張志輝

(江蘇省常州高級中學(xué) 江蘇常州 213003)

化學(xué)教學(xué)中的幾個疑難探討

張志輝

(江蘇省常州高級中學(xué) 江蘇常州 213003)

江蘇新課程改革已經(jīng)歷了一個輪回,大家通過自己的身體力行,發(fā)揮自己的聰明才智,對新課程有了更深的認(rèn)識和領(lǐng)會。新課程強(qiáng)調(diào)“從學(xué)生的實際出發(fā),促進(jìn)每個學(xué)生的發(fā)展”,鑒于此,教材在編排上很注重學(xué)生能力的培養(yǎng),開放性和探究性的內(nèi)容比較多,再加上現(xiàn)在的學(xué)生思維很活,會問你很多的為什么,這許多為什么有很多是出乎教師意料的,甚至有些是教師自己都不知道的。而這些疑惑在實踐過程中是不可避免的。面對這些疑難,我們怎么辦？聽之任之是不行的,因為這樣一些問題中有很多是非常好的課堂動態(tài)生成資源,我們積極地正確地解決對學(xué)生的學(xué)習(xí)、教師的成長通常會收到很好的效果。以下試舉我們在教學(xué)實踐中遇到的諸多問題中的幾例和大家共同探討。

【疑難1】

蘇教版《化學(xué)1》（王祖浩主編）專題2“從海水中獲得的化學(xué)物質(zhì)”,第一單元“氯、溴、碘及其化合物”中遇到這樣一道題目：氯氣通入淀粉碘化鉀溶液會看到什么現(xiàn)象？繼續(xù)通氯氣溶液會有怎樣的現(xiàn)象？為什么？

這道題目看上去很簡單,大家都很容易得出答案：首先看到溶液變藍(lán),是因為發(fā)生了如下反應(yīng)：生成的碘單質(zhì)使淀粉變藍(lán)；通入過量氯氣時,氯氣與碘分子發(fā)生反應(yīng)：碘單質(zhì)不斷消耗,溶液的藍(lán)色不斷變淺,直至消失。

問題來了：碘為什么能使淀粉變藍(lán)？淀粉遇碘都變藍(lán)嗎？那顯色原理是什么？為什么我們實際做實驗時發(fā)現(xiàn)淀粉溶液的藍(lán)色中略帶紫色？等等。

對于這些問題要想模糊回答很容易,但要想深入下去,解釋清楚,是相當(dāng)不容易的。解決這些問題,我們首先得認(rèn)識一下淀粉。

淀粉（starch）主要存在于植物的種子和塊根里,谷類中含量較多,大米中約含淀粉80%,小麥中約含70%,土豆中約含20%。淀粉為白色粉末,不溶于水和一般有機(jī)溶劑。天然淀粉主要由直鏈淀粉（amylose）和支鏈淀粉（amylopectin）兩部分組成。

直鏈淀粉在淀粉中約占20%,能溶于熱水,又叫可溶性淀粉（solublestarch）或糖淀粉,與碘作用呈藍(lán)色。直鏈淀粉的相對分子質(zhì)量約為32000～160000,相當(dāng)于200～980個葡萄糖單元依次組成的直鏈高分子化合物。如以小圈表示葡萄糖單元,則直鏈淀粉結(jié)構(gòu)的一部分可表示如下：

支鏈淀粉在淀粉中約占80%,它不溶于熱水,但遇熱水變粘成糊狀,又叫不溶性淀粉（insolublestarch）或膠淀粉,與碘作用呈紫色。淀粉和碘作用呈現(xiàn)藍(lán)紫色的反應(yīng)常用于碘或淀粉的檢驗。支鏈淀粉的相對分子質(zhì)量約為100000～1000000,相當(dāng)于600～6000個葡萄糖單元依次組成的支鏈高分子化合物。糯米之所以粘性較大,就是由于含支鏈淀粉較多 （支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)如圖所示）。

支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)

在稀酸的作用下,淀粉水解生成一系列中間產(chǎn)物,最終生成α-葡萄糖。

糊精（dextrin）是淀粉水解的最初產(chǎn)物,它的分子雖比淀粉小,但仍是多糖,隨著糊精水解分子逐漸變小,它與碘作用分別呈紅色、黃色和無色。

所以由上可知,直鏈淀粉遇碘呈藍(lán)色,支鏈淀粉遇碘呈紫紅色,糊精遇碘呈藍(lán)紫、紫、橙等顏色。通常的淀粉都是直鏈淀粉和支鏈淀粉的混合物,所以實際實驗時會看到藍(lán)色溶液中略帶紫色。

