基于價(jià)-類二維模型的“二氧化硫性質(zhì)辨析”復(fù)習(xí)課例

韋小云　羅偉杰

［摘 要］基于價(jià)-類二維模型的“二氧化硫性質(zhì)辨析”復(fù)習(xí)教學(xué)由真實(shí)的問題情境引入，通過微型實(shí)驗(yàn)辨析SO2的多重性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。具體地，以不同情境中的問題為驅(qū)動(dòng)，帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)工業(yè)尾氣SO2的處理方案及葡萄酒中SO2的含量測定方案，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)多角度思考問題，自主運(yùn)用價(jià)-類二維模型解決問題，提升研究物質(zhì)性質(zhì)與相互轉(zhuǎn)化的能力，形成能遷移應(yīng)用的問題解決思路和認(rèn)知模型。

［關(guān)鍵詞］價(jià)-類二維模型；二氧化硫；復(fù)習(xí)課例

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）29-0061-04

一、教學(xué)內(nèi)容

人教版高中化學(xué)教材（2019年版）在介紹硫時(shí)，從元素周期表中的位置入手，分析硫原子結(jié)構(gòu)，預(yù)測其基本性質(zhì)，注重體現(xiàn)“位、構(gòu)、性”之間的內(nèi)在聯(lián)系；接著，介紹SO2是一種大氣污染物，也是一種重要的化工原料，我們應(yīng)正確認(rèn)識其“功與過”。本節(jié)復(fù)習(xí)課通過辨析SO2在不同情境中的性質(zhì)，指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建價(jià)-類二維模型，進(jìn)而提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力；同時(shí)，關(guān)注生產(chǎn)生活中與化學(xué)相關(guān)的問題，體現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)中培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、參與意識和決策能力的要求［1］。

二、學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了物質(zhì)分類、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)及部分元素化合物等理論知識，對物質(zhì)性質(zhì)的研究有了初步的認(rèn)識。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，學(xué)生已經(jīng)有一定的實(shí)驗(yàn)操作能力和觀察分析能力，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)興趣濃厚，但是綜合實(shí)驗(yàn)操作能力、分析能力以及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力還有待提高。

三、教學(xué)目標(biāo)

為了達(dá)成課程標(biāo)準(zhǔn)提出的“立德樹人”“培養(yǎng)必備知識、關(guān)鍵能力”等培養(yǎng)目標(biāo)，本節(jié)課設(shè)計(jì)不同的情境，引導(dǎo)學(xué)生以問題解決者的身份去思考和構(gòu)建解決問題所需的基本策略及方法，從物質(zhì)類別和元素化合價(jià)的角度辨析SO2的性質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的發(fā)展。如處理工業(yè)尾氣SO2的問題，設(shè)計(jì)方案測定葡萄酒中SO2的含量，進(jìn)而建構(gòu)“物質(zhì)分類觀”和“氧化還原觀”這兩個(gè)化學(xué)學(xué)科核心大概念［2］。并在進(jìn)行微型實(shí)驗(yàn)時(shí)，解決氣體泄漏問題，通過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，讓學(xué)生形成科學(xué)的探究意識，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。

四、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：二氧化硫性質(zhì)辨析。

教學(xué)難點(diǎn)：價(jià)-類二維模型的構(gòu)建和應(yīng)用。

五、教學(xué)思路

以不同情境中的“二氧化硫性質(zhì)辨析”為主題展開復(fù)習(xí)教學(xué)，從不同生產(chǎn)生活的情境到知識概念的轉(zhuǎn)化，讓學(xué)生在問題解決中進(jìn)一步構(gòu)建硫元素及其化合物的價(jià)-類二維模型，形成高中化學(xué)重要的價(jià)類思維（同價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化和不同價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化）學(xué)科大概念［3］。在介紹二氧化硫給環(huán)境、健康帶來的負(fù)面影響的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識二氧化硫在生產(chǎn)生活中的重要作用，辯證認(rèn)識事物的兩面性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀，彰顯學(xué)科價(jià)值，滲透哲學(xué)思想。

