知识?方法?思维并行的教学复习

蒋新征

摘要：通过红酒中的SO2设计了一系列问题作为硫元素及化合物复习的平台，又以综合实验题作为SO2制备的知识和方法的补充。尝试将知识、方法、思维并行为一体的教学复习。从生活走进化学，激发兴趣，以层次性问题为主线、以方法和思维为先导，从定性到定量、从知识到能力的变化中不断渗透学生科学探究能力的培养。将SO2的性质、氧化还原反应、实验、计算等知识进行逐级融合，构建学科观，提升问题解决能力。

关键词：二氧化硫；实验方案设计；发展思维；问题解决

文章编号：1008-0546（2017）05-0049-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.015

一、教学背景及设计意图

这是一节高三元素及化合物内容的复习课（苏教版必修2）。学生对氧化还原反应原理、离子反应的本质及卤族元素、金属元素及化合物知识已有了积累；对卤素中的Cl2和HClO及其盐等强氧化性物质的典范，金属元素及化合物所表现出来的强还原性、碱性及在水溶液中离子颜色的多样性也有一定的了解。本节涉及的SO2是典型的还原性物质，其丰富多变的价态及多角度的转化关系成为了构建物质转化网络、巩固氧化还原反应及离子反应的复习成果的重要载体，能够充分体现学科素养中的元素化合价思想。本文改变原有的从物质结构、性质、制备、用途等角度罗列元素及化合物知识点复习模式，以生活中常见的事物作为新的学习载体，深挖角度，提出新的问题，层层递进，回归物质本身，全面认识物质。以情境化问题带知识、概念，以分析问题带思考方法，以综合实验题带知识与方法的弥补，以解决问题带学生思维能力的发展，做到知识、方法、思维并行的教学复习，以期解决复习中时间紧缺和能力滞后的问题，从而提升课堂复习的实效性。

二、考试大纲说明

关于“常见无机物及其应用”，2017年普通高等学校招生统一考试大纲的说明作了如下说明[1]：

（1）在解决化学问题的过程中，运用化学原理和科学方法，能设计合理方案，初步实践科学探究。

（2）了解定量研究方法是化学发展为一门科学的重要标志。

（3）了解常见非金属元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。

（4）了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境的影响。

三、教学过程

1.生活情境中元素化合物与复习内容的联系，注入新的学习载体，巩固知识点。

师引：SO2气体的过量排放，的确引起酸雨等环境的危害[2]。但是，SO2也有杀菌的作用。请学生阅读“葡萄酒中SO2的作用”的资料。

资料：国际上，绝大部分葡萄酒，在配料表中都会标出含有SO2。据了解，SO2通常作为保护剂添加到葡萄酒中，部分生成亚硫酸，而亚硫酸的酸性具有杀死葡萄皮表面杂菌的作用。它也是一种抗氧化剂，在保护酒液的天然水果特性的同时防止酒液老化。开瓶倒入酒杯少许轻摇后，酒中所含SO2的30%～40%会跟空气作用而被氧化。但同时，SO2含量过高时会使葡萄酒产生如腐蛋般的难闻气味，人体饮用后会引发急性中毒，严重的还可能引起肺水肿、室息、昏迷。因此，葡萄酒中的SO2含量一直属于葡萄酒检测中要严格监控的检测项目。每个国家对酿酒过程中能加入的SO2最大限度都有专门的法律规定。欧盟规定红葡萄酒中SO2的最高含量为160mg/L，白葡萄酒和粉红葡萄酒为210mg/L，我国规定不超过250mg/L。