那顯色原理是什么呢？以前認(rèn)為是淀粉吸附碘,使碘吸收的光的波長向短的方向移動,棕色的碘液就變成藍(lán)色。近年來通過先進(jìn)的分析技術(shù)證明主要是由于生成包合物的緣故。直鏈淀粉是由α-葡萄糖分子縮合而成螺旋狀的長長的螺旋體,這個螺旋狀圓柱剛好容納碘鉆入并吸附成包合物。實質(zhì)是碘分子（或I3-）與葡萄糖單元暴露在螺旋外的羥基作用,一個碘分子（或I3-）與6個葡萄糖單元配合,使碘嵌入螺旋體的軸心位置。

形成包合物的顏色為何不同呢？那是與淀粉的聚合度或相對分子質(zhì)量有關(guān)。在一定的聚合度或相對分子質(zhì)量范圍內(nèi),顏色隨聚合度的增加按無色-橙色-淡紅-紫色-藍(lán)色變化。例如直鏈淀粉的聚合度是200～980。包合物顏色是藍(lán)色；支鏈淀粉在支鏈上的直鏈平均聚合度20～80,包合物顏色是紫色的。糊精的聚合度更低,顯棕紅色、紅色、淡紅色等。見下表：

葡萄糖單元的聚合度 3.8 7.4 12.918.320.2 29.3 34.7包合物顏色 無色 淡紅 紅 棕紅紫色藍(lán)紫色藍(lán)色

【疑難2】

蘇教版《化學(xué)1》（王祖浩主編）專題2“從海水中獲得的化學(xué)物質(zhì)”,第二單元“鈉、鎂及其化合物”中講鎂時,為了引起學(xué)生的興趣,就請幾位同學(xué)做了一個初中做過的實驗——鎂條燃燒,同學(xué)們很興奮。突然有同學(xué)冒了一句：“老師,鎂條燒完后的黑色物質(zhì)是什么？”我一愣,這個不知做了多少次有著同樣現(xiàn)象的實驗,對這樣一個問題從不覺得是個問題,我還沒說,周邊不少同學(xué)就說開了：“碳唄,鎂和二氧化碳反應(yīng)生成的,空氣中有二氧化碳呀,沒預(yù)習(xí)?！蔽倚α?因為我也是這樣的看法?！袄蠋?那氮化鎂什么顏色？”那位同學(xué)又問道,“其實我從初中開始就一直思考這個問題,我覺得空氣中氮氣更多呀？”教室里安靜了,我也啞口了,這個我真的不知道,我坦白說到：“這個老師不知道,課后我們一起查閱資料,一起解決”。

課后,查閱資料,眾說紛紜,終于在人民教育出版社的論壇的同名帖子上看到了一個我比較信服的答案,原文如下：氮化鎂（Mg3N2）的顏色：黃綠色或棕黃色——《無機(jī)化學(xué)叢書》；黃色或黃綠色——WebElements.com；黃色或黃綠色——Answer.com；黃綠色——《蘭氏化學(xué)手冊》；黃色——《CRC Handbook of Chemistry and Physics》。去年寒假帶學(xué)生到南京參加化學(xué)競賽培訓(xùn),抽空到南京大學(xué)的同學(xué)那邊聚會時,也問了他這個問題,在他的實驗室里我們查閱了上述資料中的三本書：《無機(jī)化學(xué)叢書》、《蘭氏化學(xué)手冊》、《CRCHandbookofChemistryandPhysics》,結(jié)果一致。因為實驗條件允許,隨之又順勢做了這個實驗,結(jié)果現(xiàn)象一致：黃色。那黑色物質(zhì)到底是什么呢？利用他的數(shù)據(jù)庫,查閱了不少資料,在看了“輕燒鎂、重?zé)V、電熔鎂中氧化鎂晶體結(jié)構(gòu)的xRD分析”一文后,大受啟發(fā)：原來這三種鎂的氧化物結(jié)構(gòu)相同,區(qū)別僅在于組成氧化鎂晶粒的嵌鑲塊尺寸大小不同,氧化鎂晶粒形成與煅燒溫度之間的有著密切關(guān)系。那我們看到的黑色物質(zhì)是不是也是氧化鎂,只不過是顆粒大小的問題呢？這是不是就類似于鐵塊和鐵粉,銀塊和銀粉,因為顆粒大小不同對光的吸收不同的情況。于是我們翻閱了《固體光譜學(xué)》、《波譜學(xué)》以及《光譜分析與色譜分析》一系列書籍,從而得到了證實,總結(jié)如下：我們看到各種顏色都是由可見光引起的,可見光在物理學(xué)上是一種電磁波,只有在0.38微米到0.78微米波長之間的電磁波,才能引起人們的色彩視覺感受。

圖1 光譜圖

不同物體反射不同色光的反射率不同,我們看到草是綠的是因為草反射綠色的能力最強(qiáng)。黑色物體則是因為它吸收了幾乎所有頻率的光,沒有光反射時我們看到的就是黑色。當(dāng)白光照射到不透明的物體表面時,一部分波長的光被物體吸收,一部分波長的光被反射出來。不同波長的光有不同的顏色,被反射的光波是什么顏色的,物體就是什么顏色。如三氧化二鉻反射綠光,它就是綠色的；硫磺反射黃光,看上去就是黃色的。若物體將全部波長的光都吸收,它就是黑色的,若全部都反射,則為白色。

