让学生体会化学有功于人类——《二氧化硫的性质和作用》教学设计

鲁衍旭 杨华文 黄爱民

（1宝应县安宜高中 江苏 宝应 225800；2宝应县教育局教研室 江苏 宝应 225800）

一、教学背景

由于预习、由于资料、由于媒体、由于网络，把许多原先认为需要探究，学生才能知道的内容，变成了己知，以至于许多探究演变为了“知道谜底来猜谜”，很难真正从心、智、情三方面体验探究。如果把本课定位于酸雨的探究，就可能陷入上述窘境；本课（苏教版）相对简单的化学知识，却能在人类生态灾难之一的酸雨问题中发挥重大作用；最近重读宋心琦教授《什么是化学学科的大问题》一文中“尽管环境问题的产生和作为自然科学之一的化学并无直接的关系，但是由于人们在谈及污染问题时，多以污染物的存在和危害性为依据（例如上个世纪70年代发现的与臭氧空洞生成有关的氟里昂和近日由有毒奶粉引出的三聚氰胺事件），自然会联想到与研究和合成物质密切相关的化学，当人们不能严格分清化学学科和包含着化学过程的物质生产过程之间的差别时，把环境污染问题更多地归因于化学，应当是一种可以理解的误解。所以，依据一切（化学）物质都是化学的研究对象，因而简单地把化学物质的存在等同于化学，即由所谓“处处有化学”推衍出来的“因为我们生活在一个物质世界中，化学不可须臾别离，所以化学是最重要的基础学科”和 “因为所有的污染物都是化学物质，所以化学是环境污染的罪魁祸首”两种极端而片面的看法的同时存在，就不足为奇了。”这些都给我极大的触动，产生了“用酸雨中化学知识为素材，让学生真实体会化学有功于人类”的设计构想。

当确定了上述构想后，另一个问题又冒出来：用酸雨来承载教材（苏教版）中二氧化硫的性质是合适的，但教材中二氧化硫的性质要比多年以考定教所圈定的内容要少许多，如：SO2易液化，SO2不能使石蕊试液褪色，SO2有氧化性、与H2S反应方程式，氯气与SO2和H2O或H2SO3反应方程式，溴水与SO2的反应方程式，高锰酸钾与SO2的反应现象……这些内容要补充吗？最后，考虑到必修课程的性质、课堂的容量、学生的可接受及本课的上述设计构想，舍弃了；新授课，不能急于求全。

二、设计思路

将SO2性质的学习与酸雨问题的思考进行有机融合，以寻找和设计验证酸雨问题解决中所用化学知识的方式，让学生体会化学是如何在其中发挥作用的，感受有功于人类的化学，从理性层面上，形成对化学学科稳定、持久的美好情感；并以此美好情感来促进对SO2性质的学习。具体流程如下：

三、教学目标

知识与技能：知道硫酸型酸雨的形成原因、过程；掌握SO2主要性质。

过程与方法：通过阅读、思考、交流、讨论，理解在解决酸雨问题中发挥作用的化学知识，并用实证的方法验证这些知识的可信度。

情感态度与价值观：通过“酸雨产生不是化学之过，酸雨解决化学在发挥积极作用”的体验，让学生体会化学有功于人类社会，形成对化学的美好情感。

四、教学过程

1．感受酸雨危害之烈

酸雨污染每年给我国造成损失超过1100亿元：

据新华社北京2004年10月9日电：中国环境科学研究院、清华大学等单位的研究结果表明，由二氧化硫等导致的酸雨污染每年给我国造成损失超过1100亿元，整个大气污染所造成的损失每年约占我国GDP的2%至3%。 （投影l）

酸雨袭击南极：

令人震惊的是，南极也观测到了酸雨，而且是比较强的酸雨。例如，中国南极长城站1998年4月曾先后8次观测到酸雨，其中最低pH值只有4．45。长城站的铁质房屋和塔台被锈蚀得成层剥落，有的不得不进行更新。为了减缓腐蚀，每年要刷2－3次油漆。（投影2）

知识回顾：

初中我们己经知道 “人们通常把pH小于5．6的降雨称为酸雨”。“我国的能源消耗中，燃煤约占70%，燃煤排放的二氧化硫进入大气后，形成硫酸型酸雨”；“20世纪90年代末，我国酸雨区面积高达200万平方千米，是世界三大酸雨区之一。”（投影3）

“酸雨危害很大，它进入湖泊、江河会导致鱼类死亡，影响水生生物的生长和繁殖；它进入农田会使土壤酸化，导致矿物营养元素流失，破坏农作物和森林的生长；酸雨还能使桥梁、艺术品、建筑物、机器等腐蚀损坏；酸雨更会危害人体的健康。”（投影4）

