發展學生化學學科認識的復習教學*
——以“亞硫酸鈉的性質及應用”為例

2023-04-05 06:49:20歐陽志斌俞宏波何雷玉

化學教與學 2023年6期

歐陽志斌俞宏波何雷玉薛金

（1.福建省福清第三中學福建福州 350315；2.福清市教師進修學校福建福州 350300）

學生的化學學習，不僅要學習系統的化學科學知識，還要逐步學會研究物質及其變化的一些獨特認識視角和認識思路。［1］化學學科認識方式包括化學認識視角和化學認識思路兩個要素，化學認識視角回答了“從哪兒想?”的問題，化學認識思路回答了“怎么想?”的問題。化學學科認識方式是化學學科核心素養發展的內涵實質，具有重要的素養發展價值。“素養為本”的化學課堂教學必須重視學生的化學學科認識的形成和發展。那么，如何在高中化學教學中發展學生的化學學科認識方式呢？化學學習主題的選擇顯得尤為重要。眾所周知，元素化合物的性質及應用是化學科學的重要內容，也是高中化學學習內容的骨架，是極具素養培育價值的主題。遺憾的是，由于高一必修階段的課時緊張，教與學方式的單一、枯燥，導致學生的化學認識視角和認識思路沒有真正形成，導致高三一輪“元素化合物主題的復習教學”就像上新課一樣，學生學習效率低下，教師大喊“心累”，因此，如何消除元素化合物主題教學的痛處是高三一輪復習教學的重要研究課題。

一、教學內容

元素化合物承載著三種認識功能：一是作為認識對象，促進學生遷移應用所學的概念原理知識；二是作為認識素材，幫助學生建立和發展概念理論；三是作為認識結果，為后續的認識活動提供參考。［1］亞硫酸鈉作為重要的含硫化合物，食品工業上主要用作漂白劑、防腐劑、抗氧化劑等。本文以“亞硫酸鈉的性質及應用”為例，引導學生從物質類別和元素價態的角度分析和預測元素化合物的性質和變化，幫助學生建構元素化合物性質及應用的認識視角和認識思路，并學會應用已建構的學科認識方式去認識陌生物質的性質及應用，進而發展學生的化學學科核心素養。

二、教學目標

1.通過對亞硫酸鈉的性質探究及其實驗方案的設計與實施，讓學生掌握研究物質性質的基本程序，培養學生的“科學探究能力與創新意識”。

2.通過引導學生從物質類別和元素價態的角度認識亞硫酸鈉的性質和變化，發展和鞏固基于價—類二維圖的元素觀的認識方式，能從“宏—微—符”結合的視角分析問題和解決問題。

3.通過學習亞硫酸鈉的重要應用，讓學生了解亞硫酸鈉的主要性質及對生態環境的影響，發展學生“科學態度與社會責任”素養。

4.通過對亞硫酸鈉性質的學習，引導學生基于學科觀念建構含硫物質間相互轉化的知識體系，提升學生的知識結構化水平，進而發展學生的學科認識能力。

三、教學過程

1.設疑激思，導入新課

【導入】展示一袋如圖1所示的亞硫酸鈉食品添加劑，提出問題：亞硫酸鈉作為食品添加劑有什么具體功能？

圖1 亞硫酸鈉食品添加劑

【講述】要想知道亞硫酸鈉作為食品添加劑的具體功能，就必須了解它的性質，因為物質的性質決定其應用。

【學生】思考，交流分享，并回答：可以觀察物質的外部特征；進行實驗探究等。

設計意圖：以“亞硫酸鈉作為食品添加劑有什么功能？”導入課程，激發學生探究亞硫酸鈉性質的欲望，并以問題“如何研究物質的性質？”激思，為后續教學活動提供參照和依據，以便適時調整教學內容和優化教學策略。

