唐文軍

【摘 要】氧化還原反應理論在高中化學中有著非常重要的地位，但對氧化還原反應理論，學生掌握起來卻有很大的難度。所以在進行氧化還原反應理論教學設計時，如果能充分考慮到學生認知的遷移，就會使學生既能較容易、透徹地掌握這一理論的實質，又能使學生在大腦中構建出合理、清晰的化學認知結構框 架，還能使學生通過創(chuàng)造性地運用認知遷移解決實際問題。

【關鍵詞】物質變化；物質作用；物質性質；物質變化結果還原性

一、從認識的三個角度作好學生思維的過渡

一氧化碳被氧化，氧化鐵被還原（很清楚，因為初中就提到一氧化碳有還原性） +3價Fe元素被還原，元素C的化合價由+2價升高到+4價，C被氧化。要認識一個氧化還原反應的實質，就要以物質結構理論為出發(fā)點，認清與反應有關物質的構成微粒，并能從三個角度（物質、元素、微粒）來解讀四對概念，是學生認知遷移的關鍵。

過渡過程：物質 → 元素 → 微粒

（宏觀） （橋梁） （微觀）

以氧化還原反應理論中的一對概念為核心，就能幫助學生突破認識該理論實質的障礙，由于氧化性和還原性是物質性質的兩個重要方面，因此，可以把氧化性和還原性這對概念確立為氧化還原反應理論的核心。通過仔細深入地剖析這對概念的內(nèi)涵，使學生學會應用理論。應用理論解決實際問題才是學生認識遷移的目的。這就要求在化學教學設計中要做到：

（一）使學生的認識簡明扼要

氧化性：微粒奪得電子的性質，元素價態(tài)降低的性質；還原性：微粒失去電子的性質，元素價態(tài)升高的性質。

（二）使學生學會對有無氧化性和還原性的判斷。

從組成物質元素價態(tài)的角度認識有無氧化性和還原性：當元素處于最高價態(tài)時只具有氧化性，如+6價S；當元素處于最低價態(tài)時只具有還原性，如-2價S；當元素處于中間價態(tài)時既有氧化性又有還原性，如+4價S。這種認識若不知道硫原子結構，就不知道最高價和最低價。并且這種認識是片面的，只是從一種元素的角度去認識物質的性質，因為化合物是由多種元素組成的，物質的性質并不是由一種元素決定的。如H，S的性質，主要表現(xiàn)還原性。

從構成物質的微粒結構去認識有無氧化性和還原性。從附圖可見，Mg2+只有氧化性，Cl-只有還原性，F(xiàn)e只有還原性，F(xiàn)e2+既有氧化性又有還原性。

附圖微粒結構又如，S042-為正四面體結構，很難表現(xiàn)出+6價S的氧化性；而H2S04分子具有強氧化性，這是結構決定的。上述兩種判斷只是對物質有無氧化性和還原性的簡單判斷，不能說明氧化性和還原性的強弱問題，因為有氧化性，在反應中不一定能表現(xiàn)出來，還原性也是如此。但學會有無氧化性和還原性的判斷是學會對物質氧化性、還原性強弱判斷的基礎。

（三）使學生學會對物質氧化性、還原性強弱的判斷及其應用。

1.用金屬活動性判斷金屬及其陽離子氧化性還原性的強弱

金屬活動性表：

K Ca Na Mg AI Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au

還原性：從左到右，由強到弱；

對應的陽離

K+ Na+ Al3+ Fe2+ Pb2+ Cu2+ Ag+…

氧化性：從左到右，由弱到強；

應用的思維遷移過程： 例如，有反應Fe+CuSO4==FeSO4+Cu有還原性：Fe>Cu、氧化性：Cu2+>Fe2+，就一定有反應Fe+Cu2+=Fe2++Cu 利用金屬活動性只是作為判斷氧化性還原性的強弱的引入方式。

結論：氧化劑（氧化性）+還原劑（還原性）=還原產(chǎn)物+氧化產(chǎn)物在同一反應中：氧化性強弱是： 氧化劑>氧化產(chǎn)物還原性強弱是：還原劑>還原產(chǎn)物；

2.應用元素周期律判斷氧化性和還原性的強弱

對同周期元素：還原性：Na>Mg>Al；氧化性：№+ Cl-。對同主族元素：

Li Na K Rb Cs 還原性增強

Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+ 氧化性減弱

F2 Cl2 Br2 I2 氧化性減弱

F- Cl- Br- I- 還原性增強

應用元素周期律的思維遷移過程：如還原性：F-

Cl-就可推出應該也有反應：MnO2 +4HBr（濃）===MnBr2 +Br2↑+2H20而分清氧化劑、還原劑之間能否發(fā)生氧化還原反應，產(chǎn)物是什么，是學好無機化學中元素化合物知識的關鍵之一。這就要求依據(jù)氧化還原反應理論，用思維的遷移來推斷氧化還原反應，而不應死記硬背化學方程式。

3.也可用反應條件及反應的難易程度，來判斷氧化性和還原性的相對強弱

對在一定條件下能基本進行到底的反應，要使學生會判斷氧化性和還原性的強弱。氧化劑的氧化性總是大于氧化產(chǎn)物的氧化性，還原劑的還原性總是大于還原產(chǎn)物的還原性，即氧化還原反應是強強制弱弱的反應。

