黃樹

【摘 要】“物質(zhì)分類與轉化”是化學的核心問題，以“硫和含硫化合物的相互轉化”為例，建立“物質(zhì)是可以相互轉化的、物質(zhì)之間的相互轉化是有一定規(guī)律的”基本認識，從元素的視角看物質(zhì)的分類與轉化，構建物質(zhì)類別轉化和元素價態(tài)轉化的二維概念圖，整體設計了硫和含硫物質(zhì)相互轉化的教學案例。

【關鍵詞】物質(zhì)分類與轉化觀念建構硫和含硫化合物

【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）34-0120-01

一、化學的核心問題——物質(zhì)的分類與轉化

物質(zhì)分類與轉化是化學的核心問題，對物質(zhì)進行分類和研究物質(zhì)轉化的規(guī)律，既符合化學科學的發(fā)展規(guī)律，也符合學生認知規(guī)律。

化學的核心問題是物質(zhì)及其相互轉化，化學科學認識活動對其基本問題“物質(zhì)及其轉化”的認識有兩大基本任務：一是探尋“物質(zhì)及其轉化”基本規(guī)律，二是建構“物質(zhì)及其轉化”的科學理論。

二、“硫和含硫化合物間的相互轉化”分析

“硫和含硫化合物相互轉化”教學內(nèi)容，從教科書的編排來看，這一內(nèi)容安排在“二氧化硫性質(zhì)和作用”、“硫酸的制備和性質(zhì)”之后，是對硫和常見含硫化合物知識的一次歸納和整理，初步形成硫和含硫化合物間相互轉化的知識網(wǎng)絡關系。其教學價值在于：一是為了印證“物質(zhì)的分類與轉化”的研究視角，二是為了建構“物質(zhì)是可以相互轉化的、物質(zhì)之間的相互轉化是有一定規(guī)律的”基本觀念。

“含硫物質(zhì)多種多樣，它們在一定條件下可以相互轉化。通過氧化還原反應可以實現(xiàn)含有不同價態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉化。通過非氧化還原反應可以實現(xiàn)含有相同價態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉化?！苯滩囊呀?jīng)為我們揭示了物質(zhì)間相互轉化的基本思想、以及研究或學習的方法，從無機物性質(zhì)研究的兩個視角（物質(zhì)類別和核心元素價態(tài)）認識“物質(zhì)轉化”的內(nèi)在規(guī)律，建構“物質(zhì)轉化”的基本觀念。

“通過氧化還原反應可以實現(xiàn)含有不同價態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉化”。學生對“不同價態(tài)硫元素間轉化”已有三個角度的認識：一是實驗室中（二氧化硫被雙氧水氧化、濃硫酸被銅還原）不同價態(tài)硫元素間的轉化；二是酸雨形成及其防治中不同價態(tài)硫元素間的轉化；三是硫酸工業(yè)生產(chǎn)中不同價態(tài)硫元素間的轉化。教學是將這些已有的知識提高到觀念建構的認識上來，使學生的學習不再停留在僅僅關注物質(zhì)的性質(zhì)，而是要利用氧化還原反應的知識，認識元素價態(tài)變化與含硫物質(zhì)轉化的關系。

“通過非氧化還原反應可以實現(xiàn)含有相同價態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉化”。學生從“物質(zhì)類別變化”和“復分解反應”的角度認識了二氧化硫、亞硫酸和硫酸性質(zhì)，例如SO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性；亞硫酸是一種較強酸、硫酸是一種強酸，具有酸的通性。教學是將研究各類物質(zhì)之間的相互反應關系，提升到研究它們之間的相互轉化的意義，從“物質(zhì)類別變化”的高度認識物質(zhì)類別與含硫物質(zhì)轉化的關系。

三、物質(zhì)分類與轉化的教學設計

教學目標： （1）元素觀的建構：能夠認識硫元素在自然界以多種物質(zhì)形式存在，從元素視角對含硫物質(zhì)進行分類；（2）轉化觀的建構：從物質(zhì)類別和價態(tài)變化兩個視角建構物質(zhì)性質(zhì)的研究模型，在學生頭腦中建構以類別和價態(tài)為坐標的二維轉化關系概念圖，依據(jù)轉化關系分析重要物質(zhì)的性質(zhì)；（3）轉化觀的應用：能夠將轉化關系概念圖工具化，解決生產(chǎn)生活中的實際問題。