在教學(xué)中穿插以二氧化硫性質(zhì)探析為主題的多樣式情境，促進(jìn)情境與知識概念的相互轉(zhuǎn)化，推進(jìn)問題解決，以構(gòu)建硫及其化合物價(jià)-類二維模型，使學(xué)生形成基于學(xué)科大概念的價(jià)類思維。在介紹二氧化硫多面性的同時(shí)，滲透哲學(xué)思想，并引導(dǎo)學(xué)生樹立正確、辯證的問題觀與價(jià)值觀。具體的教學(xué)思路如圖1所示。

六、教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：辨識SO2

【引課】化學(xué)與生活息息相關(guān)，今天我們的主角是SO2。

【播放視頻】介紹SO2是大氣污染物，是形成酸雨的主要成分，有毒且屬于三類致癌物；SO2在生產(chǎn)生活中可用作漂白劑、殺蟲劑、防腐劑、抗氧化劑，也應(yīng)用于農(nóng)藥、紡織、染料、潤滑油等方面。

【教師提問】同學(xué)們眼中的SO2是魔鬼還是天使？

【學(xué)生回答】是魔鬼也是天使。

【追問引導(dǎo)】為什么二氧化硫是魔鬼也是天使呢？這是由于SO2有著多重性質(zhì)。現(xiàn)在，讓我們通過實(shí)驗(yàn)辨析SO2的性質(zhì)。

【微型實(shí)驗(yàn)】這是一個(gè)包含SO2制備及性質(zhì)檢驗(yàn)的微型實(shí)驗(yàn)。將點(diǎn)滴板放入培養(yǎng)皿內(nèi)，在點(diǎn)滴板上分別滴入滴有酚酞的NaOH溶液、紫色石蕊溶液、酸性KMnO4溶液、Na2S溶液、品紅溶液；向培養(yǎng)皿中的Na2SO3固體滴幾滴濃硫酸，立即用另一培養(yǎng)皿扣在上面，防止SO2泄漏。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖2所示。

【引導(dǎo)】通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象辨析SO2體現(xiàn)出的不同性質(zhì)（見表1）。

【板書】

【核心問題】如何快速辨析SO2在不同情境中的性質(zhì)？

【核心技巧】運(yùn)用價(jià)-類二維模型來準(zhǔn)確辨析。

設(shè)計(jì)意圖：通過短視頻，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識到SO2在生產(chǎn)生活中的“功與過”，學(xué)會(huì)辯證地看待事物；通過微型實(shí)驗(yàn)辨析SO2的多重性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、證據(jù)推理等學(xué)科核心素養(yǎng)，明確同價(jià)態(tài)、不同價(jià)態(tài)硫元素及其化合物之間的轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)類別、元素化合價(jià)的角度構(gòu)建認(rèn)知模型；通過SO2多重性質(zhì)的微觀實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)宏觀辨識、微觀探析與科學(xué)探究等學(xué)科核心素養(yǎng)，讓學(xué)生切身體會(huì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及元素價(jià)態(tài)變化在宏觀現(xiàn)象中的映射，促進(jìn)價(jià)類變化和物質(zhì)變化在化學(xué)教學(xué)中交融生根、思維模型在科學(xué)探究中落地。

環(huán)節(jié)二：辨析不同情境中SO2的性質(zhì)

情境1：工業(yè)尾氣中的SO2

【創(chuàng)設(shè)情境】在我們的印象里，柳州是一座環(huán)境優(yōu)美的工業(yè)城市。但同學(xué)們，你們是否知道柳州曾一度被貼上“酸雨之都”的標(biāo)簽？作為老牌西南工業(yè)重鎮(zhèn)，柳州在發(fā)展進(jìn)程中也曾走過彎路。二十世紀(jì)八九十年代的柳州，煙囪林立、濃煙滾滾，曾有“十雨九酸”的說法，而后柳州以壯士斷腕的決心，打響了環(huán)境保衛(wèi)戰(zhàn)。如今，柳州蛻變?yōu)橐蛔白锨G滿城”、號稱“水質(zhì)冠軍”的優(yōu)美城市。你們知道形成酸雨的原因是什么嗎？

