化學教學中的幾個疑難探討

張志輝

(江蘇省常州高級中學 江蘇常州 213003)

化學教學中的幾個疑難探討

張志輝

(江蘇省常州高級中學 江蘇常州 213003)

江蘇新課程改革已經歷了一個輪回,大家通過自己的身體力行,發揮自己的聰明才智,對新課程有了更深的認識和領會。新課程強調“從學生的實際出發,促進每個學生的發展”,鑒于此,教材在編排上很注重學生能力的培養,開放性和探究性的內容比較多,再加上現在的學生思維很活,會問你很多的為什么,這許多為什么有很多是出乎教師意料的,甚至有些是教師自己都不知道的。而這些疑惑在實踐過程中是不可避免的。面對這些疑難,我們怎么辦？聽之任之是不行的,因為這樣一些問題中有很多是非常好的課堂動態生成資源,我們積極地正確地解決對學生的學習、教師的成長通常會收到很好的效果。以下試舉我們在教學實踐中遇到的諸多問題中的幾例和大家共同探討。

【疑難1】

蘇教版《化學1》（王祖浩主編）專題2“從海水中獲得的化學物質”,第一單元“氯、溴、碘及其化合物”中遇到這樣一道題目：氯氣通入淀粉碘化鉀溶液會看到什么現象？繼續通氯氣溶液會有怎樣的現象？為什么？

這道題目看上去很簡單,大家都很容易得出答案：首先看到溶液變藍,是因為發生了如下反應：生成的碘單質使淀粉變藍；通入過量氯氣時,氯氣與碘分子發生反應：碘單質不斷消耗,溶液的藍色不斷變淺,直至消失。

問題來了：碘為什么能使淀粉變藍？淀粉遇碘都變藍嗎？那顯色原理是什么？為什么我們實際做實驗時發現淀粉溶液的藍色中略帶紫色？等等。

對于這些問題要想模糊回答很容易,但要想深入下去,解釋清楚,是相當不容易的。解決這些問題,我們首先得認識一下淀粉。

淀粉（starch）主要存在于植物的種子和塊根里,谷類中含量較多,大米中約含淀粉80%,小麥中約含70%,土豆中約含20%。淀粉為白色粉末,不溶于水和一般有機溶劑。天然淀粉主要由直鏈淀粉（amylose）和支鏈淀粉（amylopectin）兩部分組成。

直鏈淀粉在淀粉中約占20%,能溶于熱水,又叫可溶性淀粉（solublestarch）或糖淀粉,與碘作用呈藍色。直鏈淀粉的相對分子質量約為32000～160000,相當于200～980個葡萄糖單元依次組成的直鏈高分子化合物。如以小圈表示葡萄糖單元,則直鏈淀粉結構的一部分可表示如下：

支鏈淀粉在淀粉中約占80%,它不溶于熱水,但遇熱水變粘成糊狀,又叫不溶性淀粉（insolublestarch）或膠淀粉,與碘作用呈紫色。淀粉和碘作用呈現藍紫色的反應常用于碘或淀粉的檢驗。支鏈淀粉的相對分子質量約為100000～1000000,相當于600～6000個葡萄糖單元依次組成的支鏈高分子化合物。糯米之所以粘性較大,就是由于含支鏈淀粉較多 （支鏈淀粉的結構如圖所示）。

支鏈淀粉的結構

在稀酸的作用下,淀粉水解生成一系列中間產物,最終生成α-葡萄糖。

糊精（dextrin）是淀粉水解的最初產物,它的分子雖比淀粉小,但仍是多糖,隨著糊精水解分子逐漸變小,它與碘作用分別呈紅色、黃色和無色。

所以由上可知,直鏈淀粉遇碘呈藍色,支鏈淀粉遇碘呈紫紅色,糊精遇碘呈藍紫、紫、橙等顏色。通常的淀粉都是直鏈淀粉和支鏈淀粉的混合物,所以實際實驗時會看到藍色溶液中略帶紫色。

那顯色原理是什么呢？以前認為是淀粉吸附碘,使碘吸收的光的波長向短的方向移動,棕色的碘液就變成藍色。近年來通過先進的分析技術證明主要是由于生成包合物的緣故。直鏈淀粉是由α-葡萄糖分子縮合而成螺旋狀的長長的螺旋體,這個螺旋狀圓柱剛好容納碘鉆入并吸附成包合物。實質是碘分子（或I3-）與葡萄糖單元暴露在螺旋外的羥基作用,一個碘分子（或I3-）與6個葡萄糖單元配合,使碘嵌入螺旋體的軸心位置。

