有意義學(xué)習(xí)在元素化合物一輪復(fù)習(xí)中的應(yīng)用

高靜 史盼

摘? ?要：在一輪復(fù)習(xí)中采用有意義學(xué)習(xí)方式，利用中學(xué)化學(xué)后期建立的化學(xué)思想，重建元素化合物知識體系，并將學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中后期建立的化學(xué)思想與前期學(xué)習(xí)的元素化合物知識建立起實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系，即用化學(xué)思想對元素化合物知識加以同化，可以打破學(xué)生對元素化合物 “多、繁、散”的初印象，提高其學(xué)習(xí)熱情，并深化知識體系，塑造高效復(fù)習(xí)模式。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);元素化合物;化學(xué)平衡;價類轉(zhuǎn)化

中圖分類號：G633.8? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1009-010X（2023）26-0047-05

奧蘇貝爾根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)者原有知識間的關(guān)系將學(xué)習(xí)分為機(jī)械學(xué)習(xí)和有意義學(xué)習(xí)。機(jī)械學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)內(nèi)容與原有知識沒有建立實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系，通常采用死記硬背的方式進(jìn)行;有意義學(xué)習(xí)是將學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的觀念與現(xiàn)有學(xué)習(xí)內(nèi)容建立起實(shí)質(zhì)性的、有意義的聯(lián)系，可使學(xué)生充分認(rèn)識知識本身的邏輯意義。

元素化合物是高中化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和前提，是高考化學(xué)中的必考內(nèi)容。該內(nèi)容的突出特點(diǎn)是化學(xué)方程式多、知識點(diǎn)多且散、內(nèi)容繁鎖、難記易忘。高一學(xué)生首先學(xué)習(xí)的是元素化合物的性質(zhì)及應(yīng)用，但因化學(xué)知識儲備少，很多內(nèi)容只是通過簡單的死記硬背進(jìn)行機(jī)械學(xué)習(xí)，并沒有理解知識本身的邏輯意義。因此在一輪復(fù)習(xí)中，如果采用傳統(tǒng)“構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)”的復(fù)習(xí)方法進(jìn)行知識重復(fù)、再現(xiàn)，只能使學(xué)生停留在“方程式多、知識點(diǎn)多、內(nèi)容多”的初印象中，如此會減弱學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低復(fù)習(xí)效率。

那么怎樣高效復(fù)習(xí)元素化合物知識呢？筆者認(rèn)為應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生自主開展有意義學(xué)習(xí)，尤其是充分運(yùn)用元素周期律、化學(xué)反應(yīng)原理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等后期學(xué)習(xí)中建立的化學(xué)思想，對元素化合物知識加以同化，如此可重建元素化合物知識體系。同時還可利用學(xué)生在后期學(xué)習(xí)中已經(jīng)建立的化學(xué)思想，來解釋曾經(jīng)不理解的、易出錯的內(nèi)容。即運(yùn)用已建立的思維方法，打破初印象，使學(xué)生對這一部分內(nèi)容進(jìn)行再認(rèn)知、再梳理、再深化。只有這樣才能使學(xué)生充分理解知識本身的邏輯意義，并能靈活應(yīng)對新情境下的陌生元素及其化合物性質(zhì)探究題型，如此既可進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的化學(xué)思想，又可轉(zhuǎn)變學(xué)生的復(fù)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高其復(fù)習(xí)效率。在教學(xué)過程中，筆者探索并實(shí)施了族的思想、平衡的思想、轉(zhuǎn)化的思想等在元素化合物復(fù)習(xí)中的同化與滲透。

一、族的思想

元素化合物的學(xué)習(xí)范圍主要在短周期，重點(diǎn)學(xué)習(xí)了短周期典型元素化合物的主干知識、重點(diǎn)物質(zhì)。而在近幾年高考中，化學(xué)試題的考查范圍不再拘泥于短周期，而是拓展到主族長周期。因此，強(qiáng)化元素周期律族的思想，用同族元素的相似性、遞變性強(qiáng)化復(fù)習(xí)元素化合物內(nèi)容，可加深學(xué)生對知識理解的深度。

高考真題1【2021·廣東卷，T18（5）】高純AlAs（砷化鋁）可用于芯片制造。芯片制造中的一種刻蝕過程如圖1所示，圖中所示致密保護(hù)膜為一種氧化物，可阻止H2O2刻蝕液與下層GaAs（砷化鎵）反應(yīng)。