【學(xué)生回答】煤和石油等化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生SO2，工業(yè)生產(chǎn)中也會(huì)產(chǎn)生SO2廢氣，而SO2會(huì)導(dǎo)致酸雨的形成。

【任務(wù)1】如果你是一名工業(yè)設(shè)計(jì)師，你會(huì)選擇什么試劑吸收工業(yè)尾氣中的SO2呢？小組討論，設(shè)計(jì)方案，并分享方案。

【學(xué)生討論】小組討論得出吸收SO2的方案并分享方案：選擇的吸收試劑有NaOH溶液、石灰乳、氨水、生石灰、酸性KMnO4溶液、碘水、過氧化氫、Na2S溶液等。如果應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，更傾向于使用石灰乳和生石灰，因?yàn)閮r(jià)格相對便宜。

【評價(jià)學(xué)生方案】學(xué)生在設(shè)計(jì)方案時(shí)，不僅考慮到了這些物質(zhì)可以與SO2發(fā)生反應(yīng)，還考慮到了其他因素，如原料成本、經(jīng)濟(jì)效益等。

【引導(dǎo)】在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中，同樣要綜合考慮各方因素來選擇吸收方案。工業(yè)上常見的SO2處理方法有鈉堿脫硫法、氨水脫硫法、石灰-石膏脫硫法、鈣基固硫法等。

【任務(wù)2】思考上述工業(yè)治理方案的反應(yīng)原理，試著寫一寫相應(yīng)的反應(yīng)方程式。

【書寫方程式】讓學(xué)生根據(jù)提供的信息書寫工業(yè)上常見的吸收SO2尾氣的化學(xué)反應(yīng)方程式。

（1）以燒堿為吸收液：2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O；

（2）以濃氨水為吸收液：SO2+2NH3·H2O=（NH4）2SO3 +H2O；

（3）以石灰漿液為吸收液：SO2+Ca（OH）2=CaSO3+H2O；

（4）以生石灰為固硫劑：SO2+CaO=CaSO3。

【啟示】以上反應(yīng)體現(xiàn)了SO2酸性氧化物的通性，即可與堿或堿性氧化物反應(yīng)，S元素化合價(jià)不變。由此，我們可以得到這樣一條物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律：酸性物質(zhì)+堿性物質(zhì)[→] 鹽，實(shí)現(xiàn)相同價(jià)態(tài)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)工業(yè)尾氣中SO2的吸收方案，學(xué)會(huì)利用SO2酸性氧化物的性質(zhì)將其與堿性物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為鹽進(jìn)行吸收，或加入氧化劑、還原劑通過氧化還原反應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化吸收。在實(shí)際的化工生產(chǎn)中還需要綜合各方因素來選擇最佳方案，這個(gè)過程可培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題與解決問題的能力。二氧化硫吸收方法和原理的分析以及相關(guān)方程式的書寫，可強(qiáng)化學(xué)生對相同價(jià)態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的分析思路，建立“類別轉(zhuǎn)化”的學(xué)科概念［4］。讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題，體會(huì)化學(xué)知識之于環(huán)境保護(hù)的重要作用，可培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

情境2：葡萄酒中的SO2

【創(chuàng)設(shè)情境】在控制含量的情況下，SO2可被添加到食品中作為漂白劑、防腐劑和抗氧化劑。如當(dāng)葡萄酒釀好后，為使其能夠保存較長時(shí)間，通入SO2可起到抑菌和抗氧化的作用。為保障消費(fèi)者健康，我國在食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了SO2類物質(zhì)在食品中的使用范圍、使用量及允許最大殘留量。

【任務(wù)3】假設(shè)你是一名葡萄酒檢測員，你該如何測定葡萄酒中SO2的含量呢？請選擇你認(rèn)為可行的試劑設(shè)計(jì)測定方案，并寫出相應(yīng)的方程式。可供選擇的試劑有：酸性KMnO4溶液、過氧化氫、碘水、氫硫酸、Ba（OH）2溶液等。

【學(xué)生討論】學(xué)生根據(jù)SO2的性質(zhì)分組討論測定方案并書寫相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式。