二、在進行其他相關課教學設計時，要設法促進學生認知的遷移

對于書寫有離子參加的氧化還原反應化學方程式，很多學生是依靠死記硬背來完成的。他們的方法是先背會化學方程式，再把化學方程式改寫成離子方程式，認知結構因果顛倒。他們不會應用學到的理論知識直接按反應的實質來書寫離子方程式。因此，書寫有離子參加的氧化還原反應方程式是中學化學教學中最難處理的知識點。所以在教學設計中應注重整理學生的認知結構；促進學生認知的遷移。例如，在KMn04酸性溶液中加入FeS04溶液，寫出其離子反應方程式可按以下過程書寫：

（1）從反應微粒到產(chǎn)物微粒：Mn04-十Fe2+十Mn2+ +Fe3+ （2）使電子得失數(shù)相等：Mn04一十5Fe2+→Mn2+ +5Fe3+ （3）使方程式兩側電荷守衡：8H+ +Mn04一十5Fe2+ →Mn2++5 Fe3+（酸性溶液用H+、堿性溶液用OH-平衡電荷）（4）使方程式兩側原子守衡：8H++MnO4一+5Fe2+===Mn2++5Fe3++4H20（只看H原子，如果一側為H+，則另一側為H2O；如果一側為OH-，則另一側也為H2O）（5）檢查0原子（若書寫正確，O原子必然守恒）?；瘜W方程式為：2KMn04+lOFeS04 +8H2S04===K2S04+2MnS04+5Fe2（S04）3+8H20。

這個化學方程式表面上看是很復雜的，要記憶它就困難了，再說記憶它也根本沒必要。如果我們做好了學生認知的遷移，使其思維直指物質變化的本質即還原反應：Mn04-→Mn2+和氧化反應：Fe2+ →Fe3+這一反應的兩個方面，再通過電子守恒：電荷守恒、原子守恒的邏輯性認知，就簡單多了。促進學生認知遷移的結果是使學生認識某一氧化還原反應的過程成為邏輯性認識的過程，學生在分析解決問題時就會很自然地應用這一邏輯過程。

（2）在積累元素化合物性質知識的過程中，促進學生認知的遷移對學生認知遷移過程示例：

例如，已知反應：2Fe3++2I-=2Fe2++I2S02+I2+2H2O=SO42一十2I-+4H+就可推出反應；2Fe3++S02+2H20=2Fe2++S042-+4H+即：氧化性的強弱為Fe3+>I2>S042-；還原性的強弱為SO2>I->Fe2+。

促進學生認知遷移的結果是使學生在積累元素化合物知識的過程中，思維是一種開放狀態(tài)和發(fā)散狀態(tài)，新知識能夠在原有的知識結構中得以融合，能充分利用原有認知結構對新知識的固定作用，有利于實行認知結構的同化和順應。

（3）在概括和總結物質性質的過程中，促進學生認知的遷移

對學生認知遷移過程示例：例如，在總結SO2的還原性時，從兩個方面著手，直指變化的微粒和生成的微粒。一個方面，SO2（氧化劑）失去電子→化合價升高→S03（在水溶液中變?yōu)镾O42一）另一方面，找出在一定條件下能氧化SO2的氧化劑。（1）和活潑非金屬單質的反應（如02和X2等）：2S02+02？壙2S03（氣體間的反應較難，在水中反應容易進行）2S02+02+2H20=2S042-+4H+S02+2H20+X2=S042-+2X-+4H+（Cl2、Br2、I2都可反應）。（2）和強氧化性的酸反應：3SO2+2N03-+2H20===3S042-十2NO+4H+SO2+HC10+H2O===SO42一十Cl-+3H+（3）和具有較強氧化性的鹽在水溶液中反應：S02+2Fe3++2H20===S042-+2Fe2++4H+5S02+2Mn04一+2H20===5S042-+2Mn2++4H+ （4）和具有氧化性的氧化物反應；S02+H202

===S042-十2H+ S02+N02===SO3+NO。

促進學生認知遷移的結果是使學生構建的物質性質知識的結構具有邏輯性，是按知識的上下位關系，按包攝性由大到小排列構建的層次性知識的結構，并具有與相關的知識間橫向相聯(lián)系的知識結構，即有利于學生構建知識網(wǎng)絡。

（4）在解決電化學等問題時，促進學生認知的遷移對學生認知遷移過程示例：

例如，堿性鋅錳干電池：CO為電解質，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用的稀土金屬材料為電極。

在寫電極反應式時（無論是原電池還是電解池），以氧化還原反應理論為依據(jù)，利用氧化還原反應的兩個方面，直指反應的實質（反應微粒到產(chǎn)物粒），使電子得失數(shù)守恒，使方程式兩側電荷守衡使方程式兩側原子守衡。

三、結語

通過解決實際問題遷移學生的認知，是培養(yǎng)學生解決實際問題的主要途徑。以學生認知遷移為核心的教學設計理念，是以氧化還原、溶液理論，物質結構理論，元素化合物知識系統(tǒng)為三條主線交織成的立體式、邏輯性的化學認知結構，這種認識結構能充分發(fā)展學生的思維，學生形成這樣的化學認知結構是形成創(chuàng)造性思維的源泉。

參考文獻：

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[3]謝巧兵.高中生“氧化還原反應”知識學習中錯誤成因及對策研究[D].南京：南京師范大學，2014.