信息技術融合與跨學科教學的高中化學實踐*
——以“二氧化硫的性質與應用”為例

林玉治

（福建省南安市第三中學 福建 南安 362305）

一、基于課程標準的教材分析

“二氧化硫的性質與應用”位于蘇教版必修一［1］專題4 第一單元的第1 課時，本節為非金屬元素知識的新授課，在氯氣及含氯化合物、氧化還原知識之后。根據普通高中化學課程標準［2］對“常見的無機物及其應用”中提出的教學策略建議，發揮核心概念對元素化合物的指導作用，緊密聯系生產生活實際，創設豐富多彩的真實問題情境，關注食品中適量添加SO2的作用，能有意識應用所學知識或者尋求相關證據參與食品安全的討論。

二、基于信息技術2.0的學情分析

在新課前的周末，用問卷星在學生微信群發送9題摸底測試題，測試對象為筆者任教的高一年6班學生，班級學生45 人，參與作答人數41 人，屬于有效問卷。92.68%的人能判斷出SO2屬于酸性氧化物，但只有65.85%能根據酸性氧化物的性質推測出SO2不能跟氯化鋇溶液反應；73.17%的學生能根據硫的化合價判斷SO2既有氧化性又有還原性，但僅有56.1%能預測SO2做抗氧化劑；對SO2的功過認識不全面，64.41%的學生認為SO2有毒，不能做食品添加劑（見表1）。通過摸底測試結果分析得知，學生尚缺乏從物質類別的角度推測SO2化學性質的能力，對化學核心概念如酸性氧化物、還原性等深度應用能力還有待加強，多數學生無法客觀評價SO2的利弊［3］，特別是不知道SO2的殺菌作用。

表1 摸底測試第9題題目：下列對二氧化硫的說法，你認為正確的是（ ）［多選題］

基于信息技術2.0 的學情分析，本節的教學重點是從酸性氧化物和化合價角度引導學生探究SO2的化學性質，側重漂白性與還原性的區別，對SO2的應用教學可從性質進行延伸，難點是SO2的殺菌作用，可讓學生通過細菌培養對比進行成果展示。

三、教學目標

1.掌握SO2的物理性質；能從物質類別和化合價的角度預測、分析、解釋SO2的化學性質。

2.通過化合價變化認識SO2的氧化性、還原性。

3.能夠依據化合價對SO2的性質提出可能的假設并進行驗證。

4.了解SO2的功與過，辨證看待SO2。

四、教學重點、難點

重點:SO2的化學性質。

難點:SO2的還原性、漂白性、抑菌作用，客觀看待SO2。

五、教學流程

1.教學思路

2.課前準備

①學生深入菜市場、超市、家庭廚房等地尋找竹筍、銀耳、黃花菜、蜜餞、葡萄酒、香菇等，帶到實驗室檢測二氧化硫含量，采集樣品過程中與老板或商超人員訪談不同賣相的黃花菜或銀耳等加工方式有何不同，以照片或視頻方式記錄。

②課前的前一周末通過問卷星在學生微信群發布關于二氧化硫性質的摸底測試題。

③學生細菌培養對比實驗，過程和結果做成視頻報告。

六、教學實錄

環節一：導課激趣

【導課】新聞鏈接:二氧化硫超標問題多發，不合格食品頻頻曝光！

課外興趣小組視頻展示去菜市場采集鮮筍、干黃花菜、金針菇、蜜餞、荸薺等，并用鹽酸副玫瑰苯胺法檢測SO2的含量（見圖1）。

圖1 鮮筍、干黃花菜、金針菇、蜜餞、荸薺SO2的檢測結果

【資料卡】鹽酸副玫瑰苯胺法檢測SO2的原理【3】及操作（見圖2）。

SO2被甲醛緩沖溶液吸收后，生成穩定的羥基甲磺酸加成化合物，在樣品溶液中加入氫氧化鈉使其分解，釋放出的SO2與鹽酸副玫瑰苯胺、甲醛作用，生成紫紅色化合物，紫紅色越深，SO2含量越高。