（1）酸性KMnO4溶液：5SO2+2KMnO4+2H2O= K2SO4 + 2MnSO4+2H2SO4；

（2）過氧化氫：H2O2+SO2=H2SO4；

（3）碘水：I2+SO2+2H2O=H2SO4+2HI；

（4）氫硫酸：2H2S+SO2=3S↓+2H2O；

（5）Ba（OH）2溶液：Ba（OH）2+SO2=BaSO3+H2O。

【啟示】SO2中S元素呈+4價(jià)，處于S元素的中間價(jià)，其既有還原性又有氧化性。將SO2與氧化劑反應(yīng)，S元素價(jià)態(tài)升高，轉(zhuǎn)化為更高價(jià)態(tài)的含硫物質(zhì)；將SO2與還原劑反應(yīng)，S元素價(jià)態(tài)降低，轉(zhuǎn)化為更低價(jià)態(tài)的含硫物質(zhì)。因此，向SO2中加入氧化劑和還原劑均可以實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

【評價(jià)學(xué)生方案】從原理上分析學(xué)生方案的可行性：我們在設(shè)計(jì)測定方案時(shí)以SO2的水溶液為理想模型，而真實(shí)的情境是測定葡萄酒中的SO2。對比分析發(fā)現(xiàn)二者存在差異，如葡萄酒中含有乙醇等還原性物質(zhì)，葡萄酒中SO2含量較低等。因此，我們需要對方案進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)查閱資料，將方案改進(jìn)為先把葡萄酒中的SO2蒸出來，再用高靈敏度的滴定法（如碘量法）進(jìn)行測定。

【資料卡片】碘量法是一種氧化還原滴定法，以碘作為氧化劑，或以碘化物（如碘化鉀）作為還原劑進(jìn)行滴定的方法，用于測定物質(zhì)含量。

【任務(wù)4】定量計(jì)算：取20.00 mL的葡萄酒，通過碘量法進(jìn)行測定，消耗0.002 mol/L碘水標(biāo)準(zhǔn)液的體積為25.00 mL。請通過計(jì)算判斷該葡萄酒中SO2的含量是否達(dá)標(biāo)。

【資料卡片】國家食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)中葡萄酒中SO2的最大使用量為0.25 g/L。

【思考與計(jì)算】書寫化學(xué)反應(yīng)方程式，并列式計(jì)算葡萄酒中SO2的濃度。

設(shè)計(jì)意圖：通過葡萄酒中SO2含量的測定方案設(shè)計(jì)，強(qiáng)化學(xué)生的價(jià)類思維；在方案評價(jià)中對比理論模型與實(shí)際模型進(jìn)而優(yōu)化方案，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力；通過葡萄酒中SO2的含量是否超標(biāo)的計(jì)算，從“定性”到“定量”，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕瘜W(xué)學(xué)科研究思維。從化學(xué)走向社會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生觀察生活并將所學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)際中，可培養(yǎng)學(xué)生辯證看待事物的態(tài)度，體會(huì)“善用之則為福，不能用之則為禍”的哲學(xué)思想，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

環(huán)節(jié)三：總結(jié)提升

【引導(dǎo)總結(jié)】通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你收獲了哪些分析問題的方法？談?wù)勀愕母邢搿?/p>

【學(xué)生自由表達(dá)】從價(jià)-類二維角度辨析SO2的多重性質(zhì)并進(jìn)行應(yīng)用；當(dāng)面對陌生物質(zhì)時(shí)，也可以從價(jià)-類二維角度去分析其性質(zhì)；當(dāng)相同價(jià)態(tài)、不同價(jià)態(tài)的物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)，也可以從價(jià)-類二維角度進(jìn)行分析；等等。

【核心技巧】運(yùn)用價(jià)-類二維模型（如圖3）來準(zhǔn)確辨析。

【遷移應(yīng)用】

連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）也稱保險(xiǎn)粉，該物質(zhì)不溶于乙醇，溶于氫氧化鈉溶液，遇少量水或暴露在潮濕的空氣中會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)并燃燒，且有刺激性氣味氣體產(chǎn)生。下列說法錯(cuò)誤的是（）。

