文章編號(hào):1005-6629(2010)01-0051-03 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

教師在教學(xué)時(shí)經(jīng)常會(huì)遭遇這樣一類問(wèn)題:學(xué)生在書(shū)寫(xiě)方程式或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常忽視化學(xué)反應(yīng)所處的環(huán)境，即化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，從而產(chǎn)生如下錯(cuò)誤:強(qiáng)酸性介質(zhì)中生成堿性氣體如NH3、強(qiáng)堿性介質(zhì)中生成酸性氣體如SO2、應(yīng)該使用酸性介質(zhì)時(shí)卻使用了堿性介質(zhì)等等。正是這樣一些細(xì)節(jié)問(wèn)題導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)的失敗、工藝流程的錯(cuò)誤以及學(xué)生考試時(shí)不必要的失分。有相當(dāng)一部分學(xué)生對(duì)于這些錯(cuò)誤不以為然，多次糾正后效果甚微。

為解決此問(wèn)題筆者在高三一輪復(fù)習(xí)時(shí)專門(mén)設(shè)計(jì)了“化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)”這一節(jié)課，目的是讓學(xué)生從化學(xué)的視角去思考問(wèn)題:化學(xué)反應(yīng)是有條件的，是在一定環(huán)境下才能發(fā)生的。從而使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣，讓他們意識(shí)到細(xì)節(jié)往往決定成敗。

1 設(shè)計(jì)思想

(1)創(chuàng)設(shè)多層面、多角度的相關(guān)問(wèn)題，讓學(xué)生體會(huì)。誘發(fā)學(xué)生不斷激起認(rèn)知沖突，喚起其求知欲望，讓學(xué)生情不自禁地進(jìn)入到情景中，領(lǐng)會(huì)介質(zhì)的重要性。

(2)將教學(xué)內(nèi)容分為三大塊:無(wú)機(jī)反應(yīng)中的介質(zhì)、有機(jī)反應(yīng)中的介質(zhì)、電化學(xué)反應(yīng)中的介質(zhì)。使學(xué)生意識(shí)到介質(zhì)問(wèn)題貫穿了元素化合物、有機(jī)化學(xué)、電化學(xué)等諸多知識(shí)板塊。

(3)注重學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。盡可能聯(lián)系實(shí)際情景，將抽象的問(wèn)題具體化，讓學(xué)生感受化學(xué)的真實(shí)性、實(shí)用性和實(shí)驗(yàn)性。

2教學(xué)過(guò)程紀(jì)要

[引入]創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，激起學(xué)生的認(rèn)知沖突。

[問(wèn)題1]請(qǐng)書(shū)寫(xiě)下列反應(yīng)的離子方程式:

(1)Mg與稀HNO3反應(yīng)，HNO3的還原產(chǎn)物中N元素呈-3價(jià)。

(2)將CH4和O2通入KOH溶液中形成燃料電池，請(qǐng)寫(xiě)出電池的負(fù)極反應(yīng)式。

(3)S與NaOH溶液共熱發(fā)生歧化反應(yīng)。

[答案](1)4Mg+10H++NO3-=4Mg2++NH4++3H2O

(2)CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O

(3)3S+6OH- 2S2-+SO32-+3H2O

[學(xué)生的典型錯(cuò)誤]

(1)4Mg+9H++NO3-=4Mg2++NH3↑+3H2O

(2)CH4-8e-+2H2O=CO2↑+8H+

(3)3S+4OH- 2S2-+SO2↑+2H2O(或?qū)2-寫(xiě)成H2S等)

對(duì)于寫(xiě)3個(gè)離子方程式，學(xué)生的錯(cuò)誤率甚高。離子方程式的書(shū)寫(xiě)雖是高中化學(xué)的重點(diǎn)，可同學(xué)們并不覺(jué)得其是難點(diǎn)，一向認(rèn)為自己掌握得還不錯(cuò)，今天居然落得幾乎要全軍覆沒(méi)，頓覺(jué)氣餒。

[教師]不知道大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)自己寫(xiě)錯(cuò)的離子方程式都源于同一種錯(cuò)誤，自己回顧一下，能不能找到錯(cuò)誤的根源?

