陳 菲 劉曉玲

(江西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江西 南昌 330022)

1 新舊教材對(duì)比

在2004版和2019版人教版的課本中，對(duì)硫及其化合物的內(nèi)容做了一定的調(diào)整。

表1 新舊教材硫及其化合物內(nèi)容的對(duì)比

從地位上來(lái)看，新版教材將非金屬元素的學(xué)習(xí)調(diào)整到了必修二當(dāng)中，且將同一元素的內(nèi)容整合成一節(jié)，知識(shí)體系相對(duì)更加集中、完整。從內(nèi)容排布上來(lái)看，舊版教材是將硫和氮元素化合物的知識(shí)穿插起來(lái)講解，且知識(shí)排布相對(duì)簡(jiǎn)單，著重講解了二氧化硫和硫酸的性質(zhì)。新版教材從單質(zhì)硫過(guò)渡到二氧化硫再過(guò)渡到硫酸的性質(zhì)的講解，再到硫酸根離子的檢驗(yàn)，最后是不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，內(nèi)容排布有著清晰的知識(shí)線，且邏輯條理清楚，由點(diǎn)到面，由各價(jià)態(tài)物質(zhì)性質(zhì)到整體轉(zhuǎn)化的總結(jié)，知識(shí)體系更加系統(tǒng)完整。從實(shí)驗(yàn)上來(lái)看，數(shù)量上新版教材遠(yuǎn)多于舊版教材；新版教材新增一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，該實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生運(yùn)用并鞏固之前所學(xué)，幫助學(xué)生構(gòu)建含硫物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的模型。

2 問(wèn)題的提出

由于教材的更改，對(duì)教學(xué)提出了新的要求，除了讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)二氧化硫、硫酸等的性質(zhì)，也要讓學(xué)生通過(guò)含硫物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)建立硫的轉(zhuǎn)化模型。因此設(shè)計(jì)不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化的一體化實(shí)驗(yàn)是有必要的。教師秦元平做了九組實(shí)驗(yàn)以實(shí)現(xiàn)四種價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化，如圖1[1]。該教師完整的展現(xiàn)了不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化，但實(shí)驗(yàn)之間相對(duì)獨(dú)立，實(shí)驗(yàn)不具連續(xù)性，操作復(fù)雜。

圖1 不同價(jià)態(tài)硫元素的轉(zhuǎn)化

教師劉寶國(guó)利用裝置(如圖2)，實(shí)現(xiàn)了不同價(jià)態(tài)硫元素的轉(zhuǎn)化[2]。該教師實(shí)現(xiàn)了不同價(jià)態(tài)硫元素轉(zhuǎn)化的一體化實(shí)驗(yàn)，裝置簡(jiǎn)單，且污染小。該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了硫元素0→+4、+4→+6、-2→0、+4→0的轉(zhuǎn)化。但實(shí)驗(yàn)通過(guò)雙氧水與二氧化錳制備氧氣，再利用硫在氧氣燃燒得到二氧化硫的方式復(fù)雜。在硫元素的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)藍(lán)色石蕊試紙和品紅溶液試紙以檢驗(yàn)二氧化硫性質(zhì)，模糊了不同價(jià)態(tài)硫元素轉(zhuǎn)化的重點(diǎn)。

圖2 不同價(jià)態(tài)硫元素間的轉(zhuǎn)化

教師孫雅靜在設(shè)計(jì)“硫和含硫化合物的相互轉(zhuǎn)化”一課時(shí)，通過(guò)構(gòu)建硫和含硫化合物相互轉(zhuǎn)化的價(jià)態(tài)與類別的二維圖(如圖3)，采用合作學(xué)習(xí)的方式讓學(xué)生自主探究認(rèn)知到同價(jià)態(tài)的含硫化合物的轉(zhuǎn)化是通過(guò)非氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，不同價(jià)態(tài)含硫化合物的轉(zhuǎn)化是通過(guò)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。該教師充分利用了學(xué)生的自主性，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的探究熱情，自主通過(guò)實(shí)驗(yàn)構(gòu)建知識(shí)體系，也采用了圖表的形式幫助學(xué)生將零散的知識(shí)點(diǎn)整合為一個(gè)整體，幫助學(xué)生從整體上認(rèn)知硫及其化合物，構(gòu)建知識(shí)體系，但實(shí)驗(yàn)之間沒(méi)有串聯(lián)起來(lái)，對(duì)于含硫化合物相互轉(zhuǎn)化的整體性缺乏直觀認(rèn)識(shí)。