已知：Ga和Al同族，As和N同族。在H2O2與上層GaAs的反應(yīng)中，As元素的化合價變?yōu)?5價，則該反應(yīng)的氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為? ? ? ? ? ? ?。

解題思路：Ga和Al同族，As和N同族，因此GaAs中Ga顯+3價（最高價）As顯-3價。在H2O2與上層GaAs的反應(yīng)中，As的化合價變?yōu)?5價，化合價升高，失8e-，被氧化;H2O2中的O元素為-1價，被還原為-2價，每個H2O2分子參加反應(yīng)會得2e-。根據(jù)得失電子守恒規(guī)律可求得氧化劑H2O2與還原劑GaAs物質(zhì)的量之比為8：2=4：1

該高考真題考查了元素化合物知識，針對Ga、As長周期、非重點(diǎn)、陌生物質(zhì)進(jìn)行設(shè)問。在考場上，學(xué)生遇到此類題型時，往往手足無措、沒有頭緒，甚至情緒緊張、難以做答。如果復(fù)習(xí)元素化合物時，強(qiáng)化同族元素的相似性、遞變性規(guī)律，并運(yùn)用類比的思想將陌生元素轉(zhuǎn)化為學(xué)生熟悉的元素，即將陌生物質(zhì)熟悉化，可幫助學(xué)生快速理清解題思路，降低解題難度。

類比思想是一種面對新知識感到陌生時，積極搜索新知與舊知相似性而采取的試探性解決問題的策略，是根據(jù)兩種事物在某些特性上的相似性，推理出兩者在另一些特性上可能相似的思維方式。在類比中聯(lián)想，在聯(lián)想中辨識，既含模仿又含創(chuàng)新，可升華學(xué)生的思維層次。類比的關(guān)鍵是要找到新舊問題間的可比點(diǎn)，即有一定的相似性。同族元素性質(zhì)的相似性和遞變性主要體現(xiàn)在：同主族元素價電子數(shù)相同，化學(xué)性質(zhì)相似;原子半徑不同，化學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)遞變性。利用這一思想解題，可以突破元素化合物中陌生物質(zhì)性質(zhì)的考查。其性質(zhì)主要包含元素化合價、金屬單質(zhì)還原性、金屬元素最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性、非金屬單質(zhì)氧化性、非金屬元素最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性、氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性和還原性等。

二、平衡的思想

化學(xué)平衡是在化學(xué)反應(yīng)原理中建立的重要思想。學(xué)生在學(xué)習(xí)必修一時尚未學(xué)習(xí)化學(xué)平衡，所以留下了很多難點(diǎn)、易錯點(diǎn)，用平衡的思想復(fù)習(xí)元素化合物就可以輕松將其消除。

（一）氣體除雜試劑的選擇

氣體除雜試劑既要能除去雜質(zhì)，又要能避免氣體本身的溶解。例如選擇除去Cl2中的HCl試劑時，學(xué)生容易出現(xiàn)兩個錯誤：一是易混淆碳酸氫鈉和食鹽水，二是不寫“飽和”二字。出現(xiàn)以上問題的原因是因?yàn)樵诔踔谢瘜W(xué)學(xué)習(xí)CO2的制備時，很多學(xué)生?？克烙浻脖硨ⅰ坝蔑柡吞妓釟溻c除雜”記住，而在學(xué)習(xí)氯氣制備時仍沿用“背”的方法，從而混淆了兩個知識點(diǎn)。這時用化學(xué)平衡的思想進(jìn)行再梳理、再認(rèn)知可以使學(xué)生破除這些混淆點(diǎn)。如除去Cl2中的HCl時，因HCl極易溶于水，因此選用合適的水溶液除去。而選“飽和食鹽水”的原因是因?yàn)槿芤褐写嬖谄胶猓篊l2+H2O?H++Cl-+HClO，增大Cl-濃度可抑制平衡正移，強(qiáng)調(diào) “飽和”是將Cl-濃度最大化，以促進(jìn)平衡逆移，抑制Cl2的溶解。以此類推，CO2、SO2、H2S等酸性氣體在溶液中也存在溶解平衡和電離平衡，這時明確溶液中存在的平衡，增大溶液中某種離子的濃度就能夠抑制電離，減少溶解，由此其除雜試劑的選擇問題就可以迎刃而解。具體見表1。

