基于新教材對(duì)SO2的綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

羅琳

【摘要】通過分析現(xiàn)有教材（舊教材和2019版新教材）中硫及其化合物的相關(guān)敘述，遵循實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、可行性、安全性原則對(duì)SO2的制備和性質(zhì)檢驗(yàn)進(jìn)行綠色化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探究，激起學(xué)生對(duì)嘗試實(shí)驗(yàn)的興趣，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

【關(guān)鍵詞】新教材;綠色探究;含硫物質(zhì);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、探究緣起

在舊教材中，把非金屬元素硫放在必修一第四章第四節(jié)，對(duì)比2019版新教材，該部分內(nèi)容放置在必修二第五章進(jìn)行學(xué)習(xí)。此時(shí)，學(xué)生已學(xué)習(xí)過“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與元素周期律”和典型非金屬元素氯，獲得一定的元素化合物的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)學(xué)習(xí)“硫及其化合物”起到強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確提出五大化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。在現(xiàn)行2019版人教版新教材中（以下簡稱“新教材”），“化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素”章節(jié)中突出元素價(jià)態(tài)視角，突出物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化，強(qiáng)調(diào)變化觀念，體現(xiàn)轉(zhuǎn)化價(jià)值。那么，就更需要對(duì)此進(jìn)行分析而優(yōu)化教學(xué)，以便符合新教材、新課標(biāo)的要求。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)

（一）分析引導(dǎo)，理清思路

舊教材偏重知識(shí)點(diǎn)小結(jié)，而新教材側(cè)重方法及認(rèn)識(shí)視角的指導(dǎo)、觀念的培養(yǎng)，具有通用性，適用于硫及其化合物的歸納總結(jié)，有利于學(xué)生按照所學(xué)內(nèi)容自主構(gòu)成知識(shí)框架。

硫是一種主要的非金屬元素，正文引言側(cè)重引導(dǎo)學(xué)生從硫元素在元素周期表中的位置及原子結(jié)構(gòu)（如圖1）入手，分析和預(yù)測(cè)主要性質(zhì)，突出研究元素化合物的基本方法，是位—構(gòu)—性關(guān)系模型（如圖2）的應(yīng)用。

借助SO2與水的反應(yīng)介紹正反應(yīng)、逆反應(yīng)及可逆反應(yīng)的定義，并正式解釋概念，而舊教材的處理則是在反應(yīng)限度一節(jié)才介紹正逆反應(yīng)。這樣處理，學(xué)生可以在硫元素的學(xué)習(xí)中構(gòu)建清晰概念，避免模糊認(rèn)識(shí)，并且能在后續(xù)氨與水的反應(yīng)中運(yùn)用可逆反應(yīng)模型，同時(shí)也為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)限度搭建知識(shí)臺(tái)階。同時(shí)，以資料卡片的形式增加SO2作為食品添加劑的用途介紹，讓學(xué)生辯證看待SO2，感受化學(xué)價(jià)值。

在新教材中“用硫黃或其它含硫礦物”“用回收金屬冶煉產(chǎn)生的SO2”兩種方法來介紹工業(yè)上生產(chǎn)硫酸。這樣不僅幫助學(xué)生形成合理利用資源、優(yōu)化生產(chǎn)等節(jié)能環(huán)保意識(shí)，并在此過程中讓學(xué)生初步形成不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化的初認(rèn)識(shí)。

相比舊教材，新教材點(diǎn)明濃硫酸具有“很強(qiáng)的氧化性，能氧化大多數(shù)金屬單質(zhì)”。如圖3所示，保留“Cu與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)”，其方程式為：Cu△ + 2H2SO4（濃） == CuSO4 + SO2↑ + 2H2O，增加石蕊溶液可驗(yàn)證SO2為酸性氧化物和浸有NaOH溶液的棉團(tuán)作為尾氣處理裝置，提高了學(xué)生的安全意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度。同時(shí)，新教材巧妙地在SO2的漂白實(shí)驗(yàn)之前提出其還原性和氧化性。但是，學(xué)生在學(xué)習(xí)該實(shí)驗(yàn)之后，并沒有很好處理SO2與濃硫酸的聯(lián)系，導(dǎo)致知識(shí)紊亂與零散，不利于學(xué)生自主搭建知識(shí)框架。所以，可在新教材的基礎(chǔ)上，對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。

（二）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，探索教學(xué)

1.實(shí)驗(yàn)原理：

①制備：Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2↑ + H2O

②檢驗(yàn)氧化性：2Na2S + 3SO2 = 2Na2SO3 + 3S↓

③檢驗(yàn)還原性：2KMnO4 + 5SO2? + 2H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4