设计意图：让学生对酸雨的危害有较为深切的感受，为深入思考下面的“在解决酸雨问题的过程中，化学是怎样发挥积极作用的？”营造心理层面的动机驱动。

2．创设情境，从整体上寻找在解决酸雨问题中化学可发挥作用的环节

师：酸雨是一种环境灾难，人类社会是一定要解决酸雨问题的；请大家设想一下：在人类解决酸雨问题的过程中，如果你是化学家，你可以在哪些环节上运用化学知识，参与其中呢？阅读教材P88－89中有关酸雨的内容，会对你有所启发。

师板书课题：二氧化硫的性质和作用

生：思考、阅读、讨论、交流、归纳整理如下：

在解决酸雨问题的过程中，化学知识可以在以下环节上发挥作用：

环节1：化学帮助我们界定了酸雨的概念，并提供了判断酸雨的实验方法。

环节2：化学帮助我们寻找酸雨中的危害物（具体以我国的硫酸型为例，下同）。

环节3：化学帮助我们寻找酸雨中的危害物的来源

环节4：从化学角度制定了酸雨防和治的思路

师：大家的设想很好！好在这些环节的前后顺序体现了问题的研究序：是什么（环节1）→为什么（环节2、3、4）→怎么办（环节5），好在能充分的运用化学视角来研究问题。

设计意图：让学生在具体的情境中，以“解决酸雨问题中的化学家”的身份，从化学视角切入问题，可极大地发挥学生主体作用，在帮助学生归纳后，采用了言之有物的激励评价，既可激发学生学习热情，又可帮助学生深化对问题的理解。

3．进入解决酸雨问题中化学可发挥作用的具体环节教学

师：下面我们依次进入上述各环节，具体了解化学知识发挥作用的过程。环节1中，提到化学帮助我们界定了酸雨的概念：人们通常把pH小于5．6的降雨称为酸雨。这个概念的具体来历在书上并没有，不过从化学角度看可由两条路径，其一是实验测量雨水的PH，记录对应危害情况，找出造成危害的临界值并以此为界，但这种方法因危害情况难以调查，无法实施；另一方法是先合理推想：地球生态系统，就是在有空气中CO2溶解雨水参与下形成的，故有空气中CO2溶解的雨水尽管呈酸性，却不会造成生态灾难，因此它不是酸雨，是正常降雨；可见酸雨之酸性应比正常降雨强；再采用实验法，测出空气中CO2溶解水形成饱和液的pH并以此为界。显然后一思路是可行的，因此，请大家设计实验测出这个pH。

生：收集洁净空气通入蒸馏水中到饱和，测饱和液pH。

师：如何收集洁净空气？如何让它顺利通入水中？怎么知道饱和？几个组测出的数据不同怎么办？有没有更简便的方法？

生思考、交流、讨论，师参与、点拨，最后师生共同选定两法：①用大注射器吸入少量蒸馏水后，针尖朝下吸气，针尖朝上排气，反复二十次后，开始用pH试纸测量pH，以后每十次吸、排气测1次，直到pH几乎相同为止；②将养金魚的小压缩机出气管，插入盛放在小烧杯中的蒸馏水（20mL）中（注意气管洗净和固定，防止通气后气管滑出），接通电源、打开开关通气，通气2分钟开始测量pH，以后每30秒测1次，直到pH几乎相同为止。几个组测出的数据不同，可以像“中央台青歌赛”上一样，去掉最高、最低值后，算均值。

生实施实验：由于仪器准备不足的原因，选择了前一种方案进行实验。

师：酸雨概念的界定由化学完成了，那么对真实的降雨来说，判定它是否为酸雨，用什么化学方法来做？

生齐答：用pH试纸测pH值。

设计意图：让学生在探究酸雨界定的“思路形成→实验原理→实验方案”过程中，体验探究的科学本质是依据（界定思路的合理、可行）和证据（最好有实验支撑），感受实验原理与实验方案巨大差异，让学生注意实验方案可行和简约；通过环节一，验证了初中的知识，清楚了这个界定的由来，也体会了化学在酸雨是什么的问题解决立了第一功。

师：对于环节二和环节三的结论，大家可以从书上的图读出，请大家全面有条理的将结论表达出来。

生思考、交流、讨论、展示：酸雨中的危害物是H2SO4，来源是化石燃料燃烧、含硫金属矿物的冶炼、硫酸的生产中产生的释放到空气中的SO2，从来源物SO2到危害物H2SO4的变化过程，有两个并行的途径①SO2+H2O=H2SO3、2H2SO3+O2=2H2SO4②2SO2+O2=2SO3、SO3+H2O=H2SO4