圖3 不同價(jià)態(tài)含硫化合物轉(zhuǎn)化的價(jià)-類二維圖

3 設(shè)計(jì)理念和思路

硫元素常見(jiàn)的化合價(jià)有-2、0、+4、+6，可以通過(guò)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于：一、保證實(shí)驗(yàn)成功，有易于觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，便于學(xué)生直觀感受物質(zhì)的轉(zhuǎn)化；二、要實(shí)現(xiàn)多種價(jià)態(tài)間物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，將不同價(jià)態(tài)含硫化合物轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來(lái)，便于學(xué)生構(gòu)建含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化體系；三、要消除實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物二氧化硫、硫化氫等污染物對(duì)教學(xué)環(huán)境的影響，采用微型化實(shí)驗(yàn)方法，精選、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材和試劑用量，降低資源素材的損耗，使實(shí)驗(yàn)綠色化。

圖4 不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意以下問(wèn)題：一、選擇合適氧化劑或還原劑以及反應(yīng)順序，讓上一反應(yīng)的生成物可做下一反應(yīng)的反應(yīng)物，將多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，盡量實(shí)現(xiàn)藥品和試劑的“重復(fù)使用”，以提高藥品和試劑的利用效率。二、設(shè)計(jì)尾氣處理裝置。三、實(shí)驗(yàn)中的藥品和試劑的取用要適當(dāng)合理，實(shí)驗(yàn)中的藥品和試劑的取用要適當(dāng)合理。

4 實(shí)驗(yàn)原理

主要涉及以下幾個(gè)反應(yīng)：

(1)硫和濃硫酸在加熱的條件下生成二氧化硫：

S+2H2SO4=3SO2↑+2H2O

(2)二氧化硫與酸性高錳酸鉀反應(yīng)生成硫酸根：

5SO2+2KMnO4+2H2O=2H2SO4+K2SO4+2MnSO4

(3)硫化鈉與二氧化硫反應(yīng)生成硫單質(zhì)：

2Na2S+3SO2=3S↓+2Na2SO3

(5)尾氣處理：

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

5 實(shí)驗(yàn)方案

5.1 實(shí)驗(yàn)材料

試管1個(gè)、W型導(dǎo)管、橡皮管若干、酒精燈、錐形瓶、鐵架臺(tái)

濃硫酸、硫粉、酸性高錳酸鉀、硫化鈉、稀硫酸、飽和氫氧化鈉溶液

5.2 實(shí)驗(yàn)裝置

圖5 實(shí)驗(yàn)裝置

6 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及原因

表2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及原因

7 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了硫元素0→+4、+6→+4、+4→+6、-2→0、+4→0的轉(zhuǎn)化，最大程度實(shí)現(xiàn)了不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，且實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象易于觀察，污染小，有利于學(xué)生構(gòu)建含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化的模型。

8 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新及不足

本實(shí)驗(yàn)成功串聯(lián)了多個(gè)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，整合了含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，使得含硫物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)更具有直觀性，利于學(xué)生構(gòu)建硫及含硫化合物轉(zhuǎn)化的知識(shí)體系，能夠激發(fā)學(xué)生探究熱情和學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)。通過(guò)合理選擇實(shí)驗(yàn)藥品和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，減少了對(duì)實(shí)驗(yàn)資源的浪費(fèi)，避免了對(duì)教學(xué)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)綠色化。但實(shí)驗(yàn)并未完整展現(xiàn)不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，且硫和濃硫酸的反應(yīng)相對(duì)耗材較大，對(duì)于以上不足還需進(jìn)一步通過(guò)研究選擇更優(yōu)的試驗(yàn)方案。