（二）物質(zhì)制備的反應(yīng)原理

在化學(xué)反應(yīng)中，常用氧化還原反應(yīng)原理和復(fù)分解反應(yīng)原理來制備物質(zhì)，但有些物質(zhì)并不符合這些規(guī)律，而是通過控制反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)“反向”制備。如鉀是通過熔融狀態(tài)的鈉和氯化鉀反應(yīng)制得，而還原性鉀強(qiáng)于鈉，由此可見該反應(yīng)并不符合氧化還原反應(yīng)中由強(qiáng)制弱的規(guī)律。這時用平衡的思想解釋就非常容易理解：鉀的熔點(diǎn)低于鈉，易揮發(fā)，氣化后使平衡正向移動，從而制得鉀。同理，“反向”制備的物質(zhì)總結(jié)如表2。

（三）物質(zhì)成分分析

元素化合物中物質(zhì)的性質(zhì)及其應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容記憶量較大，我們用平衡的思想進(jìn)行成分分析，由成分再推理其性質(zhì)和應(yīng)用，就會使思維更加順暢。例如，氯水的成分決定了氯水的性質(zhì)，氯水中存在如下平衡：Cl2+H2O?H++Cl-+HClO、HClO?H++ClO-、H2O?H++OH-。在可逆反應(yīng)中，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化，溶于水的Cl2只有少量與水反應(yīng)，仍有大量Cl2存在。故氯水中存在：Cl2、H2O、H+、Cl-、HClO、OH-（少量），這就導(dǎo)致了氯水性質(zhì)的多樣性，不同的成分決定了氯水具有不同的性質(zhì)，如表3所示。

同理，氨水中存在平衡：NH3+H2O?NH3·H2O?NH4++OH-、H2O?H++OH-。氨水中存在：NH3、H2O、NH3·H2O、NH4+、OH-、H+（少量），這決定了氨水的性質(zhì)如表4所示。

（四）化學(xué)反應(yīng)的原理分析

金屬鋁既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)，與非氧化性酸反應(yīng)時生成鋁鹽和氫氣，這符合金屬的通性;與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)同樣生成氫氣，這一反應(yīng)學(xué)生通常不能理解，一般靠死記硬背熟知。若從平衡的角度分析，問題就迎刃而解了。鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)可分為為如下兩個過程：①2Al+6H2O?2Al（OH）3+3H2↑②Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O。反應(yīng)①中金屬鋁與水的反應(yīng)困難，但在NaOH溶液中發(fā)生了反應(yīng)②，Al（OH）3溶解生成NaAlO2，導(dǎo)致反應(yīng)①平衡正向移動，進(jìn)而生成H2。

氫氧化鋁既能溶于酸又能溶于堿，因此可以從化學(xué)平衡的角度分析。氫氧化鋁存在電離平衡：Al3++3OH-?Al（OH）3?H++AlO2-+H2O。在堿性環(huán)境中，OH-消耗H+， H+濃度減小，平衡正向移動，沉淀溶解，轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鹽;在酸性條件中，H+消耗OH-，OH-濃度減小，平衡逆向移動，沉淀溶解，轉(zhuǎn)化為鋁鹽。

這樣，我們就將陌生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為熟知的反應(yīng)：金屬與水、酸與堿的反應(yīng)，利用平衡移動的原理梳理了思維過程。

三、價—類轉(zhuǎn)化的思想

化學(xué)方程式是物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要表達(dá)形式，元素化合物中的化學(xué)方程式繁多。這時用價—類轉(zhuǎn)化的思想對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行再梳理，可使學(xué)生放棄死記硬背，拋棄繁瑣的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)圖。

（一）建立價—類的思想

價—類轉(zhuǎn)化的思想是指從物質(zhì)類別和化合價兩個角度分析物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化方式。相同價態(tài)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，主要從物質(zhì)的通性著手分析，從氫化物、單質(zhì)、氧化物、酸、堿和鹽等物質(zhì)的通性角度進(jìn)行遷移;不同價態(tài)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，則從氧化還原反應(yīng)的角度進(jìn)行具體分析。學(xué)生可以通過繪制價—類二維圖加深理解，如含硫化合物和含氮化合物價態(tài)多，物質(zhì)種類多，價—類二維圖（如圖2、圖3所示）可以幫助學(xué)生有邏輯地理解兩種元素不能進(jìn)行物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。