2.任務驅動，引領教學

【板書】（1）亞硫酸鈉的物理性質

【教師】用什么方法研究物質的物理性質？

【學生】借助感官、儀器或實驗。

【教師】展示無水亞硫酸鈉樣品，提出學習任務：描述亞硫酸鈉的物理性質。

【學生】觀察試劑瓶中的無水亞硫酸鈉樣品的色、態，得出無水亞硫酸鈉是一種白色粉末。

【教師】亞硫酸鈉的水溶性如何？怎么判斷？

【學生】亞硫酸鈉易溶于水，因為它屬于鈉鹽。

設計意圖：通過對亞硫酸鈉物理性質的學習，讓學生學會研究物質物理性質的一般方法，建立從顏色、氣味、狀態等方面描述物質的物理性質的基本思路。［2］

【板書】（2）亞硫酸鈉的化學性質

【教師】從物質的組成來看，亞硫酸鈉屬于哪類物質？

【學生A】鹽類。

【學生B】鈉鹽。

【學生C】亞硫酸鹽。

【學生D】強堿弱酸鹽。

【教師】是的，分類的依據不同，結果不同。

【教師】D 同學從成鹽對應的酸和堿的強弱來進行分類，讓我們眼前一亮，開拓了我們的思路，既然亞硫酸鈉屬于強堿弱酸鹽，那么它的水溶液顯什么性？

【學生活動】亞硫酸鈉溶液顯堿性。

【教師】提出問題：如何檢驗亞硫酸鈉溶液的堿性？請同學們選擇合適的試劑和儀器完成實驗。

【學生分組實驗】思考，交流討論，動手實驗（教師巡視、指導，及時糾正不規范的操作）。

【師生共同小結】可以用酚酞指示劑（變紅）或用pH 試紙（常溫下，pH 大于7）檢驗亞硫酸鈉溶液的堿性。

【教師】請用離子方程式來解釋亞硫酸鈉溶液顯堿性的原因。

【學生】SO32-+H2O?HSO3-+OH-；HSO3-+H2O?H2SO3+OH-

設計意圖：通過對亞硫酸鈉所屬鹽的類別的判斷，復習舊知識——物質的分類和鹽類的水解，激活學生的發散思維，為建立新舊知識的聯系搭建認知橋梁。

【教師】請學生來分析和預測亞硫酸鈉的化學性質。

【學生】亞硫酸鈉屬于鹽類，可以跟某些酸、堿、鹽發生反應，只要滿足反應的條件即可。

【教師】請學生選擇合適的試劑進行實驗驗證，并寫出亞硫酸鈉與某些酸、堿、鹽反應的化學方程式。

【學生分組實驗】動手實驗，并認真如實地記錄實驗現象，寫出相應的化學方程式。

【教師】巡視、指導，利用希沃授課助手選擇性拍照上傳部分學生的書寫結果。

【師生活動】采用教師評價和學生評價結合的方式進行點評，糾錯，分析。

【教師】根據復分解反應的條件，亞硫酸鈉可以跟某些酸反應，如鹽酸、硫酸等；亞硫酸鈉可以與某些堿反應，如氫氧化鋇、氫氧化鈣；亞硫酸鈉可以跟某些鹽反應，如氯化鈣、氯化鋇。

【師生活動】教師展示相關化學方程式，學生認真做筆記。

設計意圖：引導學生從亞硫酸鈉所屬的物質類別分析和預測其化學性質及變化，依據復分解反應的原理推測可能發生的化學反應，并通過實驗探究進行驗證，得出結論，形成從物質類別的角度認識物質性質及變化的認識視角；通過實驗現象的描述、對現象的解釋以及化學方程式的書寫，形成“宏觀—微觀—符號”三重表征的學科思維，發展學生宏觀辨識與微觀探析的核心素養。

【教師】實驗室常用亞硫酸鈉與酸反應制取SO2，亞硫酸鈉還可以發生其他反應嗎？

【學生】思考，交流討論。

【教師】請學生來補充亞硫酸鈉還可以發生的其他反應。

【學生】亞硫酸鈉屬于強堿弱酸鹽，可以與一些強酸弱堿鹽（如硫酸鋁）發生雙水解反應。

【教師】該同學給我們提供了另一種物質性質的認識方式，即從水解反應的角度預測亞硫酸鈉的化學性質，實際情況到底如何，請同學們用實驗證明。

【學生】動手實驗，記錄實驗現象，并用離子方程式解釋現象。

【教師】巡視、指導，并總結：亞硫酸鈉可以與硫酸鋁溶液發生雙水解反應。

現象：有白色沉淀生成，并有刺激性的氣體產生。

設計意圖：通過引導學生從“電離與離子反應”的角度分析和探究亞硫酸鈉的性質，進一步豐富和發展學生認識物質性質及變化的化學視角。

【教師】展示資料一：亞硫酸鈉法煙氣脫硫，是采用亞硫酸鈉水溶液吸收SO2煙氣的脫硫工藝。SO2的吸收是在分餾塔式吸收器內進行的，該工藝脫硫率高（90%以上），操作管理方便，回收的SO2濃度高，用途較廣，適合處理大氣量的煙氣。請用化學方程式解釋其脫硫原理。

【學生】從學習資料中提取整合有用的信息，寫出化學方程式：Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3

設計意圖：通過展示亞硫酸鈉法煙氣脫硫工藝，讓學生在提取和處理信息、運用已有知識解決實際問題的過程中感受化學物質在環境保護中的重要價值，培養學生的社會責任感，進一步拓展學生對亞硫酸鈉化學性質和應用的認識。