[學(xué)生]思考總結(jié)，并低聲相互討論，若有所悟。

[小結(jié)](教師巡視教室與學(xué)生交流)大部分同學(xué)的錯(cuò)誤在于沒(méi)有注意反應(yīng)所處的環(huán)境，生成物所呈現(xiàn)的形式與溶液的酸堿性是有關(guān)的。如果反應(yīng)環(huán)境是酸性的，則離子方程中不應(yīng)使用OH-;如果反應(yīng)環(huán)境是堿性的，則離子方程中不應(yīng)使用H+;其他物質(zhì)也應(yīng)以其相應(yīng)的方式呈現(xiàn)，如酸性環(huán)境生成CO2，堿性環(huán)境生成CO32-，弱堿性環(huán)境還會(huì)生成HCO3-等。

化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)決定物質(zhì)呈現(xiàn)的形態(tài)，介質(zhì)控制不當(dāng)還會(huì)導(dǎo)致化學(xué)實(shí)驗(yàn)的失敗、工藝流程的錯(cuò)誤等。所以，化學(xué)反應(yīng)需要在合適的介質(zhì)下進(jìn)行。今天我們這節(jié)課就來(lái)學(xué)習(xí)一下介質(zhì)對(duì)無(wú)機(jī)反應(yīng)、有機(jī)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)中的重要性。

2.1無(wú)機(jī)反應(yīng)中的介質(zhì)

[問(wèn)題2]判斷下列離子組是否能大量共存

A. pH=7的溶液中:Fe3+、Cl-、SO42-、Na+

B. NH4+、Al3+、NO3-、HCO3-

C. 使甲基橙呈紅色的溶液中: K+、NO3-、Na+、 [Ag(NH3)2]+

[解析]均不能共存。A中的Fe3+應(yīng)存在于酸性介質(zhì)中，pH=7的中性介質(zhì)中鐵元素應(yīng)以Fe(OH)3形式存在;B中的Al3+和HCO3-因發(fā)生雙水解反應(yīng)不能共存。C中[Ag(NH3)2]+ 在酸性介質(zhì)中不能存在，其配體NH3可以與介質(zhì)中的H+反應(yīng)， 使[Ag(NH3)2]+遭受破壞， 所以[Ag(NH3)2]+只能存在于堿性介質(zhì)中。

[問(wèn)題3]腐蝕銅板后的混合溶液中含Cu2+、Fe3+和Fe2+，請(qǐng)參照下表(表1)給出的數(shù)據(jù)和藥品，簡(jiǎn)述除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+的實(shí)驗(yàn)步驟。

[解析]從表中數(shù)據(jù)可以看出，將介質(zhì)的pH調(diào)至3.2即可將Fe3+完全轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3除去。但是通過(guò)調(diào)節(jié)介質(zhì)的pH的方式無(wú)法將Fe2+與Cu2+分離，故應(yīng)先將Fe2+氧化成Fe3+，然后再調(diào)節(jié)介質(zhì)的pH。

[答案]實(shí)驗(yàn)步驟為:①通入足量氯氣， 將Fe2+氧化成Fe3+; ②加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2～4.7;③過(guò)濾以除去Fe(OH)3。(若不限制藥品， CuO、 Cu(OH)2、 CuCO3、 Cu2(OH)2CO3等均可用來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH)。

從上題可以看出，用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄕ{(diào)節(jié)介質(zhì)的pH，可以將不同的金屬陽(yáng)離子實(shí)現(xiàn)分離。

2.2 電化學(xué)反應(yīng)中的介質(zhì)

[問(wèn)題4]對(duì)氫氧燃料電池若使用的電解質(zhì)不同，兩極發(fā)生的反應(yīng)也不同，請(qǐng)寫(xiě)出下列氫氧燃料電池的極反應(yīng)方程式:

(1)稀H2SO4作電解質(zhì)溶液

(2)KOH溶液作電解質(zhì)溶液

(3)固體氧化物作電解質(zhì)(高溫下傳遞O2-)

(4)熔融碳酸鹽作電解質(zhì)

[解析] (1)由于使用了酸性介質(zhì)，所以書(shū)寫(xiě)方程式應(yīng)使用H+和H2O(以下類似) 。負(fù)極 2H2-4e-→4H+， 正極O2+4e-+4H+→2H2O;

