的亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化為+4價(jià)的二氧化硫，利用的是物質(zhì)類別通性實(shí)現(xiàn)相同價(jià)態(tài)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，觀察到白色沉淀，證明產(chǎn)物有Na2SO4。

【差異現(xiàn)象解釋】為什么小組間的現(xiàn)象不一樣呢？這是因?yàn)楦餍〗M使用的Na2S濃度不同。在Na2S溶液體積相同時(shí)，Na2S濃度高，則氯氣量不足，Na2S轉(zhuǎn)化為硫單質(zhì)。Na2S濃度低，則氯氣過(guò)量，因而硫元素進(jìn)一步被氧化。

【小結(jié)】回看Na2S的轉(zhuǎn)化，Na2S與CuSO4反應(yīng)，利用物質(zhì)類別通性實(shí)現(xiàn)了相同價(jià)態(tài)含硫鹽之間的轉(zhuǎn)化。另外Na2S與Cl2反應(yīng)，利用氧化還原反應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化?！拔镔|(zhì)類別”和“元素價(jià)態(tài)”的視角幫助我們認(rèn)識(shí)了Na2S的性質(zhì)。可以通過(guò)構(gòu)建以“物質(zhì)類別”和“元素價(jià)態(tài)”為兩軸的價(jià)-類二維圖來(lái)認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：借助前一環(huán)節(jié)中提煉的轉(zhuǎn)化路徑，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)“物質(zhì)類別通性”與“氧化還原反應(yīng)”原理分析Na2S發(fā)生的轉(zhuǎn)化過(guò)程。在分析轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，逐步剖析Na2S具有的化學(xué)性質(zhì)，建立轉(zhuǎn)化與性質(zhì)的聯(lián)系，并形成認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的兩個(gè)視角，一個(gè)是物質(zhì)類別，一個(gè)是元素價(jià)態(tài)。最終，將認(rèn)識(shí)視角以價(jià)-類二維圖的形式呈現(xiàn)出來(lái)，為下一環(huán)節(jié)中預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)做好鋪墊。

3.任務(wù)三：確定性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化

【任務(wù)】Na2S進(jìn)一步氧化是否生成Na2SO3，我們還沒(méi)解決。想檢驗(yàn)其中有沒(méi)有Na2SO3，首先要知道Na2SO3的性質(zhì)。請(qǐng)同學(xué)們嘗試?yán)脙r(jià)-類二維圖，來(lái)預(yù)測(cè)Na2SO3的性質(zhì)。

【學(xué)生】從物質(zhì)類別角度，Na2SO3可以與酸反應(yīng)生成SO2。從元素化合價(jià)角度思考，Na2SO3既有還原性，又有氧化性。

【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】確定反應(yīng)原理（氧化還原反應(yīng)原理），選擇合適的反應(yīng)試劑，并預(yù)測(cè)產(chǎn)物及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】選擇具有明顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象且試劑易獲取的方案，如下表1。

表1 Na2SO3的性質(zhì)預(yù)測(cè)與檢驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

【小組匯報(bào)】酸性高錳酸鉀溶液的紫色褪去，證明Na2SO3具有還原性。但是Na2S與Na2SO3反應(yīng)無(wú)明顯現(xiàn)象。

【異常現(xiàn)象分析】難道+4價(jià)的硫元素?zé)o法與-2價(jià)的硫元素反應(yīng)？但是以前學(xué)過(guò)+4價(jià)的S元素和-2價(jià)的S元素可以發(fā)生反應(yīng)，例如SO2會(huì)與H2S反應(yīng)。這里是怎么回事呢？

【學(xué)生】反應(yīng)可能需要酸性環(huán)境。

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】在Na2S與Na2SO3的混合液中滴加鹽酸，產(chǎn)生淡黃色沉淀。

【現(xiàn)象解釋】雖然在原理上分析出了-2價(jià)的硫元素與+4價(jià)的硫元素能反應(yīng)，但是這個(gè)反應(yīng)是要在酸性環(huán)境下才可進(jìn)行。所以說(shuō)，物質(zhì)的轉(zhuǎn)化是需要條件的。例如銅和濃硫酸的反應(yīng)需要加熱，溫度和濃度也是重要的反應(yīng)條件。

【小結(jié)】于此，我們認(rèn)識(shí)了Na2SO3的性質(zhì)，并選擇了相應(yīng)的試劑實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化。Na2SO3的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系可以利用如圖7這樣的價(jià)-類二維圖進(jìn)行表征。

圖7 融合性質(zhì)視角與轉(zhuǎn)化路徑的價(jià)-類二維圖

【解決問(wèn)題】檢驗(yàn)前面Na2S與Cl2反應(yīng)，產(chǎn)物中是否有Na2SO3？

【學(xué)生】選擇酸性KMnO4溶液，若紫色褪去，說(shuō)明有Na2SO3，反之則沒(méi)有Na2SO3。

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】重新取反應(yīng)液，滴加酸性KMnO4溶液，沒(méi)有褪色說(shuō)明過(guò)量Cl2與Na2S反應(yīng)沒(méi)有生成Na2SO3，反應(yīng)生成的是Na2SO4。

