基于“物质转化观”的元素化合物教学

田长明

摘要：以“奇妙的碘”为例，从化学反应的本质、反应的条件、性质的差异及化学性质的应用四个层面就如何培养学生的“物质转化观”进行了尝试。

关键词：反应本质；反应条件；性质差异；性质应用；物质转化观

文章编号：1005–6629（2016）7–0047–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

“物质转化观”是化学学科观念之一，化学的核心问题是物质及其相互转化，化学科学认识活动对其基本问题“物质及其转化”的认识，一是探寻“物质及其转化”基本规律，二是建构“物质及其转化”的科学理论。

如何培养学生的“物质转化观”？2015年10月30日，苏州市高中课改展示课在昆山震川中学举行，笔者上了一节高三化学的研讨课，课题是“奇妙的碘”。笔者以这节课为案例，谈谈自己在这方面的做法。

卤族元素的性质具有相似性，又具有递变性。相似性：因为卤族元素原子最外层都有7个电子，所以都易得到一个电子而达到8电子稳定结构，所以它们的单质都表现为较强的氧化性和较强的活泼性，都能与氢气、水、碱发生反应。卤化氢的水溶液均显酸性，除HF为弱酸外，其余均为强酸。除F-外，Cl-、Br-、I-均与Ag+生成AgX沉淀，且不溶于稀硝酸。递变性：卤族元素原子的核外电子层数依次增大，原子半径依次增大，核对核外电子的吸引力依次减小，所以得到电子的能力也就依次减小，它们单质的氧化性和活泼性依次减小，与氢气、水、碱反应的程度依次减弱，阴离子的还原性逐渐增强等。

另外苏教版教材中对碘的特性和用途的描述简要如下：

（1）碘单质是紫黑色的固体，易升华。

（2）淀粉遇碘溶液变成蓝色，该性质可用于检验碘单质的存在。

（3）在水溶液中碘离子能与银离子反应，生成难溶于水和稀硝酸的黄色碘化银沉淀。实验室常用硝酸银和稀硝酸来检验I-。

（4）碘和碘的化合物在生产和生活中有广泛的应用。碘是一种重要的药用元素，含碘食品的生产也需要碘元素，碘化银可用于人工降雨[1]。

通过比较，我们不难发现，碘的性质既有着卤族的通性，又有着自己鲜明的特性。这些都是我们在教学过程中探究含碘物质转化现象及其规律的重要抓手。

1 探究有关化学反应的本质

[情境]播放电视剧《悬崖》片段

女地下工作者拿出一瓶药水，拆开一本教科书的纸质书套，用毛笔蘸些药水在书套背面来回地涂，一行行蓝色的字迹便显现出来。画外音：“你已经被监视，老武已受到怀疑，明天我把孩子接走，你伺机脱身，他要你把狗处理好。另外，明天晚上之前，他们不会动手，保重！”

[问题1]那瓶药水的主要成是什么，为什么蘸着药水涂在书套的背面，会有蓝色的字迹显现？

这个问题学生回答得很好，他们认为药水的主要成分是碘水，书套背面是用米汤写的字，米汤干了后字就观察不到了。书套用碘水涂后，因为米汤的成分有淀粉，淀粉遇碘水会变蓝色。

[问题2]碘遇淀粉一定变蓝吗？

学生认为碘遇淀粉一定变蓝。笔者没有直接说错还是对，而是做了下列两则演示实验：

演示实验1：在试管中加入少许淀粉，往其中加入2毫升酒精后振荡，再向试管中滴加碘酒2～3滴，观察实验现象。

演示实验2：在试管中加入少许淀粉，往其中加入2毫升蒸馏水后振荡，再向试管中滴加碘酒2～3滴，观察实验现象。

[问题3]通过上述实验不难发现，淀粉中加酒精，再加碘酒，无现象。而淀粉中加蒸馏水，再加碘酒，淀粉溶液会变蓝。这是什么原因呢？

笔者进一步引导学生思考，上述两则实验的区别在于在淀粉中加了不同的溶剂，其中酒精与碘不会发生反应，而水会和碘发生反应生成I-离子。实验证明淀粉遇碘变蓝必须有I-离子存在，并且I-离子的浓度越高则显色的灵敏度也越高。

学生实验1：在淀粉溶液中滴加碘水，将溶液稀释20倍左右，取两支试管各加入2mL左右稀释后的溶液，在其中一份中滴加少量KI固体，对比两份溶液的颜色，发现滴加KI固体的那份溶液的蓝色明显加深（如图2）。

[学习资料]

在化学实验中常用碘遇可溶性淀粉呈深蓝色的反应，这“反应”的实质是直链淀粉的螺旋状柱形刚好能容纳碘钻入并吸附成包合物（如图 3）[2]。

2 研讨有关化学反应的条件

有人说：“化学反应条件的控制是实验的灵魂。”认识反应条件对化学反应的影响，对学好化学具有重要意义。我们知道在不同的反应条件下，化学反应的速率可能不同；在不同的反应条件下，反应产物也有可能不同；反应条件还可以控制反应能否发生和化学反应的方向。因此在研究化学反应的过程中，必须强调条件的影响。为此笔者设计了如下问题。