【過渡】往亞硫酸鈉溶液中加入氯化鋇或氫氧化鋇溶液產生白色沉淀，該白色沉淀一定是亞硫酸鋇嗎？請說明理由。

【學生】思考，交流討論，發表看法。

【學生】可能是亞硫酸鋇或硫酸鋇，也有可能是亞硫酸鋇與硫酸鋇的混合沉淀。

【追問】為什么可能是硫酸鋇？它是如何產生的？

【學生】亞硫酸鈉可能部分或全部被氧化成硫酸鈉，硫酸鈉與氯化鋇反應生成硫酸鋇沉淀。

【教師】如何檢驗亞硫酸鈉是否被氧化？請設計實驗方案證明。

【學生分組實驗】根據已有知識設計實驗方案并實施（教師巡視、指導）。

【師生活動】學生描述實驗方案，教師點評并優化實驗方案，強調物質檢驗的實驗方法。

【教師】既然亞硫酸鈉容易被氧化，亞硫酸鈉如何保存？

【學生】密封保存，盡可能隔絕空氣或氧氣以防被氧化而變質。

設計意圖：通過對亞硫酸鈉溶液中加入氯化鋇或氫氧化鋇溶液產生的白色沉淀的化學成分的質疑，引導學生從化合價角度認識到亞硫酸鈉易被氧化，進而設計實驗進行探究，通過對亞硫酸鈉的保存方法的考查，加深對亞硫酸鈉性質的理解和鞏固，也為后續從硫的價態認識亞硫酸鈉的性質及變化的學習內容作鋪墊。

【教師】剛才我們從物質類別的角度認識了亞硫酸鈉的部分化學性質及變化，還有其他認識角度嗎？

【學生】亞硫酸鈉中的硫元素為+4 價，處在中間價態，既有還原性又有氧化性。

【教師】請選擇提供的化學試劑，設計簡單的實驗，證明亞硫酸鈉既有氧化性又有還原性。

（提供的試劑為：溴水、硫化鈉溶液、亞硫酸鈉溶液、稀硫酸、酸性高錳酸鉀溶液、氯化鐵溶液。）

【學生分組實驗】思考，交流討論并設計實驗方案并實施（教師巡視、指導學生優化實驗方案）。

【教師】（1）要證明Na2SO3具有氧化性，應選用的試劑是硫化鈉溶液和稀硫酸，實驗方案是：往亞硫酸鈉溶液中加入硫化鈉溶液，然后再加入稀硫酸，觀察到的現象是產生淡黃色沉淀。（2）要探查Na2SO3的還原性，可以選用的試劑有酸性高錳酸鉀溶液或溴水，可觀察到酸性高錳酸鉀溶液和溴水均褪色。

通過剛才的分析、預測和實驗探究，同學們知道了亞硫酸鈉既有還原性又有氧化性。

【教師】展示資料二：+6 價鉻的化合物毒性很大，在酸性條件下，廢水中的+6 價鉻主要以的形式存在，能否利用Na2SO3處理廢水中的？請通過實驗加以驗證，如果可以，請寫出反應的離子方程式。

【學生】進行實驗驗證，然后交流表達，書寫離子方程式。

【教師】通過剛才的分析、預測和實驗探究，我們知道了亞硫酸鈉既有氧化性又有還原性，利用亞硫酸鈉的還原性可以處理含+6 價鉻的廢水。

設計意圖：引導學生從亞硫酸鈉中的硫元素的價態認識到亞硫酸鈉既有還原性又有氧化性。要求學生選擇合適的試劑和儀器，設計實驗方案探究亞硫酸鈉的還原性和氧化性，培養學生科學探究的精神。通過對實驗現象的描述、解釋及符號表征，建立從物質所含元素的價態的角度分析和預測物質化學性質及變化的認識視角，并依據氧化還原反應的原理和離子反應的規律判斷反應的產物，進一步豐富和發展對物質化學性質及變化的認識，也鞏固了氧化還原反應和離子反應等核心概念的應用。通過用亞硫酸鈉處理含+6 價鉻廢水的應用實例，讓學生深刻理解亞硫酸鈉的還原性。

3.歸納總結，內化認識

【教師】通過亞硫酸鈉的性質探究活動，我們學會了通過觀察物質的外部特征了解物質的物理性質；從物質類別和元素價態的角度分析和預測亞硫酸鈉的化學性質，知道它是一種鹽類物質，可以與某些酸、堿、鹽發生復分解反應，還可以與某些強酸弱堿鹽發生雙水解反應；另外由于硫元素化合價為+4價，因此它既有還原性又有氧化性。