當(dāng)任何固體被細(xì)分到小于光波波長的尺寸時,即失去了原有的顏色和光澤而呈黑色。事實上,所有的固體在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小,顏色愈黑,銀白色的鉑（白金）變成鉑黑,黃金變成黑色,鐵粉變成黑色,白色的氧化鎂變成黑色。

【疑難3】

蘇教版《化學(xué)1》（王祖浩主編）專題3“從礦物到基礎(chǔ)材料”第一單元“從鋁土礦到鋁合金”中遇到這樣兩個問題：1.從鋁土礦制備鋁的工藝流程中,鋁土礦加NaOH溶液溶解后過濾所得的殘渣是什么？2.Al（OH）3為什么具有兩性？

對于問題1：很多人很迷惑,對此不是很了解,其實殘渣是復(fù)雜的硅酸鹽的沉淀。具體涉及的反應(yīng)方程式如下：

所以通過這種方法部分鋁會損失掉。

對于問題2：也許很多人會覺得好笑,這還是問題嗎？都知道的。但我不覺得,一次去聽課,那位老師解釋來解釋去就是這樣一句話：因為它既能與酸反應(yīng)生成鹽和水又能和堿反應(yīng)生成鹽和水,能酸式電離出H+也能堿式電離出OH-,即兩性的含義。那么Al（OH）3為什么既可以電離出H+又可以電離出OH-呢？恐怕也不是每位同志都能解釋清楚的吧？

其實無論是氫氧化物還是含氧酸及其鹽,都含有R-O-H的結(jié)構(gòu),該物質(zhì)顯酸性還是顯堿性主要取決于它們在水溶液中斷鍵的位置。若O-H鍵斷,則產(chǎn)生H+,顯酸性；若R-O鍵斷,則產(chǎn)生OH-,顯堿性。而斷鍵的位置取決于O-H及R-O鍵中H和R對O的吸引能力,當(dāng)兩者對O的吸引力相當(dāng)時,R-O-H既可以呈酸式電離,又可以呈堿式電離。而R對O的吸引能力又取決于它的離子半徑的大小和所帶電荷的多少,通過元素周期表,我們知道,鋁離子的離子半徑和電荷數(shù)均介于Mg和Si之間,所以它在水中既可以發(fā)生與H2SiO3類似的酸式電離,又可以發(fā)生與Mg（OH）2類似的堿式電離。Al（OH）3的酸式電離和堿式電離為：

當(dāng)Al（OH）3與強(qiáng)酸反應(yīng)時,將促進(jìn)Al（OH）3電離生成OH-,即發(fā)生堿式電離,生成鋁鹽；當(dāng)Al（OH）3與強(qiáng)堿反應(yīng)時,將促進(jìn)Al（OH）3電離生成H+,即發(fā)生酸式電離,生成偏鋁酸鹽。

課后反思及啟示

課堂上隨時可能都有學(xué)生提出的一些意外問題,這些問題可能是教師備課時始料未及的,學(xué)生能提出這種問題時,說明學(xué)生思維處于激發(fā)狀態(tài),若教師此時不能回答而隨便敷衍,很可能抑制扼殺學(xué)生創(chuàng)新思維,然而這種情況在教學(xué)中經(jīng)常遇到的,所以若教師能放下“師道尊嚴(yán)”,虛心承認(rèn)自己不足,反而讓學(xué)生尊重你的誠實。如果課后經(jīng)過你的反思和查閱資料解決了,學(xué)生會佩服你、信任你。另外最重要的是激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,因為他們覺得他提出的問題老師都不懂,很有成就感,更有學(xué)習(xí)的動力。同時教師在學(xué)生的促進(jìn)下教學(xué)水平也會得到提高,也就是所謂的“教學(xué)相長”。

[1] 曾昭瓊.有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社, 1993

[2] 王祖浩.高中化學(xué)教學(xué)參考書·必修1[M].南京:江蘇教育出版社,2005

[3] http://bbs.pep.com.cn/thread-237825-1-1.html

[4] 孔平等.輕燒鎂、重?zé)V、電熔鎂中氧化鎂晶體結(jié)構(gòu)的XRD分析 [J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2004, (01)

[5] 方容.固體光譜學(xué)[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社, 2001

[6] 張漢輝.波譜學(xué).廈門:廈門大學(xué)出版社,1998.6

[7] 王彥吉.光譜分析與色譜分析,北京:北京大學(xué)出版社,1995.12

[8] 北京師范大學(xué)等無機(jī)化學(xué)教研室.無機(jī)化學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2002

1008-0546(2010)06-0018-03

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