④檢驗(yàn)二氧化硫水溶液的酸性：SO2? + H2O = H2SO3

⑤檢驗(yàn)漂白性：品紅溶液褪色，加熱之后恢復(fù)紅色

⑥尾氣吸收：SO2? + 2NaOH = Na2SO3? + 2H2O

2.制作材料

（1）儀器：①生活中常見到：雙面膠、帶針頭的注射器、紙槽、打火機(jī)②實(shí)驗(yàn)室常用到：鐵架臺(tái)（有可能用到）、酒精燈、藥匙、細(xì)玻璃導(dǎo)管、小玻璃管、具支U型管、試管夾、2個(gè)打孔的橡膠塞、3支膠頭滴管、2個(gè)干凈的空燒杯。

（2）試劑：Na2SO3粉末、70%的濃H2SO4溶液、飽和Na2S溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH濃溶液、紫色石蕊試液、品紅溶液、酚酞試液、醫(yī)用脫脂棉。所有材料見圖4A。

3.制作方法

（1）把具支U形管的一側(cè)內(nèi)壁、小玻璃管的外側(cè)粘上一小節(jié)的雙面膠。再把小玻璃管粘在具支U型管粘有雙面膠的內(nèi)壁上，完成發(fā)生裝置的初步組建。

（2）對(duì)2個(gè)橡膠塞進(jìn)行打孔，孔徑與細(xì)玻璃管的大小相等，孔長不穿過橡膠塞。將帶有針頭的塑料注射器和玻璃注射器瞄準(zhǔn)孔位插進(jìn)橡膠塞。將小玻璃管插入已插好注射器的橡膠塞，小玻璃管的長度比具支U型管的稍短（如圖4B所示）。將2個(gè)橡膠塞塞到具支U型管的兩頭，完成儀器的組裝。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

本節(jié)課主要是和學(xué)生一起對(duì)SO2是酸性氧化物，及其漂白性、還原性和氧化性幾個(gè)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

5.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)要點(diǎn)

（1）一體化：該裝置將SO2的制取及酸性、還原性、氧化性、漂白性幾個(gè)性質(zhì)的查驗(yàn)集于一體。

（2）微型化：從Na2CO3與NaHCO3的套管實(shí)驗(yàn)中吸取經(jīng)驗(yàn)，將具支U型管設(shè)置為既是發(fā)生裝置又是檢驗(yàn)性質(zhì)的裝置，更具有直接性、簡便性，從而改變傳統(tǒng)儀器的繁瑣性。注射器的應(yīng)用，改良其它微型實(shí)驗(yàn)不能控制藥品用量的問題，可以隨時(shí)控制反應(yīng)速率。此實(shí)驗(yàn)做到了藥品使用的微量性，使整個(gè)裝置更具有全面性。

（3）綠色化：整個(gè)實(shí)驗(yàn)無論制備還是檢驗(yàn)，均可同時(shí)一次性在全封閉的系統(tǒng)中完成，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，課堂效率極高。反應(yīng)結(jié)束后，向裝置注入NaOH濃溶液進(jìn)行尾氣處理，既無污染又操作便捷、節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)了“綠色化學(xué)”理念。

（4）直觀性：檢驗(yàn)氣體性質(zhì)時(shí)利用直立式的細(xì)玻璃管表面呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，比某些點(diǎn)滴板中檢驗(yàn)的方式更便于觀察。

（5）普適性：在制取Cl2、H2S等也可用此改進(jìn)裝置，也可查驗(yàn)出各類氣體的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)裝置易得易裝，成本低廉，有利于推廣，給學(xué)生留下了拓展遷移、思維創(chuàng)造的空間。

三、教學(xué)分析

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生對(duì)SO2的性質(zhì)有一定的基礎(chǔ)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展奠定基調(diào)。通過探究活動(dòng)將硫的大量事實(shí)性知識(shí)系統(tǒng)化，對(duì)SO2的嘗試實(shí)驗(yàn)可作為載體考查其相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，培育了學(xué)生綠色化學(xué)觀念，增強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手操作技能，提升立異本領(lǐng)和科研素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)的成功不僅給學(xué)生帶來學(xué)習(xí)上的方便性和價(jià)值性，更為學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、環(huán)保意識(shí)添磚加瓦，真正地做到了科學(xué)素養(yǎng)的提高。

嘗試是科學(xué)摸索中最經(jīng)常使用和最主要的手段，在培育學(xué)生動(dòng)手操作能力方面起到舉足輕重的作用。學(xué)生預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，形成認(rèn)識(shí)物質(zhì)的角度及思路的特定模型，從而更好運(yùn)用合適模型解決問題。在試驗(yàn)當(dāng)中，從理論的剖析對(duì)比，再到得出試驗(yàn)方案，是一個(gè)由抽象到詳細(xì)的思慮過程，是頭腦從理性到感性的質(zhì)的奔騰。

同時(shí)，教學(xué)相長。教師在教學(xué)當(dāng)中也感受到和學(xué)生共同學(xué)習(xí)進(jìn)步的歡愉。因此，要多多從生活中尋找資源，讓學(xué)生不再聞“化”色變，讓化學(xué)真正成為學(xué)生心目中有趣而豐富多彩的科學(xué)。

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