形成包合物的顏色為何不同呢？那是與淀粉的聚合度或相對分子質量有關。在一定的聚合度或相對分子質量范圍內,顏色隨聚合度的增加按無色-橙色-淡紅-紫色-藍色變化。例如直鏈淀粉的聚合度是200～980。包合物顏色是藍色；支鏈淀粉在支鏈上的直鏈平均聚合度20～80,包合物顏色是紫色的。糊精的聚合度更低,顯棕紅色、紅色、淡紅色等。見下表：

葡萄糖單元的聚合度 3.8 7.4 12.918.320.2 29.3 34.7包合物顏色 無色 淡紅 紅 棕紅紫色藍紫色藍色

【疑難2】

蘇教版《化學1》（王祖浩主編）專題2“從海水中獲得的化學物質”,第二單元“鈉、鎂及其化合物”中講鎂時,為了引起學生的興趣,就請幾位同學做了一個初中做過的實驗——鎂條燃燒,同學們很興奮。突然有同學冒了一句：“老師,鎂條燒完后的黑色物質是什么？”我一愣,這個不知做了多少次有著同樣現象的實驗,對這樣一個問題從不覺得是個問題,我還沒說,周邊不少同學就說開了：“碳唄,鎂和二氧化碳反應生成的,空氣中有二氧化碳呀,沒預習。”我笑了,因為我也是這樣的看法。“老師,那氮化鎂什么顏色？”那位同學又問道,“其實我從初中開始就一直思考這個問題,我覺得空氣中氮氣更多呀？”教室里安靜了,我也啞口了,這個我真的不知道,我坦白說到：“這個老師不知道,課后我們一起查閱資料,一起解決”。

課后,查閱資料,眾說紛紜,終于在人民教育出版社的論壇的同名帖子上看到了一個我比較信服的答案,原文如下：氮化鎂（Mg3N2）的顏色：黃綠色或棕黃色——《無機化學叢書》；黃色或黃綠色——WebElements.com；黃色或黃綠色——Answer.com；黃綠色——《蘭氏化學手冊》；黃色——《CRC Handbook of Chemistry and Physics》。去年寒假帶學生到南京參加化學競賽培訓,抽空到南京大學的同學那邊聚會時,也問了他這個問題,在他的實驗室里我們查閱了上述資料中的三本書：《無機化學叢書》、《蘭氏化學手冊》、《CRCHandbookofChemistryandPhysics》,結果一致。因為實驗條件允許,隨之又順勢做了這個實驗,結果現象一致：黃色。那黑色物質到底是什么呢？利用他的數據庫,查閱了不少資料,在看了“輕燒鎂、重燒鎂、電熔鎂中氧化鎂晶體結構的xRD分析”一文后,大受啟發：原來這三種鎂的氧化物結構相同,區別僅在于組成氧化鎂晶粒的嵌鑲塊尺寸大小不同,氧化鎂晶粒形成與煅燒溫度之間的有著密切關系。那我們看到的黑色物質是不是也是氧化鎂,只不過是顆粒大小的問題呢？這是不是就類似于鐵塊和鐵粉,銀塊和銀粉,因為顆粒大小不同對光的吸收不同的情況。于是我們翻閱了《固體光譜學》、《波譜學》以及《光譜分析與色譜分析》一系列書籍,從而得到了證實,總結如下：我們看到各種顏色都是由可見光引起的,可見光在物理學上是一種電磁波,只有在0.38微米到0.78微米波長之間的電磁波,才能引起人們的色彩視覺感受。

圖1 光譜圖

不同物體反射不同色光的反射率不同,我們看到草是綠的是因為草反射綠色的能力最強。黑色物體則是因為它吸收了幾乎所有頻率的光,沒有光反射時我們看到的就是黑色。當白光照射到不透明的物體表面時,一部分波長的光被物體吸收,一部分波長的光被反射出來。不同波長的光有不同的顏色,被反射的光波是什么顏色的,物體就是什么顏色。如三氧化二鉻反射綠光,它就是綠色的；硫磺反射黃光,看上去就是黃色的。若物體將全部波長的光都吸收,它就是黑色的,若全部都反射,則為白色。

