傅英懿 范曉媛

（北京市第十二中學(xué) 北京 100071）

一、教學(xué)背景

配合物在化學(xué)學(xué)科中具有廣泛的應(yīng)用，例如分析化學(xué)中定性測定、定量測定，在生命科學(xué)中也很重要，植物的光合作用離不開葉綠素，而葉綠素就是一個(gè)Mg2+的配合物，血液能靠著血紅蛋白攜帶氧氣，而血紅蛋白的核心部位便是一個(gè)Fe2+的配合物，因此配合物的學(xué)習(xí)從知識本體來說具有豐富的社會價(jià)值。

從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)來看，配合物這一載體不僅幫助學(xué)生豐富和完善自身動態(tài)平衡的視角，認(rèn)識到配合物存在配位平衡，鞏固“宏觀辨識與微觀探析”，并且在真實(shí)情境的問題解決中，認(rèn)識到化學(xué)變化是有一定限度的，是可以調(diào)控的，幫助學(xué)生能夠多角度的分析化學(xué)變化，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決簡單的實(shí)際問題，進(jìn)一步落實(shí)“變化觀念與平衡思想”［1］。因此本教學(xué)案例選取補(bǔ)鐵劑的發(fā)展作為研究對象［2］，重點(diǎn)通過3個(gè)核心任務(wù)，落實(shí)和發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，展現(xiàn)了化學(xué)課程學(xué)習(xí)對學(xué)生未來發(fā)展的重要價(jià)值。

二、教學(xué)過程

1.深入解讀課標(biāo)及教材，確定教學(xué)目標(biāo)

《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》新教材中，配位鍵是在第三章第四節(jié)提出來的，完善學(xué)生對于化學(xué)鍵的認(rèn)識，配合物的制取也是學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)。課標(biāo)中對于配合物的要求是知道配位鍵的特點(diǎn)，認(rèn)識簡單的配位化合物的成鍵特征，了解配合物的存在與應(yīng)用。要求學(xué)生能說明典型物質(zhì)的成鍵類型，能解釋某些配合物的典型性質(zhì)。因此本節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了配位鍵的成鍵特點(diǎn)，了解了簡單配合物的制備之后的一節(jié)體會配合物使用價(jià)值的綜合復(fù)習(xí)課。本節(jié)課的功能是讓學(xué)生體會配合物的使用價(jià)值，并且希望將配合物與之前所學(xué)的化學(xué)平衡建立起關(guān)聯(lián)，不能獨(dú)立地看待配位化合物，要求學(xué)生能夠認(rèn)識到配合物也是存在配位平衡的，該平衡是可以被調(diào)控的，體會配位平衡與其他反應(yīng)間的競爭關(guān)系，能夠動態(tài)地、多角度地分析和解決實(shí)際問題。

2.基于目標(biāo)選取情境，設(shè)計(jì)核心任務(wù)

【引入——提取問題】

給出資料并提問：如何改善第一代補(bǔ)鐵劑的問題。

資料：人們體內(nèi)的鐵大多來源于食物，食物鐵經(jīng)過胃酸作用，釋放出Fe2+，然后在十二指腸被吸收。鐵元素主要是以Fe2+被人體吸收，酸性環(huán)境更有利于Fe2+的吸收。第一代口服補(bǔ)鐵劑：以硫酸亞鐵為代表的無機(jī)補(bǔ)鐵劑。硫酸亞鐵快速釋放的亞鐵離子會對患者上消化道產(chǎn)生較大的刺激，并且由于Fe2+的氧化過程，會引起惡心、嘔吐、腹部不適等不良反應(yīng)［3］。

以補(bǔ)鐵劑的發(fā)展為背景，提出真實(shí)問題：如何改善第一代補(bǔ)鐵劑的問題？讓學(xué)生認(rèn)識到問題的解決需要先將真實(shí)問題轉(zhuǎn)化成學(xué)科本體的問題，進(jìn)而運(yùn)用學(xué)科知識進(jìn)行問題的分析，最終才能完成問題的解決。因此這一問題最終定位為速率問題和氧化還原問題，并提出改進(jìn)方向：降低Fe2+的釋放速率和被氧化速率。那么這些問題如何解決呢？

【解決問題——抗氧化問題】

以乳酸亞鐵為研究對象，分析其形成過程復(fù)習(xí)配合物的成鍵特點(diǎn)：乳酸亞鐵中氧原子提供孤電子對，F(xiàn)e2+提供空軌道。進(jìn)而提出問題：為什么乳酸亞鐵可以起到抗氧化的作用？學(xué)生需要運(yùn)用物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行抗氧化問題的分析解釋。乳酸亞鐵可以抗氧化，一方面是由于配體中羥基具有還原性，可以抗氧化；另一方面是由于形成配合物后Fe2+濃度降低，還原性減弱，不易被氧化。進(jìn)而繼續(xù)分析富馬酸亞鐵、琥珀酸亞鐵如何實(shí)現(xiàn)抗氧化，建立起配合物和物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生認(rèn)識到物質(zhì)的氧化性和還原性是可以通過形成配合物進(jìn)行改變的，通過改變物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)的調(diào)控，認(rèn)識到物質(zhì)的變化是有條件的，是可以調(diào)控的，并且在分析的過程中讓學(xué)生體會到配合物在真實(shí)生活中的功能和價(jià)值。