[问题4]碘遇淀粉溶液一定变蓝吗？

学生对这个问题不置可否，笔者做了第3个演示实验。

演示实验3：取一支试管将演示实验2加碘酒后的淀粉溶液一分为二，取其中一份逐滴加入氢氧化钠溶液。将另一份放在酒精灯上加热，观察实验现象，再将试管中的混合液冷却，观察实验现象（如图4）。

通过演示实验3学生可以观察到在加碘酒后的淀粉溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液，试管中溶液的蓝色会逐渐褪去；将加碘酒后的淀粉溶液在酒精灯上加热，蓝色也会褪去，冷却后蓝色复现。endprint

学生感到很奇怪，仔细一想，加碱溶液，蓝色褪去可以理解，因为碘在碱性条件下可以发生歧化反应。但加热为什么会褪色，冷却后蓝色又复现呢？笔者提供了下列资料。

[学习资料]

碘遇淀粉变蓝色与淀粉的复杂结构有关，加热后，淀粉分子链伸直，所以蓝色会褪去，冷却后，淀粉分子恢复为螺旋状，因此蓝色复现。

通过演示实验3我们可以得出淀粉溶液遇碘变蓝是有条件的，它会受到温度和酸碱度的影响，在碱性或加热的条件下，蓝色会褪去。

3 比较卤族元素化学性质的差异

卤族元素的性质既有相似性，又有递变性。我们教学中可以多利用对比分析的方法，会使各卤族元素的性质及其化合物的性质由于结构的相似而体现相似的性质，又由于结构的差异而体现了性质的递变性这一规律一目了然，也使杂乱的元素化合物知识变得系统化、规律化，从而提高课堂教学的效率。

笔者在教学中设计了下列两个问题：

[问题5]在一定条件下，Fe在Cl2中燃烧生成Fe3Cl8，请问该化合物中Fe的化合价？

[问题6]将铁粉与碘加水进行研磨反应剧烈，生成Fe3I8，即“滴水生烟”。请问“烟”是什么，该化合物中Fe的化合价？

对于问题5，学生很容易联想到Fe3O4，Fe3O4可以看作FeO·Fe2O3，因此Fe3O4中Fe的化合价为+2、+3。Fe3Cl8也可以看作FeCl2·2FeCl3，Fe3Cl8中Fe的化合价同样为+2、+3。

问题6学生容易不假思索地认为“烟”是Fe3Cl8，根据Fe3Cl8的组成类推Fe3I8的组成为FeI2·2FeI3，从而引起错解。错解原因是认为“烟”一定是产物，其实“烟”是碘蒸气，是因为铁粉和碘在水做催化剂的条件下剧烈反应放热，使碘升华。另外学生还忽视了Fe3+的氧化性，Fe的化合价主要有Fe2+、Fe3+，但是Fe3+具有强氧化性，而I-具有强还原性，二者不能共存，发生反应：2Fe3++ 2I-=2Fe2++I2，因此Fe3I8可以看作为3FeI2·I2，Fe3I8中Fe的化合价应为+2。

学生动手做了如下实验：

学生实验2：在研钵中加入铁粉和碘，充分研磨，将研磨后的粉末加入到试管中，向试管中滴少量水，可以发现试管上方出现紫色蒸气。

学生实验3：在试管中加入2mL FeSO4溶液，在其中加入几滴KSCN溶液，先向其中滴加碘水，无现象，再向其中滴加氯水，溶液变成血红色。

4 学会应用碘的化学性质

化学是一门自然科学，我们研究化学的目的就要利用化学为人类更好地服务。在课堂教学中，体现化学的应用价值是很重要的内容，我们要让学生不仅能学到知识，更要学会如何运用知识来解决问题。

笔者在这节课上对碘的化学性质的应用，设计了如下问题。

[学生实践]如何证明食盐中含有碘元素？

我们常用的加碘食盐的包装袋见图5，我们如何利用学到的知识来证明食盐中含有碘元素，学生经过讨论，提出了下列实验步骤：

（1）在试管中加入少量食盐；

（2）向试管中加入2mL蒸馏水，振荡，直至食盐溶解；

（3）向试管中滴加0.5mL KI溶液，振荡；

（4）再向试管中滴加0.5mL稀硫酸，振荡；

（5）最后向试管中加入少量淀粉。

在试管中加入淀粉后，如果溶液变蓝，证明食盐中含有碘元素。

美国课程专家艾里克森提出“观念为本的课程与教学”，认为“提高学业标准更多的是要求思维能力的提高，而不是掌握更多的事实内容。……学习重心应该从记忆事实转移到可迁移的核心观念和对更为根本的知识结构进行深层理解，培养和发展思维能力”。从化学研究的对象看，最能体现化学学科特点和核心内容的观念是：微粒观、元素观、转化观、结构观和能量观等，它们共同构成化学研究物质的认识视角。为此，我们应关注并围绕这些观念开展化学教学实践。

参考文献：

[1]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1[M].南京：江苏教育出版社，2014：47.

[2]曾昭琼.有机化学（下册）[M].北京：高等教育出版社，2001：608.endprint