當任何固體被細分到小于光波波長的尺寸時,即失去了原有的顏色和光澤而呈黑色。事實上,所有的固體在超微顆粒狀態都呈現為黑色。尺寸越小,顏色愈黑,銀白色的鉑（白金）變成鉑黑,黃金變成黑色,鐵粉變成黑色,白色的氧化鎂變成黑色。

【疑難3】

蘇教版《化學1》（王祖浩主編）專題3“從礦物到基礎材料”第一單元“從鋁土礦到鋁合金”中遇到這樣兩個問題：1.從鋁土礦制備鋁的工藝流程中,鋁土礦加NaOH溶液溶解后過濾所得的殘渣是什么？2.Al（OH）3為什么具有兩性？

對于問題1：很多人很迷惑,對此不是很了解,其實殘渣是復雜的硅酸鹽的沉淀。具體涉及的反應方程式如下：

所以通過這種方法部分鋁會損失掉。

對于問題2：也許很多人會覺得好笑,這還是問題嗎？都知道的。但我不覺得,一次去聽課,那位老師解釋來解釋去就是這樣一句話：因為它既能與酸反應生成鹽和水又能和堿反應生成鹽和水,能酸式電離出H+也能堿式電離出OH-,即兩性的含義。那么Al（OH）3為什么既可以電離出H+又可以電離出OH-呢？恐怕也不是每位同志都能解釋清楚的吧？

其實無論是氫氧化物還是含氧酸及其鹽,都含有R-O-H的結構,該物質顯酸性還是顯堿性主要取決于它們在水溶液中斷鍵的位置。若O-H鍵斷,則產生H+,顯酸性；若R-O鍵斷,則產生OH-,顯堿性。而斷鍵的位置取決于O-H及R-O鍵中H和R對O的吸引能力,當兩者對O的吸引力相當時,R-O-H既可以呈酸式電離,又可以呈堿式電離。而R對O的吸引能力又取決于它的離子半徑的大小和所帶電荷的多少,通過元素周期表,我們知道,鋁離子的離子半徑和電荷數均介于Mg和Si之間,所以它在水中既可以發生與H2SiO3類似的酸式電離,又可以發生與Mg（OH）2類似的堿式電離。Al（OH）3的酸式電離和堿式電離為：

當Al（OH）3與強酸反應時,將促進Al（OH）3電離生成OH-,即發生堿式電離,生成鋁鹽；當Al（OH）3與強堿反應時,將促進Al（OH）3電離生成H+,即發生酸式電離,生成偏鋁酸鹽。

課后反思及啟示

課堂上隨時可能都有學生提出的一些意外問題,這些問題可能是教師備課時始料未及的,學生能提出這種問題時,說明學生思維處于激發狀態,若教師此時不能回答而隨便敷衍,很可能抑制扼殺學生創新思維,然而這種情況在教學中經常遇到的,所以若教師能放下“師道尊嚴”,虛心承認自己不足,反而讓學生尊重你的誠實。如果課后經過你的反思和查閱資料解決了,學生會佩服你、信任你。另外最重要的是激發了他們的學習化學的興趣,因為他們覺得他提出的問題老師都不懂,很有成就感,更有學習的動力。同時教師在學生的促進下教學水平也會得到提高,也就是所謂的“教學相長”。

[1] 曾昭瓊.有機化學基礎[M].北京:高等教育出版社, 1993

[2] 王祖浩.高中化學教學參考書·必修1[M].南京:江蘇教育出版社,2005

[3] http://bbs.pep.com.cn/thread-237825-1-1.html

[4] 孔平等.輕燒鎂、重燒鎂、電熔鎂中氧化鎂晶體結構的XRD分析 [J].中國非金屬礦工業導刊,2004, (01)

[5] 方容.固體光譜學[M].北京:中國科學技術出版社, 2001

[6] 張漢輝.波譜學.廈門:廈門大學出版社,1998.6

[7] 王彥吉.光譜分析與色譜分析,北京:北京大學出版社,1995.12

[8] 北京師范大學等無機化學教研室.無機化學[M].北京:高等教育出版社,2002

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