师问：从上述资料中，找出与我们复习内容相关的“SO2物理性质和化学性质”的知识点。

生答：SO2与水反应生成亚硫酸，说明SO2是酸性氧化物，溶于水；杀菌作用；还原剂；刺激性气味；有毒。

师补：SO2易溶于水，体积比为1∶40；密度比空气大；SO2的沸点-10℃。

师问：作为抗氧化剂时，被空气氧化的是SO2气体？还是SO2化合后的H2SO3？

生答：SO2与O2的作用需要催化剂且加热，反应条件比较苛刻，常温常压下混合时，不反应。所以推断应该是H2SO3被氧化。

师引：请写出反应的化学方程式。

生练：（板书）2SO2+O2 2SO3；SO2+H2OH2SO3，2H2SO3+O22H2SO4。

师问：用什么方法可以将“SO2的最高含量160mg/L”转化为SO2的物质的量浓度？

生练：（板书）c（SO2）=0.0025mol/L

师引：SO2性质还有一个显著特征：漂白性，在上述资料中也有隐藏，但由于含量的关系没有表现出来（葡萄皮中含有花色素苷，一定含量的SO2可以使花色素苷褪色）。请学生阅读“对比性实验方案”的资料，学习实验方案设计中的思维方法。

生答：干白葡萄酒不能使品红溶液褪色的原因是酒中SO2或H2SO3的含量太少，同样，红酒中的亚硫酸含量也很少，无法使红色素褪去。

2. 化合物含量测定的实验方案设计的思考，提出新的学习问题，发展思维能力。

师问：可以采用哪些方法来测定样品酒中极少的SO2含量？

生讨论：可以考虑滴定法或质量、体积等物理量的表征来测定物质的含量，因为电子天平、酸碱滴定管、量气管等仪器的精确度高，可以测定微量的物质（毫克等级的含量）。

师引：很好。滴定法、沉淀法和体积法都可以采用。但是，有个实际的问题，大家不得不考虑，样品酒中除了微量的SO2，还有其它物质。请学生阅读“葡萄酒中化学成分”的资料。

资料：葡萄酒中主要化学成分是水和乙醇以及少量酒石酸、柠檬酸、苹果酸、乳酸、醋酸、酚类物质、氨基酸、维生素C等。

师引：这些物质对SO2含量的测定将产生极大的影响。例如，用碘水作滴定剂直接滴定SO2，淀粉作指示劑，碘水也会与维生素C反应，造成结果偏大；若用氢氧化钠标准溶液滴定，也会消耗其它酸，造成结果偏大等。那该怎么办呢？

生讨论：利用SO2的沸点低，将SO2蒸馏出来，收集，液化等，再测其含量。

师问：非常好，能灵活应用物质间沸点的差异，使用正确的分离物质的方法。那么，有哪些氧化剂可以氧化SO2，从而收集SO2？

生讨论：常见的强氧化剂可以是O2、X2（卤素单质）、KMnO4（H2SO4）、FeCl3、H2O2、HNO3等物质。气体使用起来不方便，可以用碘水、酸性高锰酸钾溶液、氯化铁溶液、双氧水、硝酸等液态物质来氧化吸收SO2气体。

师引：接下来，我们来选择适当的仪器组装一套蒸馏、收集SO2气体的装置。

生讨论：蒸馏烧瓶、冷凝管、温度计、牛角管、锥形瓶。

师质疑：此套蒸馏装置可以蒸馏出SO2气体，但同学们忽略了刚才的两个信息：①SO2的沸點-10℃，很低，只需稍微加热即可；②资料显示酒中还有很多有机物，其沸点也很低，所以加热过程，也会随着SO2气体逸出。这样，分离的目标就无法实现。怎么改进呢？

生讨论：SO2与其它有机物分离，可以利用冷凝回流的办法，让有机物质流回圆底烧瓶。同时，温度计也可以不用，因为不需要测物质的温度。

师总结：很棒，实验过程的细节考虑的越来越合理。下面给出装置图，仅供参考。

师引：实验最终测定的物理量是随着吸收SO2试剂的变化而变化的。我们可以尝试用假设法先来逐一分析吸收过程的反应现象及溶液的成分问题。当然，为了充分吸收气体，试剂是过量的。请学生按照“试剂”资料逐一讨论。

