文/朱 霞
當前,高中化學關于苯的教學不能滿足于讓學生掌握課本知識,而是應認真分析該部分內(nèi)容與證據(jù)推理及模型認知素養(yǎng)有哪些契合點,通過合理設計教學內(nèi)容,給予學生學習上的有效指引,使其在牢固掌握該部分知識的同時,強化與提升證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)。
教師應在苯的教學中通過講解相關理論使學生認識到證據(jù)在推理過程中的重要性,同時要求學生對苯有關的知識點加以整理與整合,構(gòu)建系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡,儲存豐富的證據(jù)知識,使其在分析問題時能夠識別并迅速聯(lián)系所學知識,進行正確的分析推理[1]。例如,在講解苯的知識時,教師可要求學生基于對苯結(jié)構(gòu)的理解分析如下習題。
使用如圖1裝置制取溴苯并驗證苯和液溴發(fā)生的是取代反應,回答相關問題。
圖1
(1)三頸瓶中制取溴苯的化學方程式為______;
(2)儀器A的名稱為_____,作用是________;
(3)三頸燒瓶反應結(jié)束后,將盛有NaOH溶液的滴液漏斗打開,向三頸燒瓶中加入NaOH溶液并充分反應。使用NaOH溶液的主要目的是_______,任意寫出一個相關的化學方程式_____________________。
(4)溶液B為____________,錐形瓶中的現(xiàn)象為______________________,由此可證明苯和液溴發(fā)生的是取代反應,而非加成反應。
題意為制取純凈的溴苯,需要使用NaOH溶液將未參與反應的液溴反應掉。為驗證苯和液溴發(fā)生的是取代反應,則溶液B應是能和HBr反應的溶液。如此推理,問題就迎刃而解。聯(lián)系所學的課本中的知識可知,三頸瓶中發(fā)生的反應為:+HBr;儀器A為冷凝管,其作用為冷凝回流未反應的溴蒸氣;加入NaOH溶液的目的在于將溶液中剩余的Br2和生成的HBr去除。其中一個發(fā)生的反應方程式為:2NaOH+Br2=NaBr+NaBrO+H2O。溶液B為AgNO3的水溶液和生成的HBr,反應生成淡黃色渾濁AgBr,即可證明苯和液溴發(fā)生的是取代反應。
以苯與溴的反應為背景進行設問,要求學生結(jié)合所學進行作答,不僅能很好地鞏固課本知識,還能啟發(fā)其在推理的過程中注重從題干描述、給出的圖形中尋找推理證據(jù)。
教師在授課過程中應幫助學生構(gòu)建觀點、結(jié)論與證據(jù)之間的關系,結(jié)合教學內(nèi)容設計相關的問題,在課堂上提問學生,并要求學生詳細說明理由。如在課堂上教師可要求學生回答如下問題。
使用圖2實驗裝置做相關的實驗:(1)向試管中加入苯(密度為0.86g/cm3);(2)拔出大頭針,使Na落入苯中(密度為0.97g/cm3);(3)從長頸漏斗中加入MgCl2溶液(密度為1g/cm3),以下推理正確的是( )。
圖2
A.將MgCl2溶液加入苯中,MgCl2溶液在上層
B.Na一直停留在苯層不發(fā)生反應
C.Na在MgCl2溶液與苯界面處發(fā)生反應,并上下跳動至消失,下層產(chǎn)生白色沉淀
D.Na在MgCl2溶液底部四處游動,MgCl2溶液中產(chǎn)生白色沉淀
根據(jù)已知條件及實驗情境得出相關結(jié)論,需建立在對證據(jù)認真分析的基礎上。習題考查苯的相關物理化學性質(zhì),題干中給出的密度是推理的切入點。同時,還應牢固掌握苯的性質(zhì),苯不溶于水且不會和Na發(fā)生反應。當Na落入苯中,因Na的密度大于苯的密度,所以,鈉將在苯的底部。當向其中加入MgCl2溶液時,其密度大于Na的密度,處在試管的最底部。Na剛好處在苯和MgCl2溶液界面中間。但Na和MgCl2溶液中的水發(fā)生反應,產(chǎn)生NaOH和H2,其中的H2會使Na在反應的過程中在界面上下跳動,直至消失。而NaOH和MgCl2發(fā)生反應生產(chǎn)白色沉淀Mg(OH)2,綜上分析可知,正確選項為C。
在推理的過程中養(yǎng)成嚴謹?shù)牧己昧晳T可確保推理結(jié)論的正確性。學生只有牢固掌握基礎知識,才能在推理的過程中游刃有余,透過現(xiàn)象看本質(zhì),確保問題得以順利解決。
在教學中滲透證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)時,教師應引導學生運用分析、推理等方法認識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關系。在苯的教學活動中,教師要注重為學生講解、分析及推理問題的相關思路,即認識陌生的研究對象時應認真觀察其結(jié)構(gòu)簡式,明確其含有的官能團,聯(lián)想苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)并進行有理有據(jù)的推理,尤其應注重推理結(jié)論的得出應有充分的依據(jù)。例如,教師可在課堂上展示如下習題,要求學生聯(lián)系所學,分析有機物的相關性質(zhì)。
苯并降冰片烯的結(jié)構(gòu)簡式如圖3所示,則下面有關該有機物說法正確的是( )。
圖3
A.是苯的同系物
B.能使溴水和高錳酸鉀溶液褪色
C.一氯代物有6種(不考慮立體異構(gòu))
D.分子中含有4個碳碳雙鍵
