常見有機化學教學拓展誤區

周瑤

摘要：有機化學在高中化學課程中的地位毋庸置疑，文章就必修階段的甲烷取代反應、乙烯加成反應和乙酸乙醇的酯化反應進行分析，討論了在進行課本知識拓展和習題改編時可能出現的科學性錯誤，并對新版教材內容提出了一些建議。

關鍵詞：有機化學；高中化學教材；教學拓展

文章編號：1008-0546（2022）01-0033-03中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.01.008

2017年高中化學進行了新課標修訂，為有機化學單獨設置了一個主題——“簡單的有機化合物及其應用”，可見有機化學在必修階段的地位有了提升。現有文獻就必修階段有機化學教學的實施建議中較多地關注了難度、深廣度和教學銜接等方面，但較少關注實際教學中存在的科學性問題。例如：教師為幫助學生遷移應用基礎知識而改編課本素材和習題時，會出現為提升難度而偏離化學核心素養的情況，甚至會出現科學性錯誤。本研究以化學必修二的第三章為研究內容，通過對比2019年人民教育出版社、山東科學技術出版社和江蘇鳳凰教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書（以下分別簡稱“人教版（2019）”[1]、“魯科版（2019）”[2]、“蘇教版（2020）[3]”），總結日常教學中出現的教學爭議，通過查閱資料進行厘清，并對教材內容提出修改建議。

一、甲烷的取代反應

甲烷是高中生系統學習有機化學的第一個有機化合物，甲烷與氯氣的反應是學生接觸到的第一個重要特征反應，承擔著幫助學生形成從特征反應學習有機物的認識角度的重要作用。3個版本教材對該反應的論述的異同見表1。

1.常見教學疑惑點及厘清

（1）教師認定該反應的必需條件是光照，并將光照拓展到生活中的常見光源，如太陽光、白熾燈、日光燈和鎂條燃燒的光等。但文獻研究表明，除了光照，當加熱250℃～400℃以上也能發生該反應[4]。同時光源的選擇不能隨意，有研究者指出最佳光源是太陽光和高壓汞燈。日光燈效率低，白熾燈發出的光能量與鎢絲溫度相關而具備不確定性，鎂條燃燒副產物太多也不適合[5-6]。（2）其他鹵素（氟、溴和碘）是否也可以發生取代反應，條件是否也是光照。高等教材《基礎有機化學第四版》中指出，氟氣因為太活潑，反應激烈難以控制；碘單質和甲烷反應需要的活化能太高，反應難以進行，只有溴單質和烷烴在光照和熱的條件也可以進行[7]。可見，當進行烷烴取代反應素材選取時，采用氯氣和溴單質都可以，但氟氣和碘單質并不合適。（3）定量討論反應物的比例關系，如問“甲烷和氯氣體積比1∶4時，產物只有四氯化碳嗎？”“這個比例對于反應產物有影響嗎？”從反應機理分析，該反應是自由基鏈的連鎖反應，理論上會同時產生四種鹵代烴的混合物。但是通過調控比例可以適當提高不同產物的量，如工業上甲烷和氯氣投料比分別是10∶1和1∶4，可以分別得到一氯甲烷和四氯化碳[8]。但在課堂實驗中，甲烷和氯氣的體積比控制在1∶1～1∶4均可得到較好的實驗效果[9]。

2.教材修改建議

（1）修改教材中甲烷的取代反應方程式，可參考圖1。（2）教師用書中對鹵素的代表物的選擇提出不推薦氟和碘。（3）教師用書中可提出甲烷和氯氣的最佳配比1∶1～1∶4已達到較好的實驗效果，但用來討論產物種類的意義不大，定性關注即可。

二、乙烯的加成反應

乙烯因為π鍵的存在，使得乙烯不同于烷烴而具備了加成反應的性質，這也是有機化學中非常重要的一類反應。三個版本教材中關于該反應的論述異同見表2。

1.常見教學疑惑點及厘清

（1）四氯化碳溶液有毒，能否用溴水溶液進行加成反應。相關文獻指出乙烯與溴屬于親電加成反應，當乙烯通入溴水時，溴單質和水都會參與反應，且主要產物是2-溴乙醇，而1，2-二溴乙烷的產率很低[10]。課本采用溴的四氯化碳溶液主要考慮到四氯化碳是惰性溶劑，不與乙烯反應，只生成1，2-二溴乙烷而更加符合科學性。但從安全性的角度考慮，學生實驗時用溴水代替有毒的四氯化碳溶液觀察褪色現象也有合理性[11]。（2）甲烷取代反應采用的是氯氣，且在一些教輔資料中也出現了乙烯直接和氯氣加成的習題。那加成反應能否也用氯氣？對條件是否有要求？文獻指出工業上雖采用乙烯和氯氣加成制備二氯乙烷的，但是該反應在氣相中選擇性低，為此工業上都是用液相法生產，即以液相二氯乙烷為介質，FeCl3做催化劑[12]?？梢姡葰夂鸵蚁┏貢r也可以反應，只是工業上需在溶劑中進行。