资料：假设的试剂有NaOH溶液、碘水、双氧水、酸性高锰酸钾溶液、BaCl2溶液、Ba（OH）2溶液、双氧水和BaCl2溶液、酸性高锰酸钾和BaCl2溶液等8种。

生讨论：（做笔记）

① 若用NaOH溶液，没有明显的现象，生成Na2SO3，溶液中含有Na2SO3和NaOH。

② 若用碘水，深黄色溶液变浅，生成H2SO4，溶液中含有H2SO4、HI和I2。

③ 若用双氧水，没有明显现象，生成H2O，溶液中含有H2SO4和H2O2。

④ 若用酸性高锰酸钾溶液，紫红色变浅，生成MnSO4，溶液中含有MnSO4、K2SO4、H2SO4和KMnO4。

⑤ 若用BaCl2溶液，没有现象，不发生反应，即SO2气体无法被吸收。

⑥ 若用Ba（OH）2溶液，有白色沉淀，生成BaSO3固体，溶液中含有Ba（OH）2。

⑦ 若用双氧水和BaCl2溶液，有白色沉淀，生成BaSO4固体，溶液中含有H2O2和BaCl2。

⑧ 若用酸性高锰酸钾和BaCl2溶液，有白色沉淀，生成BaSO4固体，溶液中含有H2SO4、KMnO4 和BaCl2（存在矛盾）。

师引：由①～⑧（⑤除外）体系中的组成成分可以确定最终物理量测定的实验方法。我们先观察后3种方案。

生答：显然，⑥、⑦、⑧可以使用质量法来测定，将体系过滤后，烘干，使用电子天平称其固体的质量，从而依据硫元素守恒计算SO2的物质的量，再除以前面蒸馏时所用酒样品的体积，即可得到SO2的浓度。

师疑：对吗？⑥中亚硫酸盐具有还原性，容易被空气氧化为硫酸钡，所以实验操作过程中称出来的质量将会偏高，存在误差。而⑧中，还存在着一个自身矛盾的问题，是什么呢？

生答：看出来了，混合试剂本身存在着矛盾，酸性高锰酸钾所用的酸为硫酸，而H2SO4会与BaCl2生成BaSO4白色沉淀，这部分沉淀不是由SO2氧化而得到的，会造成误差偏大。

师总结：所以，质量法只有⑥方案可行。大家思考问题时，千万不能笼统、模糊，而要具体化和细节化，找出矛盾点（即物质间的反应），提升思维的准确性。

师引：（滴定法的难度较大，学生在思考其方案方面较薄弱，尤其是终点现象的判断和干扰试剂的处理两方面都很不准确，可以说是集知识、方法和思维为一体的难点，教师给予必要的引导和帮助）①～④方案都可以采用滴定法来测定SO2的物质的量，但是，处理方法上各有不同。

生讨论：

方案①中滴加酚酞为指示剂，用标准HCl溶液滴定至终点，出现红色变为无色，此过程，只有剩余的NaOH被HCl滴定，Na2SO3不会被HCl滴定。

方案②中由于H2SO4、HI和I2均会与NaOH溶液反应，离子反应式为：SO2+I2+2H2O4H++SO42-+2I-，3I2+6OH-5I-+IO3-+3H2O。所以先考虑除去剩余的I2单质，用CCl4溶液萃取分液法，可以分离出剩余的碘单质，再以酚酞为指示剂，用NaOH标准溶液滴定水溶液中的H+的物质的量，终点颜色由无色变为淡红色。（或者，以淀粉溶液为指示剂，用Na2S2O3标准溶液测定碘单质的物质的量，终点颜色由蓝色变为无色。）

方案③中由于H2O2存在将会氧化酚酞而破坏终点的指示，所以先通过加热方法来除去剩余的H2O2，再以酚酞为指示剂，用NaOH标准溶液滴定H2SO4的物质的量，终点颜色由无色变为淡红色。

方案④可以用FeSO4标准溶液来滴定剩余的KMnO4溶液，终点时紫红色刚好褪去。

师总结：有些方案乍看起来行不通，但是经过思考，巧妙利用物质的分离方法，综合运用所学的知识，还是可以准确测定物质的含量，这种收获可谓是“柳暗花明又一村”。下面列出了①～④方案的计算公式，让学生深入理解反应原理。