學生用鹽酸副玫瑰苯胺法測試樣品中SO2的含量，對某黃花菜樣品中SO2的含量表示震驚，提出幾個問題:

①有些黃花菜為什么SO2會嚴重超標？

②有些黃花菜為什么會熏硫黃，為什么熏過硫黃的黃花菜吃起來會酸？

③黃花菜中SO2有什么危害？食品加工過程中允許加SO2嗎？

④待測液的配制不能用自來水的原因是什么？

設計意圖：播放課前學生檢測食品SO2含量的實驗視頻，創設真實情境激發學生興趣，學生提出的問題緊扣本節主題SO2的產生、作用與性質。

環節二：探究SO2的性質

【采訪視頻】老板:熏過硫黃的黃花菜吃起來會酸。

【展示】實驗中兩種樣本的黃花菜，讓學生上臺觀察黃花菜的色態，樣本2 中SO2超標嚴重（見表2）。

【教師】黃花菜熏硫黃的過程中硫與氧氣反應生成SO2，SO2使黃花菜賣相更好看。觀察礦泉水瓶中SO2氣體是什么顏色的？密度比空氣大還是小？SO2在水中的溶解度怎么樣？如何設計實驗驗證你的猜想？

【學生】無色，從相對分子質量知道其密度大于空氣。小組討論后回答:往礦泉水瓶中加入一定量的水，蓋緊瓶蓋，振蕩，觀察礦泉水瓶的變化。

【希沃直播】加入一定量的水，振蕩一下，幾秒鐘后礦泉水瓶“咔咔咔”地變癟了（見圖3）。

圖3 裝有SO2的礦泉水瓶加水變癟

【教師】打開礦泉水瓶時，大家聞到了什么氣味，根據現象可以得出SO2在水中的溶解性如何？SO2屬于什么氧化物？它不能跟下列哪種物質反應？

A.BaCl2B.NaOH C.CaO D.H2O

【學生】SO2是一種無色、刺激性氣味，能溶于水的氣體，是酸性氧化物。提出疑問:為什么不與BaCl2反應？

【希沃直播】SO2水溶液的酸堿性測定:用干燥潔凈的玻璃棒蘸取礦泉水瓶中的SO2水溶液，涂在pH試紙上，觀察pH試紙顏色變紅（見圖4），與比色卡對比，pH為2。

圖4 測SO2水溶液的pH

【教師】證明SO2與水反應生成了酸，這種酸是亞硫酸（H2SO3），是一種弱酸，這就是熏過硫黃的黃花菜吃起來會酸的原因。SO2是酸性氧化物，能跟堿反應生成鹽和水，書寫化學方程式，強調產物是亞硫酸鹽。SO2有毒，實驗室常用NaOH水溶液吸收尾氣。酸性氧化物還可以跟堿性氧化物生成鹽，所以SO2可以跟CaO 反應生成亞硫酸鈣。那么SO2與BaCl2溶液真不反應嗎？

設計意圖：從酸性氧化物大概念角度探究SO2作為酸性氧化物的性質，在反應中硫元素化合價保持+4價不變，同時為接下來SO2的還原性的教學做鋪墊。

【分組實驗1】向試管中加入5mL SO2溶液，滴加幾滴氯化鋇溶液，觀察現象。

【希沃直播】學生匯報現象:先無明顯現象，（遲疑）后面好像溶液有點變渾濁（見圖5）。

圖5 SO2溶液中滴加氯化鋇溶液

【教師】這個渾濁物是什么？如何驗證你的猜想？

【學生】有的說是BaSO3，有的說是BaSO4。加稀鹽酸，如果渾濁消失證明是BaSO3，如果沒消失證明是BaSO4。

【希沃直播】往分組實驗1的試管里加稀鹽酸，沒有明顯變化（見圖6），證明渾濁物是BaSO4。

圖6 向渾濁物中滴加稀鹽酸

【教師】BaSO3是可溶于酸的，所以SO2與BaCl2溶液不反應，因為SO2的水溶液是酸性的，就像CO2與CaCl2溶液不反應一樣，事實上，SO2、CO2與BaCl2或CaCl2溶液均不反應。那么剛才的BaSO4是怎么生成的呢？