設(shè)計(jì)意圖：該環(huán)節(jié)承載了鞏固和檢驗(yàn)學(xué)生“物質(zhì)轉(zhuǎn)化路徑”與“認(rèn)識(shí)性質(zhì)視角”學(xué)習(xí)效果的任務(wù)。因此，讓學(xué)生自主根據(jù)前一環(huán)節(jié)建立的“物質(zhì)類別”與“元素價(jià)態(tài)”的視角來(lái)預(yù)測(cè)Na2SO3的性質(zhì)，重點(diǎn)放在元素化合價(jià)的角度。通過(guò)讓學(xué)生設(shè)計(jì)“Na2SO3還原性與氧化性”的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，完成Na2SO3的相關(guān)轉(zhuǎn)化，達(dá)成轉(zhuǎn)化與性質(zhì)的匹配與融合。同時(shí)，在轉(zhuǎn)化中設(shè)置異?，F(xiàn)象，讓學(xué)生體會(huì)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，原理分析之后還需要注意反應(yīng)條件。

【課堂總結(jié)】這節(jié)課學(xué)習(xí)了三種含硫鹽，通過(guò)三個(gè)任務(wù)得到了他們之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系與相關(guān)性質(zhì)?？梢越柚晕镔|(zhì)類別為橫軸、元素化合價(jià)為縱軸的價(jià)-類二維圖來(lái)表征轉(zhuǎn)化關(guān)系，利用物質(zhì)類別通性，通過(guò)復(fù)分解反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)相同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化；利用氧化還原反應(yīng)的原理可以完成不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。在相互的轉(zhuǎn)化中，可以分析、解讀這些鹽類物質(zhì)的性質(zhì)。

四、教學(xué)反思

1.圍繞核心內(nèi)容設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)

元素化合物的內(nèi)容眾多，如若每一個(gè)細(xì)枝末節(jié)都要涉及，對(duì)教與學(xué)都是極大的負(fù)擔(dān)，教學(xué)時(shí)需把握元素化合物的核心內(nèi)容。元素化合物中最重要的對(duì)象就是元素，從核心元素出發(fā)可以串聯(lián)起一個(gè)物質(zhì)家族，物質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律與認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的視角是重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。

教學(xué)實(shí)施的過(guò)程中要將核心內(nèi)容具體化到相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)中，明確各個(gè)任務(wù)承載的教學(xué)目的與功能，建立任務(wù)之間的邏輯關(guān)系。本節(jié)課中由任務(wù)一（制備CuSO4）提煉兩種轉(zhuǎn)化路徑。在任務(wù)二中應(yīng)用轉(zhuǎn)化路徑，通過(guò)Na2S的轉(zhuǎn)化認(rèn)識(shí)其性質(zhì)，構(gòu)建“物質(zhì)類別”和“元素價(jià)態(tài)”這兩個(gè)認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的視角，形成價(jià)-類二維圖表征轉(zhuǎn)化關(guān)系。最后，在任務(wù)三中，引導(dǎo)學(xué)生利用前面學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)化路徑與認(rèn)識(shí)物質(zhì)的視角，預(yù)測(cè)Na2SO3的性質(zhì)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，達(dá)成性質(zhì)與轉(zhuǎn)化的融合。

2.基于物質(zhì)轉(zhuǎn)化構(gòu)建價(jià)-類二維圖

價(jià)-類二維認(rèn)知模型是高中學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)的重要方式之一。［5］價(jià)-類二維圖的兩個(gè)維度分別是“物質(zhì)類別”與“元素價(jià)態(tài)”，其中蘊(yùn)含著“分類的方法”和“研究物質(zhì)性質(zhì)的思想與方法”，這些都可以幫助學(xué)生建構(gòu)一個(gè)系統(tǒng)、有序的轉(zhuǎn)化框架。［6］本節(jié)課中利用價(jià)-類二維圖（圖7）呈現(xiàn)了不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化，有Na2SO3到SO2價(jià)態(tài)不變的類別轉(zhuǎn)化，也有Na2S到S、Na2SO4的相鄰價(jià)態(tài)、跨價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化，清楚地展現(xiàn)了物質(zhì)轉(zhuǎn)化的脈絡(luò)，有助于幫助學(xué)生明晰物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化關(guān)系。

基于轉(zhuǎn)化框架與轉(zhuǎn)化關(guān)系，學(xué)生不僅可以有效梳理已學(xué)過(guò)的化學(xué)反應(yīng)，也可以推理出許多“應(yīng)然”的結(jié)果，得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)后可轉(zhuǎn)化為“實(shí)然”的結(jié)果。

認(rèn)識(shí)模型不能當(dāng)作純知識(shí)傳授，而是要依靠諸多任務(wù)情境逐步建構(gòu)而成。教學(xué)中可通過(guò)設(shè)置陌生的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，尋找轉(zhuǎn)化路徑，確定轉(zhuǎn)化關(guān)系，如此學(xué)生才可真正體會(huì)價(jià)-類二維圖于元素化合物學(xué)習(xí)的真正意義。