3.化合物的制备与性质的综合实验思考，弥补知识与方法，提升问题解决能力。

师引：由于SO2的制备和酸性氧化物的表现在上述学习资料中无法体现，还需选择其它载体来复习。请学生思考一道“综合实验题”的资料。

资料：某研究性学习小组欲探究SO2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO3沉淀，进行如下实验。已知浓硫酸的沸点为338℃，加热时酒精灯火焰的温度为400℃～500℃。

①甲同学用装置I进行实验，发现BaCl2溶液中出现白色沉淀，且白色沉淀不溶于盐酸，请解释生成该白色沉淀的可能原因 ， （用离子方程式表示）。

②乙同学认为甲同学的装置不完善，设计了改进装置II进行实验（夹持装置和A中加热装置已略，气密性已检查）。

ⅰ.打开弹簧夹通入N2，一段时间后关闭弹簧夹；

ⅱ.滴加一定量浓硫酸，加热A，一段时间后，A中有白雾生成，铜片表面产生氣泡。B中有气泡冒出。C中未见沉淀生成。操作ⅰ的目的是 ；装置B中的试剂 。

③丙同学取乙实验后的C中溶液少许，滴加一种无色溶液，产生不溶于盐酸的白色沉淀，丙同学滴加的试剂可能是 （填字母编号）。

A.NaOH溶液 B.H2O2溶液

C.新制氯水 D.酸性KMnO4溶液

④装置D中与导管连接的是硬质玻璃管，则装置D的作用是 。

参考答案：

①Ba2++SO42-BaSO4↓

2Ba2++2SO2+O2+2H2O2BaSO4↓+4H+

②通N2一段时间，排除装置的空气；饱和NaHSO3溶液

③B

④吸收多余的SO2，防止倒吸

师总结：（能力提升）通过实验综合题的思考和解答，可以复习SO2的实验室制备和工业制备，实验室制备可以是Cu与浓硫酸加热反应，也可以是Na2SO3固体与浓硫酸加热反应。工业制备可以是黄铁矿在沸腾炉中的煅烧，也可以是硫磺直接燃烧等；可以复习SO2不与BaCl2为代表的可溶性强酸盐反应生成白色沉淀的这个难点知识原理，让学生在思考过程中得到深刻理解和体会“只见树叶不见森林”或“只看现象不注重原理”的片面认识；同时，复习SO2可以被碱液吸收，若用NaOH，其成本较高，但吸收效率高；若用石灰乳，生成石膏，成本低；还可以用氨水吸收，得到铵态氮肥，但成本较高、运输不方便等。这些复习有效地弥补了SO2的知识和方法，在解题过程中也提升了学生问题解决的能力。

四、教学反思

（1）深入挖掘物质的应用价值，在新的学习载体中复习知识、提出问题，运用方法，提升思维能力，从而达到激发兴趣、巩固知识、灵活迁移方法，发展发散和逻辑的思维能力，内化学科素养和学科观。尝试解决高三普遍存在的复习时间紧缺问题和能力提升缓慢的问题，避免陷入效率低下的“题海战术”和复习中常见的“炒冷饭”问题。

（2）SO2可用作食物的杀菌剂和防腐剂，学生也会改观SO2不好的方面，类似NO也会成为“明星分子”的良好效应。这说明物质具有两面性，学生学会辩证看待问题，多角度分析问题。学生也会体会到量变引起质变，通过实验条件控制，化害为利，实现自然与社会的和谐发展。

（3）本节课以红酒中的SO2为背景设计一连串的问题作为平台，丰富学生的有效复习方法和提高思维能力，通过综合实验题中相关SO2问题的解决以提升学生思维的灵活性和信息迁移能力。这样的设计是集知识、方法、思维为一体的复习模式的一种尝试，其问题的创新还需周密考虑，实验方案还需重复实践，学生讨论时间的掌握、学生发现问题的能力和解决问题能力的提高还需要进一步探索。

参考文献

[1] 教育部考试中心.2017年普通高等学校招生全国统一考试大纲的说明（理科）[M].北京：高等教育出版社，2015

[2] 王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1[M].南京：江苏教育出版社，2014