【學生】思考后回答，硫的化合價由+4變成+6，被氧化。

【教師】很好，那是什么物質將其氧化的呢？

【學生】空氣中的氧氣。

【教師】除此以外，還有什么物質可以將SO2氧化？我們中學學過的還有哪些常見氧化劑？你能不能設計實驗證明高錳酸鉀能將SO2氧化？

【學生】雙氧水、高錳酸鉀、氯水等。將SO2通入到高錳酸鉀溶液中，如果紫色褪去，證明高錳酸鉀被SO2還原，也就是高錳酸鉀能氧化SO2。

【播放視頻】將SO2通入到高錳酸鉀溶液中，紫色褪去（見圖7）。

圖7 將SO2通入到高錳酸鉀溶液中

【教師】如何證明雙氧水也能將SO2氧化？

【分組實驗2】向試管中加入5 mL SO2溶液，滴加幾滴氯化鋇溶液，再向試管中滴加5 mL 3%的過氧化氫溶液，振蕩，放置片刻后滴加幾滴稀鹽酸，觀察實驗現象。

【希沃直播】有白色不溶于鹽酸的沉淀生成。左邊試管為放置一段時間的SO2溶液滴加BaCl2后，稍微渾濁；右邊試管為SO2溶液滴加BaCl2后再滴加過氧化氫溶液，明顯產生白色渾濁且再加鹽酸不溶解（見圖8）。

圖8 雙氧水氧化SO2水溶液

【教師】SO2溶液中的亞硫酸被雙氧水氧化為硫酸，硫酸與氯化鋇溶液生成白色硫酸鋇沉淀。

【思考】檢測食品中SO2時，待測樣品的配制不能用自來水的原因是什么？

【學生】閱讀鹽酸副玫瑰苯胺法檢測SO2的原理，（恍然大悟）SO2易被氧化，自來水用氯氣或二氧化氯消毒，二氧化硫會被氧化，因此沒辦法逸出與鹽酸副玫瑰苯胺作用生成紫紅色化合物，會導致檢測失敗。

【教師】SO2中硫為+4 價，易被氧氣、高錳酸鉀、雙氧水、氯水等氧化，所以SO2常作抗氧化劑，此外SO2還可以氧化硫化氫，即有氧化性。

設計意圖：要求學生設計實驗驗證SO2易被常見氧化劑氧化，并懂得利用SO2的還原性分析得出其常作抗氧化劑。

【教師】SO2為什么可以使黃花菜賣相更好看？我們在SO2溶液中滴加幾滴品紅溶液觀察一下現象。

【分組實驗3】向兩支試管中加入5 mL SO2溶液，滴加幾滴品紅溶液，振蕩，然后加熱其中一支試管，觀察加熱前后溶液顏色的變化。

【希沃直播】學生匯報:兩支試管品紅溶液都褪色，加熱的試管品紅溶液又恢復紅色（如圖9所示）。

圖9 SO2使品紅溶液褪色，加熱又恢復紅色

【教師】SO2有漂白性，可以通過非氧化還原反應和某些有色物質如品紅化合成無色物質，而這些無色物質不穩定，受熱分解而恢復原來的顏色，這個就是熏過硫黃的黃花菜過了三個月顏色又會變暗的原因。工業上，SO2常用來漂白紙漿和草編織物，時間久了紙張和草編織物就會泛黃，說明SO2的漂白性是暫時的，這跟次氯酸永久性漂白是不一樣的。