2.教材修改建議

人教版（2019）的表述“在一定條件下，還可以與氯氣、氫氣、氯化氫和水等物質發生加成反應”容易誤導教師，建議在教師用書中對不同反應物的反應條件進行明確。

三、乙酸乙酯的制備

乙酸乙酯實驗是中學階段的重點實驗之一，也是常見的考題內容。3個版本教材對該實驗的表述差異見表3。

1.常見教學疑惑點及厘清

（1）加入沸石或碎瓷片是否是必需操作？人教版的舊版教材中并沒有強調加入碎瓷片。陸海燕等[13]通過對暴沸的情況分析指出，如果酒精燈直接加熱時，加入沸石更科學且符合實驗操作規范。（2）乙醇乙酸用量是否應有要求？從化學平衡角度看，無論是增加乙酸還是乙醇的用量都可以增大反應速率。通常在大規模工業生產中為了節約成本會選擇乙醇過量的方式，但在課堂實驗中該成本可以忽略不計，故較多研究者推測不同醇酸比對實驗效果可能有一定影響。但經過實證發現乙醇過量[14]或者乙酸過量[15]時，乙酸乙酯的分層效果都比較好。（3）試劑的添加順序，郭子亮[16]通過對比不同順序后的實驗效果發現，試劑的順序對實驗效果并沒有明顯影響。但也有研究者基于反應機理中醋酸分子的質子化是該反應的決速步，建議先加冰醋酸，再加濃硫酸和乙醇[15]。（4）加熱方式是否必須是酒精燈直接加熱？通常直接加熱反應時反應速率更快，但溫度升溫太快也容易出現碳化現象，副反應較多。且乙醇和乙酸蒸出較多，導致分層效果不明顯。筆者查閱其他版本教材后發現，滬科版[17]采用的是水浴加熱，如圖2所示。實驗證明，水浴加熱可以避免上述缺點，但反應時間較長[18]。

2.教材修改建議

就試劑添加順序和用量方面，建議避免學生過多關注加料順序和用量，但在教師用書中可以給出具體方案，方便老師演示。

四、結論

綜上所述，筆者認為有機化學的教學在拓展和改編時需要注意以下事項：

（1）氯氣和甲烷取代反應中，光源的選擇上最好是日光。習題中經常為了結合鎂性質考察而使用鎂條燃燒的光會存在較多副產物，不夠嚴謹。素材選取時，氯氣可以換成溴單質，但演示效果不如氯氣好，更加不推薦改為碘單質和氟氣。氯氣和甲烷取代反應不太需要關注定量，因為這四種有機產物都同時存在。

（2）乙烯和溴的加成反應中，素材選取時應當選擇溴的四氯化碳溶液更加科學，而不是溴水。同樣，這里鹵素也可以選用氯氣，但不建議選用碘和氟。

（3）乙酸乙酯實驗中，加入碎瓷片可以作為一個常規操作的考點；乙酸和乙醇的用量情況只需要從平衡移動原理進行討論，具體誰過量的題目設計應該避免；加熱方式可就實驗中出現的碳化現象進行拓展，并引出一些高效的水浴加熱方案；試劑順序只需提及滿足濃硫酸稀釋原理即可；最后關于Na2CO3溶液的選擇，與加熱方式和乙酸的用量有關。

綜上所述，教學和教材息息相關。一方面，課本屬于基礎知識，教師需要進行一定的拓展和補充。但當進行素材替換或內容拓展時要謹慎對待改編的嚴謹性和合理性，以防出現科學性錯誤。另一方面，教材是教師教學的權威參考資料，應該避免出現有誤導性的內容，考慮學生用書篇幅限制，值得師生探究拓展之處可在教師用書進行合理補充。

參考文獻

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心.化學必修第二冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2]王磊冊.化學必修第二冊[M].濟南：山東科學技術出版社，2019.

[3]王祖浩.化學必修下冊[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社， 2020.

[4]邢其毅，裴偉偉等.基礎有機化學上（第4版）[M].北京：北京大學出版社，2016：124.

[5]周存軍.談甲烷與氯氣反應的教學誤區[J].化學教育，2015，36（15）：66-68.

[6]羅鵬.甲烷的取代反應實驗改進[J].化學教與學，2015，（5）：92+78.

[7]邢其毅，裴偉偉等.基礎有機化學上（第4版）[M].北京：北京大學出版社，2016：125-126.

[8]秦川，榮國斌.大學基礎有機化學（第二版）[M].北京：化學工業出版社，2016：53.

[9]劉英杰.甲烷與氯氣取代反應實驗的改進[J].化學教學，2011（1）：42-43.

[10]馬占武，郭燕.對乙烯與溴水反應實驗中“異?！爆F象的實證[J].化學教學，2020（3）：61-64.

[11]喬國才.乙烯與溴的加成反應探討[J].中小學教材教學，2015（1）：55-56.

[12]焦言兵，鄭榮，王莊.液環式壓縮機在乙烯高溫氯化裝置中的應用[J].聚氯乙烯，2017，45（11）：35-37.

[13]陸海燕，江旭峰.制備乙酸乙酯若干問題的實證與教學分析[J].化學教學，2020（5）：87-92.

[14]楊敏，譚慶寧，張欣葵.乙酸乙酯的制備實驗改進[J].中學化學教學參考，2014（18）：47.

[15]楊玉峰.乙酸乙酯制備演示實驗的新設計[J].化學教學，2019（3）：67-68+71.

[16]郭子亮.對乙酸乙酯制備實驗的思考[J].實驗教學與儀器，2016（S2）：59.

[17]上海市中小學（幼兒園）課程改革委員會.化學高中二年級第二學期[M].上海：上?？茖W技術出版社，2014.

[18]王佳人，趙放，何文英.乙酸乙酯的制備在教學實驗中的研究進展和展望[J].現代鹽化工，2020，47（3）：3-5+13.