师：容易体会到，上述化学知识成功地解释了硫酸型酸雨中的危害物及其产生过程；如果我们能模拟出这个过程，那上述解释就更为可信了。请大家尝试设计实验验证。

生思考、交流、讨论，师参与、点拨，最后师生共同拟定下列验证点：

①证实老师提供的气体确为SO2。

②用双氧水代替氧气，来模拟SO2被氧化为H2SO4的过程，特别注意检出是否有SO42-生成。

师：请大家阅读书P88-89二氧化硫相关內容后，就上述内容设计实验方案。

生思考、交流、讨论，师参与、点拨，最后师生共同认定书上P88页的观察与思考中的实验1、2、3，只要对其稍加改动，就是很好的方案；改动后的叙述如下：

实验1：用针筒抽取老师提供的气体85 mL后，再吸入15mL蒸馏水，用橡皮塞堵住针筒前端，振荡（这比直接向集气瓶中加水振荡要环保，但老师提供的气体瓶子最好是质地较软的塑料瓶，以方便抽气），然后将5mL水溶液加入小烧杯，用pH试纸测其pH值，记录，待下课后再测其pH（目的是通过pH变化，反映H+浓度变化，进而分析其中是否有弱酸H2SO3向强酸H2SO4的转化，这个比下面“用双氧水代替氧气，来模拟SO2被氧化为H2SO4的过程”更真实，但因耗时过多而被淡化处理）。

实验2：向试管中加入5mL水溶液，滴加品红溶液，振荡，然后套上小气球加热试管，观察加热前后溶液颜色的变化 （目的是用SO2的漂白性鉴定老师提供的气体是否为 SO2）。

实验3：向另一试管加入最后5mL水溶液，滴加氯化钡溶液，再滴加0.5mL3%的过氧化氢溶液，振荡，观察过氧化氢加入前后的现象（目的是通过过氧化氢加入前无沉淀、后有沉淀，说明在过氧化氢的氧化下确实有硫酸生成，增加了酸雨生成解释的可信度）。

设计意图：能自学的内容让学生自学，但要重视自学结果的评价（没用再现，而用了展示和应用于酸雨问题的方法），这样才能做到学生主体作用发挥的有效、高效。对知识进行实证，是一种学习方法，也是批判、质疑、不盲从的科学态度，因此，轻视对知识进行验证，贬低验证性实验的价值是没有什么道理的。

师：对于酸雨防和治，既需要包括化学在类的各种自然科学的理论和技术支撑，又需要人的环保意识的提高，还需要国家的立法、执法，最后还要国际合作。不过化学既然可以出力，那么请大家从化学的视角出发，提出自己的想法，也是应该的，大家讨论吧！

生思考、交流、讨论，师参与、点拨，最后师生共同拟定了下列防和治的思路：

（1）基于元素守恒，如果在燃料中没有硫元素，就不会产生硫酸型酸雨，因此可以①开发新能源，不用含硫燃料②对含硫燃料进行脱硫处理。

（2）阻断SO2进入大气，使生成硫酸的反应因反应物缺失，无法进行①固硫——将SO2变为硫酸盐②分离出SO2加以综合利用，如制硫酸。

（3）化学方法中和酸雨带来的酸性。

4.归纳解决酸雨问题中发挥作用的化学知识

师：酸雨并不是化学、化学家造成的，但日常生活中却常常把环境污染归罪于化学，通过以上分析，我们又知道了酸雨问题的解决是需要化学发挥作用的，也就是环境问题的解决还要依靠化学，这样看来：把环境污染归罪于化学是一种误解，化学对于人类社会有功，化学将还会在包括环境保护在内的各个方面发挥其巨大作用。下面请大家把在酸雨问题解决中发挥作用的化学知识归纳一下。

生思考、交流、讨论、展示：

①SO2无色、有刺激性气味的气体，有毒。

②SO2易溶于水，与水的反应为：SO2+H2O=H2SO3水溶液呈酸性，SO2是酸性氧化物。

③SO2能漂白某些有色物质（如能漂白品红溶液，不能漂白pH试纸），漂白是因为生成物无色，加热后恢复原色则说明生成物不稳定；这与HClO、H2O2以及活性炭的漂白原理有本质的不同。

④SO2能与 O2反应：2SO2+O2=2SO3， 体现了 SO2的还原性。

⑤H2SO3能与O2、H2O2反应，体现了H2SO3的还原性，其中与O2的反应为2H2SO3+O2=2H2SO4。

设计意图：让学生在回味有功于人类的化学的同时，对化学知识进行梳理，有美好感情支配下的知识梳理，应该高效。