教學策略：一是以價態(tài)變化為線索，如自然界中硫循環(huán)、酸雨形成、硫酸工業(yè)生產(chǎn)中不同價態(tài)硫元素間的轉化，建構的轉化關系；二是以物質(zhì)類別轉化為線索，如“氫化物或氧化物→酸→鹽”的轉化關系。

教學過程：凸顯硫和含硫化合物間“轉化觀”的建構與應用。

1、硫和含硫化合物間“轉化觀”的建構

（1）材料一：自然界中的硫

展示自然界中含硫物質(zhì)的圖片或實物標本，如天然硫單質(zhì)、雄黃、辰砂、雌黃、黃鐵礦、芒硝、重晶石、石膏等，并對其進行分類。

展示“自然界中硫循環(huán)”的圖片。大氣中的H2S、SO2主要來自巖石的風化、有機物的分解、礦物燃料的燃燒，SO2在大氣中受O2、H2O（g）、陽光等影響被氧化成SO3，SO2和SO3溶解于水，分別生成H2SO3或H2SO4，隨雨水降落地面，與地表的礦物質(zhì)反應生成可溶性硫酸鹽和亞硫酸鹽進入土壤，經(jīng)過土壤微生物作用，含硫化合物轉化成能被植物根系所吸收的可溶性鹽類，再經(jīng)過動物、微生物的傳遞，最后又返回到土壤和大氣中。火山噴發(fā)的熔硫在地下形成黃鐵礦（FeS2）、辰砂（HgS）等含硫礦物和化石燃料。認識自然界中不同價態(tài)硫元素間的轉化。

（2）材料二：酸雨的形成與防治

再現(xiàn)教材中“硫酸型酸雨的形成”圖片，化石燃料（含S）燃燒→SO2→SO3→H2SO4，或化石燃料燃燒→SO2→H2SO3→H2SO4，再次認識酸雨形成的反應過程，建構的轉化關系。

再現(xiàn)教材中“用化學方法減輕酸雨對樹木和土壤的危害”的圖片，再次認識酸雨水中的二氧化硫、亞硫酸和硫酸與石灰的反應，建構“酸性氧化物→酸→鹽”或“酸性氧化物→鹽”轉化關系。

（3）材料三：硫酸工業(yè)生產(chǎn)中不同價態(tài)硫元素間的轉化

再現(xiàn)教材中“硫酸制備流程”圖片，再次認識FeS2或S→SO2→SO3→H2SO4的轉化過程，建構的轉化關系。

（4）材料四：實驗室中不同價態(tài)硫元素間的轉化

再現(xiàn)教材中“銅與濃硫酸反應實驗裝置”圖片，回顧SO2被H2O2水溶液氧化的實驗，補充SO2與H2S反應生成硫的實驗，進一步認識H2SO4→SO2→S轉化過程。

根據(jù)“自然界中硫的循環(huán)”、“酸雨的形成與防治”、“硫酸工業(yè)生產(chǎn)”和“實驗室中”等不同價態(tài)含硫物質(zhì)間轉化的事實材料，組織學生討論、總結硫和含硫化合物間的轉化關系，

2、硫和含硫化合物間“轉化觀”的應用

設計將硫酸廠尾氣中的SO2轉化為石膏（CaSO4·2H2O）的反應，并說明思維過程。從二氧化硫到石膏的轉化涉及價態(tài)和物質(zhì)類別變化，因此該轉化過程既要用到氧化劑又要用到堿。至少有三條途徑：SO2→H2SO3→CaSO3→CaSO4·2H2O；SO2→SO3→H2SO4→CaSO4→CaSO4·2H2O；SO2→CaSO4→CaSO4·2H2O。

四、教學反思

教學設計的基本觀點是能有效幫助學生建立“物質(zhì)分類與轉化”的基本思想、一般研究方法和思路，認識物質(zhì)及其轉化的兩大基本任務，從“元素觀”認識物質(zhì)的分類，從“轉化觀”認識物質(zhì)性質(zhì)的研究模型。教學的關鍵是有效地幫助學生建立結構化的物質(zhì)轉化關系，“通過氧化還原反應可以實現(xiàn)含有不同價態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉化；通過非氧化還原反應可以實現(xiàn)含有相同價態(tài)硫元素的物質(zhì)之間的轉化”兩條線索，幫助學生在頭腦中建構物質(zhì)類別轉化和元素價態(tài)轉化二維轉化的概念圖式，并利用概念圖解決實際問題。