今后如果我們遇到陌生的化學物質，應該怎么研究它的性質？

【學生】通過觀察感官、儀器測定或實驗研究物質的物理性質；從物質類別和元素價態的角度分析和預測物質的化學性質。

設計意圖：通過師生互動的歸納總結，融洽了師生關系，讓學生建立了從物質類別和元素價態的角度分析和預測物質的化學性質的認識視角，認識到實驗是研究物質性質的科學方法，掌握了研究物質性質的基本程序。

【教師】展示國家食品安全標準GB2760-2014 中的有關亞硫酸鈉作為食品添加劑的內容。通過剛才的實驗探究，大家掌握了亞硫酸鈉的性質，你們現在知道亞硫酸作為食品添加劑有什么功能嗎？

【學生】亞硫酸鈉可作防腐劑、抗氧化劑、漂白劑。

【教師】利用希沃白板的放大鏡功能讓學生清晰地看到GB2760-2014 中的有關亞硫酸鈉作為食品添加劑的內容，讓學生進行對照，增強學生的學習信心。

【教師】亞硫酸鈉除了可以作為食品添加劑，還有其他應用嗎？

【學生】可用于煙氣中SO2的脫硫處理，處理含+6價鉻的廢水，實驗室制備SO2等。

【板書】（3）亞硫酸鈉的應用

設計意圖：與新課導入前后呼應，通過提問學生亞硫酸鈉有什么重要應用，進一步外顯學生的思維，引導學生牢固樹立“性質決定應用”的化學核心觀念。

4.布置作業，延伸拓展

實驗室有一瓶長期放置的亞硫酸鈉樣品，如何檢驗該瓶中的亞硫酸鈉是否變質？請設計實驗方案測定該樣品中亞硫酸鈉的質量分數。

設計意圖：通過真實情境下的問題設計與解決，延伸課堂教學，檢驗教學效果，進一步深化和鞏固學生對亞硫酸鈉性質的認識和理解，提高學生運用化學知識解決真實問題的能力。

四、教學反思

1.元素化合物認識視角的建構、認識方式的持續進階發展，需要不斷地認識、實踐、反思、再實踐、再認識。［3］元素化合物主題知識內容多而雜，僅靠“簡單地識記、機械地刷題”是無法融會貫通的，需要教師在教學活動中引導學生建構和發展元素化合物性質和變化的認識視角，并通過多種方式探查學生認識水平；診斷能否自覺調用知識？能否用于陌生物質的性質和變化的預測與實驗探究？能否在真實復雜的問題情境中進行分析和解決問題？并根據診斷結果，對學生進行針對性的反饋和個性化輔導。

2.通過展示亞硫酸鈉的真實應用案例，彰顯化學學科在環境保護中的應用價值，落實學科育人目標。通過引導學生依據亞硫酸鈉的性質預測其作為食品添加劑的主要功能和其他重要應用，進一步幫助學生內化和固化“性質決定應用”核心觀念。

3.注重學生的具身認知體驗，通過對亞硫酸鈉溶液中加入氯化鋇或氫氧化鋇溶液產生的白色沉淀的化學成分的質疑，檢驗亞硫酸鈉是否被氧化，設計實驗證明亞硫酸鈉的還原性和氧化性等，充分考查和提升學生進行實驗設計、現象解釋和反思的能力。

4.從課堂生成來看，學生對于“從價—類二維角度認識無機物的性質及變化”的意識不強，課后通過與學生交流得知，雖然高一教師在新課講授“二氧化硫的性質及應用”時也會從這兩個角度介紹二氧化硫的性質，但并未提及價—類二維觀，因此學生的印象不深。另外，部分學生對于離子反應特別是氧化還原型的離子反應的書寫感到很困難，這也是教師在高三一輪復習教學中需要特別關注的。

5.對在實驗探究過程遇到的“異常”情況不回避。例如：在進行亞硫酸鈉溶液與硫化鈉溶液反應實驗時，部分同學提出疑問：“為什么沒有出現淡黃色沉淀？亞硫酸鈉不是跟二氧化硫一樣硫元素是+4價嗎？”這是學生不合理應用認識視角分析問題產生的錯誤，于是筆者反問：“亞硫酸鈉跟二氧化硫所屬的物質類別一樣嗎？學生恍然大悟：“二氧化硫屬于酸性氧化物，在水溶液中顯酸性，而亞硫酸鈉是鹽，在水溶液中顯堿性”，筆者追問：“要出現淡黃色沉淀需要往試管中再加入什么物質？”在以上的對話交流后，這些學生往試管中加入稀硫酸，看到了淡黃色沉淀生成，甚是興奮。

五、結語