解答該題需要結(jié)合苯的知識,運用分析、推理方法,得出該有機物的相關性質(zhì)。苯的同系物僅含有1個苯環(huán),其側(cè)鏈為烷烴基的同類芳香烴,由圖3可知,其側(cè)鏈不是烷烴基。碳碳雙鍵能使溴水和高錳酸鉀溶液褪色。分析圖中有機物結(jié)構(gòu)簡式可知,其結(jié)構(gòu)上下對稱,含有5類氫原子對應的一氯代物有5種。苯環(huán)中不是單雙鍵交替,上述有機物僅有1個碳碳雙鍵。綜上所述,只有B項正確。
在有機物的學習過程中,學生要靈活運用多種分析問題的思路與方法,更好地理解與把握新有機物的本質(zhì)及相關規(guī)律。
為使學生建立清晰的認知模型,把握苯及其同系物的性質(zhì)及各原子之間的關系,教師應鼓勵學生動手制作苯及其同系物的實物模型,增加課堂趣味性,同時,深化其對苯及其同系物模型的理解。為檢驗學生對苯及其同系物模型的認識程度,教師可要求學生分析如下習題。
苯環(huán)與側(cè)鏈兩者相互影響,在下述的甲苯實驗中,表明苯環(huán)影響側(cè)鏈的是( )。
A.甲苯和濃硝酸、濃硫酸發(fā)生化學反應,生成三硝基甲苯
B.在酸性高錳酸鉀溶液中添加甲苯,可以使其褪色
C.甲苯在燃燒時可以產(chǎn)生帶有濃煙的火焰
D.1mol甲苯可與3mol H2發(fā)生加成反應
結(jié)合苯的結(jié)構(gòu)以及所學苯的同系物可出現(xiàn)的相關模型,得知苯的碳氫原子均在同一平面,且能發(fā)生加成、取代反應。A項,苯和甲苯均能和濃硝酸、濃硫酸發(fā)生取代反應,錯誤;B項,苯不能夠使酸性高錳酸鉀溶液褪色,但是甲苯可以,符合題意;C項,甲苯和苯在燃燒時,都可以產(chǎn)生帶有濃煙的火焰,1mol苯和甲苯均可與3mol H2發(fā)生加成反應,錯誤。綜上所述,選擇C項。
建立認知模型可降低所學知識的理解難度,更好把握所學知識的本質(zhì),尤其在分析問題時,能夠把握問題關鍵,提高問題分析效率。
在教學中滲透證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)時,教師應提高學生的模型應用意識,使其能夠運用模型解釋相關的化學現(xiàn)象,揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。教師在課堂上應注重為其展示相關習題的分析過程,提高其運用模型解題的靈活性。
二苯乙烯的結(jié)構(gòu)簡式如圖4,則以下說法正確的是( )。
圖4
A.二苯乙烯的分子式為C14H14
B.二苯乙烯能夠發(fā)生取代反應、氧化反應、還原反應、加聚反應
C.二苯乙烯所有原子不可能共面
D.1mol二苯乙烯最多可消耗6mol H2
學生對二苯乙烯結(jié)構(gòu)較為陌生,但只要聯(lián)系苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),借助苯反應及原子共面模型,通過遷移所學,不難分析出所給選項的正誤。觀察可知,二苯乙烯的分子式為C14H12,二苯乙烯中含有苯環(huán)及碳碳雙鍵,因此,可發(fā)生取代反應、氧化反應、還原反應、加聚反應。由苯的結(jié)構(gòu)模型可知,其各原子共面,雙鍵連接的碳原子可以共面,二苯乙烯所有原子可能共面。二苯乙烯含有兩個苯環(huán)可加成6mol H2,而一個碳碳雙鍵可加成1mol H2,1mol二苯乙烯共可加成7mol H2。綜上所述,選擇B項。
應用構(gòu)建的模型解決問題可獲得事半功倍的良好效果,能夠讓學生體會到應用模型解題的便利,體會應用模型解題的成就感,對激發(fā)其應用積極性、鍛煉其解題能力有很大幫助。
為提高學生的證據(jù)推理能力,促進其證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)的有效提升,在教學實踐中教師應注重鼓勵學生做好推理總結(jié),培養(yǎng)學生善于總結(jié)的良好習慣。
圖5是以苯為原料制備相關有機物的轉(zhuǎn)化關系圖。
圖5
已知R-NO2
(1)生成A的化學方程式為_______________;
(2)B中所有原子是否在同一平面上_____;
(3)生成C過程的另一種無機物是_________;
(4)D與氫氣的反應類型為________________;
(5)E環(huán)上一氯代物有______種。
該題為有關苯的推斷題,需要學生掌握相關的推理技巧。認真觀察轉(zhuǎn)化關系圖中的反應條件、反應物及生成物,聯(lián)系所學有關苯的知識,不難推出正確結(jié)果。由反應條件可知苯→A發(fā)生的是硝化反應,由此不難寫出對應的化學反應方程式為根據(jù)生成的產(chǎn)物及已知條件可知B為因苯環(huán)上存在-CH3,所以其所有原子不是在同一平面上。在有催化劑的情況下苯和溴發(fā)生反應,即另一無機物為HBr。根據(jù)反應物及最終的反應產(chǎn)物可推理出D的結(jié)構(gòu)簡式為:其和H2發(fā)生加成反應。觀察E的結(jié)構(gòu)簡式,由對稱性可知,E環(huán)上一氯代物有4種,分別為:。
做好推理總結(jié)可使學生認識到自身不足,提高學習的針對性。教師在苯的教學中應鼓勵學生多總結(jié),這樣在以后推理時學生不僅能夠迅速找到切入點,而且能夠提高解題的正確率。
在苯知識的教學過程中,高中化學教師既要要求學生掌握課本中的知識,又要從證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)入手,圍繞教學內(nèi)容設計相關問題,在課堂上給學生留出思考、討論的時間,深化其對所學知識的理解。教師要鼓勵其運用模型分析化學問題,在提高其學以致用能力的同時,提升其證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)。