(2)負(fù)極 2H2-4e-+4OH-→4H2O，

正極 O2+4e-+2H2O→4OH-;

(3)負(fù)極 2H2-4e-+2O2-→2H2O，

正極 O2+4e-→2O2-;

(4)負(fù)極 2H2-4e-+2CO32-=2H2O+2CO2↑，

正極 O2+4e-+2CO2→2CO32-。

由于使用了不同的介質(zhì)，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)截然不同。

[問(wèn)題5]在鋁表面著色，先用電解法使鋁表面附上一層氧化鋁。其方法是將鋁件作陽(yáng)極，鐵作陰極，用碳酸氫鈉作電解液，進(jìn)行電解。其原理是，通電后在鋁件與電解液的接觸面上逐漸形成一層 Al(OH)3薄膜， 薄膜的某些部位存在著小孔， 電流從小孔通過(guò)并產(chǎn)生熱量使 Al(OH)3分解， 從而在鋁件表面形成一層較厚的氧化膜。試回答:

(1)鋁件表面形成一層 Al(OH)3 薄膜的電極反應(yīng)式為_(kāi)________。

(2)電解過(guò)程中，必須使電解液pH保持相對(duì)穩(wěn)定(不能太大，也不能太小)的原因是_______。

(3)使用電解液為NaHCO3溶液，會(huì)減緩陰極區(qū)溶液pH的增大，能說(shuō)明這一原理的離子方程式為_(kāi)_________________。

[解析]陽(yáng)極應(yīng)是鋁失電子生成Al3+，而生成的Al3+可和電解質(zhì)溶液中的HCO3-發(fā)生雙水解反應(yīng)生成Al(OH)3 薄膜， 進(jìn)一步分解生成氧化鋁薄膜。 陰極應(yīng)是電解質(zhì)溶液中的水電離出的H+離子得電子生成氫氣，同時(shí)陰極區(qū)溶液pH增大，會(huì)使氧化鋁薄膜溶解。但這里使用NaHCO3電解液，HCO3-與生成的OH-反應(yīng)，從而會(huì)減緩陰極區(qū)溶液pH的增大。故合理使用介質(zhì)是氧化鋁薄膜能否形成的關(guān)鍵。

[答案](1)Al-3e-→Al3+， Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑; 或Al+3HCO3--3e-=Al(OH)3↓+3CO2↑;

(2) Al(OH)3、Al2O3均有兩性， pH太大或太小，都會(huì)使氧化鋁薄膜溶解。

(3)HCO3-+OH-=CO32-+H2O 。

2.3 有機(jī)反應(yīng)中的介質(zhì)

[問(wèn)題6]已知:R-CH=CH2 R-CH2-CH2

-Br

[解析]這是2006年江蘇省高考化學(xué)試題23題第(4)小題，合成的流程并不復(fù)雜，一般學(xué)生都能找到正確的思路，但是得分卻不高。原因是在合成的過(guò)程中反復(fù)涉及了酸堿性不同的介質(zhì)，起始物質(zhì)中的官能團(tuán)-COOH應(yīng)根據(jù)不同的情況發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)。第一步堿性介質(zhì)-COOH應(yīng)轉(zhuǎn)化成-COONa，第二步酸性介質(zhì)-COONa應(yīng)轉(zhuǎn)化成-COOH，第三步堿性介質(zhì)-COOH又轉(zhuǎn)化成-COONa。具體合成流程如下:

很多同學(xué)正是忽視了這些細(xì)節(jié)問(wèn)題而失分。

由此可見(jiàn)，許多化學(xué)反應(yīng)是在一定的介質(zhì)下進(jìn)行的?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)、工業(yè)生產(chǎn)等應(yīng)根據(jù)要求合理使用介質(zhì)，才能確保成功。我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的“介質(zhì)”觀念，培養(yǎng)學(xué)生良好的化學(xué)素養(yǎng)。

[后記](méi)《化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)》是一節(jié)蘇州市的公開(kāi)課，聽(tīng)課老師普遍反映良好。經(jīng)過(guò)這節(jié)課后，學(xué)生思考這類問(wèn)題的意識(shí)明顯增強(qiáng)，由于介質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致的考試失分也明顯減少。