A. Na2S2O4中S元素化合價(jià)為+3價(jià)

B. Na2S2O4屬于鹽，既有氧化性又有還原性

C. Na2S2O4能和新制氯水反應(yīng)，但不能和酸性高錳酸鉀反應(yīng)

D. 將產(chǎn)生的氣體通入品紅溶液中可使品紅溶液褪色

【學(xué)生分析】運(yùn)用價(jià)-類二維模型分析物質(zhì)性質(zhì)并解決問題。

設(shè)計(jì)意圖：給予學(xué)生自由發(fā)揮的空間，讓學(xué)生鞏固SO2的多重性質(zhì)等知識，并掌握物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)方法，學(xué)會(huì)運(yùn)用價(jià)-類二維模型辨析性質(zhì)、解決問題。同時(shí)關(guān)注情感教育，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，將學(xué)科知識的學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)態(tài)度、健全人格的培養(yǎng)等相結(jié)合，使知識與情感融合，培智與育人一體化。

七、教學(xué)反思

本節(jié)課以基于真實(shí)情境的問題解決為主線，指向?qū)W科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，通過“工業(yè)尾氣中SO2的處理”與“葡萄酒中SO2的測定”兩個(gè)實(shí)例，將物質(zhì)的學(xué)習(xí)置于問題的解決過程中，充分利用價(jià)-類二維模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究、性質(zhì)辨析與方案設(shè)計(jì)，形成二氧化硫的性質(zhì)知識體系及元素化合物的學(xué)習(xí)方法，構(gòu)建價(jià)-類二維模型及學(xué)科大概念，讓學(xué)生對物質(zhì)的研究形成更深刻、更本質(zhì)的認(rèn)識，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。在小組實(shí)驗(yàn)及方案探討中，師生交流、生生交流的頻次變高，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高漲，學(xué)習(xí)能力與動(dòng)手能力得到了增強(qiáng)，同時(shí)也培養(yǎng)了科學(xué)探究精神和團(tuán)隊(duì)合作意識。

SO2雖然是一種大氣污染物，但也是一種重要的化工原料，在生產(chǎn)生活中有著廣泛的用途。本教學(xué)圍繞“立德樹人”的教育宗旨，通過探討SO2的“功與過”，引導(dǎo)學(xué)生樹立辯證看待事物的世界觀。

本節(jié)復(fù)習(xí)課充分融合了大概念教學(xué)視域下物質(zhì)性質(zhì)的一般學(xué)習(xí)思路，將價(jià)-類二維模型充分應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)探究中，形成以化學(xué)問題情境為引導(dǎo)、真實(shí)情境為主線、模型構(gòu)建為思路、科學(xué)探究為手段的思維教學(xué)，輔助學(xué)科核心素養(yǎng)的落地與具體化，讓學(xué)生在物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)中掌握知識、拓展思維、強(qiáng)化能力、升華觀念。

誠然，學(xué)生所需的不僅僅是一類知識，更是使用知識的方法。“善用之則為福，不能用之則為禍。”學(xué)生是否能“善用之”取決于學(xué)習(xí)過程中是否以問題解決及觀念建構(gòu)穿插始終，故學(xué)科核心素養(yǎng)的落地必須根植于真實(shí)的問題情境，以觀念建構(gòu)為“養(yǎng)料”方能開出“善用”之花。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社， 2020.

［2］? 石磊，李德前.研讀課程標(biāo)準(zhǔn) 關(guān)注教材變化：以“二氧化硫的性質(zhì)和應(yīng)用”教學(xué)為例［J］.化學(xué)教學(xué)， 2020（8）：43-48.

［3］? 鄒國華，童文昭，楊梓生.基于真實(shí)問題情境 指向?qū)W科核心素養(yǎng)：“酸雨及其防治”教學(xué)實(shí)錄［J］.中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2022（13）：34-38.

［4］? 楊春寧.指向深度學(xué)習(xí)的“二氧化硫的性質(zhì)”教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2022（2）：39-41.