【思考】濕潤的氯氣有漂白性，SO2也有漂白性，二者按1∶1混合是否漂白性增強？

【思考】SO2使高錳酸鉀褪色也是其漂白性的體現嗎？

【學生】不是，SO2的漂白性是非氧化還原反應，使高錳酸鉀褪色體現SO2的還原性。

【教師】對比歸納次氯酸、活性炭、二氧化硫漂白性的異同點。

【學生】有個小組的學生激動地說:老師！恢復紅色的品紅溶液又慢慢在褪色（如圖10），這是怎么回事呀？

圖10 加熱后的品紅溶液恢復紅色后再褪色

【教師】（首先肯定這個學生的細心觀察，3 分鐘后品紅最終又褪成無色了。）品紅恢復紅色是因為SO2離開了品紅溶液，大家想一想，SO2可能完全逸出試管嗎？

【學生】思考了一會兒:不能，因為SO2的密度比空氣大，一段時間后SO2又會下沉到品紅溶液中與品紅結合成無色不穩定的物質。

設計意圖：用對比法學習SO2的暫時漂白性，學生觀察到的“意外”現象恰好又可驗證SO2密度大于空氣，此處為課堂意外的亮點。

環節三：SO2的用途

【教師】性質決定用途，利用SO2的漂白性能夠漂白紙張。黃花菜、銀耳等用硫黃熏制后色澤光亮、賣相好看，攝入SO2超標會引起急、慢性中毒，危害身體健康，因此作為銀耳增白劑是不允許的。但葡萄酒中都要標出SO2成分，那么葡萄酒為什么含SO2呢？

【學生】展示課前探究SO2抑菌實驗，在開始發霉的葡萄上，滴加SO2水溶液，三天后，對比正常條件下發霉的葡萄，SO2處理過的葡萄霉菌沒有生長（見圖11）。

【教師】展示生物實驗室細菌培養結果，如圖12所示，無SO2處理過的菌落個數是7 個，SO2處理過的菌落個數是0 個，結論是SO2有抑菌作用。因此，SO2在葡萄酒發酵過程中對微生物和酶的活性有抑制作用［4］，既起到抑制雜菌生長又有抗氧化作用，保持葡萄酒的獨特風味。

設計意圖：應用生物實驗的細菌培養和控制變量法直觀展示SO2的抑菌作用。

環節四：SO2的應用與功過

【歸納總結】食品添加劑亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉和低亞硫酸鈉等也會產生SO2，在一定用量范圍內上述食品添加劑允許用于食品加工。植物生長過程中也可通過葉片氣孔吸收空氣中的SO2，土壤或者水中結合態的SO2也會通過吸收作用進入植物體內［5］，因此SO2在很多食物中天然存在，所以大家不必談SO2色變［6］。SO2在生產生活中應用主要是漂白、防腐、抗氧化劑。“Chemistry isn't everything，but everything is nothing without chemistry”強調客觀辯證看待化學在生活中應用。

【作業布置】搜集關于二氧化硫的材料，做手抄報、PPT或者科普微視頻（主題是二氧化硫的功與過、我為二氧化硫正名、二氧化硫的自述）。

設計意圖：開放性作業，目的是正確評價二氧化硫。

七、教學反思

1.基于信息技術2.0 的學情分析，從大概念上設計教學步驟，引導學生從物質類別、氧化還原角度探究SO2的化學性質，將實驗過程中現象通過希沃直播投屏到白板上，引導學生觀察與分析現象，特別是SO2使品紅褪色加熱后恢復紅色再次褪色的現象，這個學生偶然發現的現象通過投屏讓更有視覺沖擊力；SO2使高錳酸鉀溶液褪色用的是嗶哩嗶哩站的仟問學堂視頻，特點是現象清晰、聚焦、重點突出；學生課前檢測食品中SO2和采訪視頻作為課堂導課素材，激發學生學習興趣；

2.設計真實生活情境，從最貼近生活的身邊食品SO2的檢測入手，引導學生關注食品安全，通過SO2的安全用量范圍及SO2作漂白劑、抗氧化劑和殺菌劑等正面引導，幫助學生樹立客觀辯證看待事物的價值觀；

3.與生物學科融合，讓學生課前通過控制變量法設計實驗探究SO2的抑菌作用，培養學生應用多學科知識解決問題的能力。