（二）價—類反應(yīng)的競爭

針對某一具體反應(yīng)，可能存在價與類兩種反應(yīng)的競爭，筆者認(rèn)為教師應(yīng)從價—類兩個角度進(jìn)行引導(dǎo)。例如，H2S與濃硫酸的反應(yīng)，從物質(zhì)類別的角度分析兩者均屬于酸;從氧化還原的角度分析，H2S中硫元素處于最低價態(tài)具有還原性，濃硫酸中硫元素處于最高價態(tài)具有氧化性，所以二者易發(fā)生氧化還原反應(yīng)。然而同樣處于氮元素最低價態(tài)的NH3與最高價態(tài)的濃硝酸常溫卻不易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而是直接生成硝酸銨，這是由于物質(zhì)類別的不同，NH3屬于堿，易與濃硝酸發(fā)生非氧化還原反應(yīng)。那么，氨氣和濃硝酸不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)嗎？當(dāng)然，從價態(tài)角度分析，二者也有這個反應(yīng)趨勢。事實(shí)上，改變外界條件，升高溫度，兩者也能發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，生成復(fù)雜的產(chǎn)物，只是常溫下兩者更易發(fā)生化合反應(yīng)。由此可見，建立價—類的思想是我們分析物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，在一定條件下，物質(zhì)轉(zhuǎn)化總是趨向更易發(fā)生反應(yīng)的方向進(jìn)行。

（三）價—類反應(yīng)的共存

在書寫化學(xué)方程式時，反應(yīng)物的量往往影響著產(chǎn)物的種類，例如少量二氧化碳通入澄清石灰水產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，過量生成碳酸氫鈣，這是不同類別物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化;少量氯氣通入碘化亞鐵溶液中，還原性強(qiáng)的碘離子被氧化，過量時亞鐵離子和碘離子都被氧化，這是不同價態(tài)物質(zhì)間的氧化還原反應(yīng)。過于強(qiáng)調(diào)價—類反應(yīng)的區(qū)別，易使學(xué)生形成思維定勢，僅從化態(tài)（氧化還原反應(yīng)）或物質(zhì)類別（非氧化還原反應(yīng)）中的一個角度進(jìn)行分析，忽視了價—類反應(yīng)可能會共存的可能，從而出現(xiàn)一些問題。

高考真題2【2020·全國卷Ⅲ，11（A）】用Na2SO3溶液吸收少量Cl2：3SO32-+Cl2+H2O=2HSO3-+2Cl-+SO42-。

學(xué)生易寫為：SO32-+Cl2+H2O=2H++2Cl-+SO42-。這正是由于學(xué)生只看到了價態(tài)的變化，忽視了產(chǎn)物H+可與過量的Na2SO3發(fā)生非氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的。

類似問題有用Ca（ClO）2溶液吸收少量SO2：Ca2++3ClO-+SO2+H2O=CaSO4+Cl-+2HClO;向NaClO溶液中加入少量FeSO4溶液：2Fe2+5HClO-+5H2O=2Fe（OH）3+Cl-+4HClO。

價—類的思想是物質(zhì)轉(zhuǎn)化分析的基礎(chǔ)，有效利用這一思想，不僅能幫助學(xué)生系統(tǒng)理解、記憶多價態(tài)元素化合物之間的轉(zhuǎn)化，又能科學(xué)分析化學(xué)反應(yīng)中氧化還原反應(yīng)與非氧化還原反應(yīng)的競爭和共存。

為落實(shí)高中化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，高考考題趨向于以解決真實(shí)情境下的問題為背景設(shè)題，這就要求學(xué)生能夠?qū)⒄鎸?shí)情境問題抽象簡化為熟知的化學(xué)問題，然后再進(jìn)行有效整合、遷移與應(yīng)用，以突破新情境下陌生物質(zhì)的性質(zhì)探究。必修教材中元素化合物的知識是基礎(chǔ)，典型代表物的基本性質(zhì)及反應(yīng)仍是學(xué)生需要熟練掌握的，但要將典型物質(zhì)遷移到新情境下的陌生物質(zhì)，這時簡單采用復(fù)習(xí)、記憶、鞏固的方法是不行的，需要學(xué)生用已建立的化學(xué)思想將典型物質(zhì)的性質(zhì)及變化貫穿起來，在化學(xué)知識的學(xué)習(xí)中建立化學(xué)思想，用已建立的化學(xué)思想復(fù)習(xí)鞏固化學(xué)知識，以充分掌握知識本身的邏輯意義，才能將典型物質(zhì)系統(tǒng)化、條理化，將學(xué)過的典型物質(zhì)有效地遷移到陌生物質(zhì)中，如此可突破真實(shí)情境下的問題解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳? ?璐.類比法在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[D].福建師范大學(xué)，2016：31～37.