【解決問題——緩釋問題】

那么乳酸亞鐵是如何在胃液中起到緩釋的作用？學(xué)生首先需要將緩釋和平衡建立起關(guān)系，緩釋問題實(shí)際就是平衡移動問題，進(jìn)而通過物質(zhì)類別找到配位平衡，然后運(yùn)用平衡移動原理進(jìn)行分析：即胃液中氫離子會與弱酸根離子結(jié)合，從而使得配位平衡逆向移動，緩慢釋放出Fe2+，實(shí)現(xiàn)緩釋的目的，因此補(bǔ)鐵劑大多都是亞鐵離子和弱酸根形成的配合物。這一問題的設(shè)計(jì)旨在幫助學(xué)生認(rèn)識配合物也是存在配位平衡的，配合物的穩(wěn)定性不是一成不變的，是可以通過外界條件的改變進(jìn)行調(diào)控的，能用動態(tài)平衡的觀點(diǎn)看待和分析化學(xué)變化。此時(shí)進(jìn)一步追問圖1中兩種補(bǔ)鐵劑哪種緩釋效果更好？

圖1 兩種補(bǔ)鐵劑的結(jié)構(gòu)簡式

這一問題的提出幫助學(xué)生認(rèn)識多齒配體，并且從配位鍵的個(gè)數(shù)認(rèn)識配合物的穩(wěn)定性，對于配位平衡的認(rèn)識從定性逐漸過渡到半定量的維度，增加對于配位平衡的理解。這其實(shí)可以幫助同學(xué)們解決很多問題，例如在有機(jī)模塊醛基的檢驗(yàn)中，一種方法是利用銀鏡反應(yīng)，既然都是正一價(jià)銀離子作氧化劑，那為什么不直接用硝酸銀，反而需要用銀氨溶液？這其實(shí)也是一種緩釋效果，讓銀離子通過配位平衡移動被緩慢釋放出來，從而可以獲得一層均勻分布，有序排列的光亮的銀鏡。這一緩釋效果也經(jīng)常應(yīng)用于電鍍這一工業(yè)生產(chǎn)中，為了獲取致密、細(xì)膩的鍍層也經(jīng)常需要將電解液轉(zhuǎn)換成含有相應(yīng)離子的配合物，通過配位平衡移動實(shí)現(xiàn)緩釋，最終達(dá)到工業(yè)要求。

【解決問題——鐵元素檢驗(yàn)】

這一環(huán)節(jié)的設(shè)置主要是進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對于配位平衡的認(rèn)識，并且體會配位平衡和其他平衡之間的競爭關(guān)系，體會反應(yīng)條件對于反應(yīng)的調(diào)控作用，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決真實(shí)問題的能力。

介紹兩種Fe3+離子的檢驗(yàn)方法：SCN-檢測法和EDTA 檢測法，并給出兩個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)，即：Fe3++3SCN-Fe（SCN）3K≈105、Fe3++EDTA4-Fe（EDTA）-K≈1025。此時(shí)學(xué)生對于配位平衡的認(rèn)識逐漸從定性、半定量，過渡到定量，從平衡常數(shù)的角度再一次認(rèn)識多齒配體對于配合物穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。通過資料介紹，提出問題：為什么用KSCN檢驗(yàn)Fe3+需要在酸性環(huán)境中進(jìn)行？對于水溶液問題，從微粒組成入手分析，思考微粒間發(fā)生的反應(yīng)：Fe3++3OH-====Fe（OH）3（副反應(yīng)）、Fe3++3SCN-Fe（SCN）3（主反應(yīng)），要想實(shí)現(xiàn)用SCN-進(jìn)行Fe3+的檢驗(yàn)，需要避免副反應(yīng)的發(fā)生，需要調(diào)控pH，降低氫氧根離子濃度，即在酸性條件下進(jìn)行鐵離子檢驗(yàn)。讓學(xué)生體會到反應(yīng)條件對于競爭反應(yīng)的調(diào)控。那么為什么用鄰二氮菲檢驗(yàn)Fe2+需要控制pH 在2～9 范圍內(nèi)最好？學(xué)生根據(jù)剛才Fe3+檢驗(yàn)的條件控制可以分析出此時(shí)條件的控制也是為了避免副反應(yīng)的發(fā)生：Fe2++2OH-==== Fe（OH）2、與H+形成配合物，因此需要控制pH在2～9范圍內(nèi)。進(jìn)一步體會到化學(xué)反應(yīng)是有條件的，是可以調(diào)控的，落實(shí)核心素養(yǎng)中的“變化觀念與平衡思想”。

三、教學(xué)反思

1.注重真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)

第一代補(bǔ)鐵劑存在哪些問題？如何改善？正是這些真實(shí)的問題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生從生活世界走進(jìn)化學(xué)世界。如何解決補(bǔ)鐵劑被氧化的問題？如何解決緩釋的問題？這些真實(shí)問題促進(jìn)學(xué)生交流討論，并在這一過程中體會化學(xué)學(xué)科的社會價(jià)值，增強(qiáng)化學(xué)學(xué)科的自我認(rèn)同感。

2.注重基于“學(xué)習(xí)任務(wù)”開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)

學(xué)習(xí)任務(wù)是連接核心知識和具體知識點(diǎn)的橋梁和紐帶，是實(shí)現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)化的重要環(huán)節(jié)。本節(jié)課主要涉及了三個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)：如何解決抗氧化的問題，如何解決緩釋問題？如何進(jìn)行鐵元素的檢驗(yàn)？任務(wù)一是幫助學(xué)生認(rèn)識到物質(zhì)的變化是有條件的，是可以調(diào)控的。任務(wù)二是建立配位平衡，能用動態(tài)平衡的觀點(diǎn)看待和分析化學(xué)變化，對平衡的認(rèn)識從定性逐漸過渡到半定量。任務(wù)三強(qiáng)化學(xué)生從定量水平認(rèn)識配位平衡，并體會配位平衡和其他平衡之間的競爭關(guān)系，體會反應(yīng)條件對于反應(yīng)的調(diào)控作用，提升了對于配位平衡的進(jìn)一步認(rèn)識。