氧化还原反应复习教学实践研究

欧阳志斌

摘 要 氧化还原反应是一类重要的化学反应，是促进学生元素化合物认识方式发展的核心概念。氯作为学生在高中化学必修课程中需要系统学习和全面掌握的代表性元素之一，具有丰富的价态，这为氧化还原反应的复习教学设计提供了可能。通过氯气的制备、化学性质、用途的学习认识氧化还原反应的规律、实质和应用价值，拓宽学生从化合价角度理解和掌握物质性质的认识视角，培养学生学会自主构建氧化还原反应、氯及其化合物的知识体系。

关键词 高中化学 复习教学 氧化还原反应 氯及其化合物

一、问题的提出

氧化还原反应是高中化学的核心概念之一，贯穿于高中化学教学的全过程。无论是高一化学必修1旧教材还是新教材，在氯及其化合物知识学习之前，都只介绍了氧化还原反应的定义，只要求学生学会判断氧化还原反应，把需要深度教学的氧化还原反应的相关内容排在氯及其化合物之后[1]。作为学生在高中化学必修课程中需要系统学习和全面掌握的代表性元素之一的氯具有丰富的价态，因此，在高三一轮复习中，设计以氯气的制备、化学性质、用途为中心的氧化还原反应教学，既有利于重构氯及其化合物的知识结构，也有利于深化对氧化还原反应的存在、本质和应用价值的认识，拓宽学生从化合价角度理解和掌握物质性质的认识视角。

二、设计思想

笔者为“氯及其化合物”一节设计了明暗两条主线：明线是氯气的制备、化学性质、用途;暗线是氧化还原反应的基本概念及相互关系、化学方程式的书写和氧化还原反应的应用[2]。以学习任务“如何以浓盐酸为原料制备氯气？”启发学生关注由于在转化中氯元素化合价发生了变化，应该利用氧化还原反应制备氯气;对于使用哪些氧化剂、渗透物质氧化性和还原性强弱的比较，则通过希沃助手及时拍照，上传学生书写的反应方程式，教师做针对性评析，指导学生理解和掌握氧化还原反应方程式的书写和配平方法;利用“化学史话”引导学生采取电解法制取氯气以完善氧化还原反应的知识结构;通过氯气用途的学习，在用原理解释84消毒液不能与洁厕灵混用中渗透氧化还原反应的应用价值教育;通过计算二氧化氯的“有效氯含量”，比较二氧化氯和氯气的消毒能力，帮助学生认识氧化还原反应的本质，引导学生自主构建氯气的制备、化学性质和用途的知识体系，提高学生的化学学科理解能力。

三、教学实录及设计意图

（一）问题驱动，引发思考

【教师】如何以浓盐酸为原料制备氯气？

【学生】利用浓盐酸和二氧化锰混合加热就可以制得氯气。

【教师】请写出化学反应方程式，指出反应中的氧化剂和还原剂，并用双线桥法分析反应中电子转移的方向和数目。

【师生活动】学生书写反应方程式，教师巡视、指导。利用希沃助手，有目的地选择学生所写的反应方程式拍照上传，然后引领学生一起对典型错误（如没有配平、浓盐酸的“浓”没有写、缺少加热符号、二氧化锰的还原产物判断错误等）进行诊断和评析，在错误纠偏中反思教与学行为，为后续的课堂教学提供生成性资源。

【教师】通过刚才的活动，我们知道了：在以上反应中二氧化锰是氧化剂，在反应中被还原，发生还原反应，生成了还原产物（氯化锰）;浓盐酸是还原剂，在反应中被氧化，发生氧化反应，生成了氧化产物（氯气）。

【追问】若通过反应制得了1 mol氯气，那么被氧化的氯化氢的物质的量是多少？

【学生1】4 mol。

【学生2】2 mol。

【讲解】根据反应方程式计算可知，有4 mol氯化氢参加反应，但在该反应中被氧化的氯化氢却只有2 mol。请同学们认真观察反应方程式，反应物浓盐酸中只有2 mol氯的化合价由-1上升到0，还有2 mol氯的化合价没有改变进入氯化锰中，因此，真正被氧化的氯只有2 mol。换言之，浓盐酸作为还原剂并没有全部被氧化，真正被氧化的只有参加反应的一半。同样地，在其他的氧化还原反应中，也可能会出现氧化剂并没有全部被还原，还原剂没有全部被氧化的情况，应该具体问题具体分析。

【提问】在以上反应中，二氧化锰和氯气的氧化性强弱顺序如何？

【学生】根据氧化剂的氧化性强于氧化产物，因此，二氧化锰的氧化性强于氯气。

【教师】分析正确。也就是说，应该选择氧化性比氯气更强的氧化剂与浓盐酸反应制取氯气。

设计意图：以问题“如何以濃盐酸为原料制备氯气？”引入复习课，启发学生回顾已有知识（浓盐酸与二氧化锰共热制氯气），可谓低起点，有助于保护学生的学习信心;通过课堂提问和借助希沃助手有目的拍照上传，教师对常见错误进行评析，帮助学生构建氧化还原反应的基本概念及相互关系框图（如下页图1所示），培养应用概念解决问题的能力[3]。

【过渡】请同学们选择合适的强氧化剂与浓盐酸反应制取氯气，并写出相应的反应方程式。

【师生活动】学生思考，交流与讨论，并尝试写出利用强氧化剂（如酸性高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾，次氯酸钙等）与浓盐酸反应制取氯气的反应方程式;教师巡视、指导，挑选两组答案拍照上传，让其他同学进行评价，指出其中的错误并改正;教师进行点评和归纳，针对学生的错误（如把酸性高锰酸钾对应的还原产物写成MnO2，重铬酸钾对应的还原产物写成CrCl2等），引导学生总结常见氧化剂对应的还原产物（如图2所示）。

【教师】请同学们分析氯酸钾与浓盐酸反应中电子转移的方向和数目。

【学生活动】思考，动手画出双线桥。

【教师】通过巡视，发现部分同学的双线桥标示错误，违背了氧化还原反应的转化规律，即在氧化还原反应中，同种元素不同价态之间若发生反应，元素的化合价只靠近不交叉，也就是说，该反应中的氧化产物和还原产物都为氯气，氯化钾不是还原产物。现在，请同学们再去分析次氯酸钙与浓盐酸反应中电子转移的方向和数目。

【师生活动】学生根据教师刚教的转化规律进行合理分析，教师巡视并辅以个别指导。

设计意图：进一步引导学生选择合适的强氧化剂与浓盐酸反应制取氯气;采取学生先做，教师后评的教学策略，针对氧化还原反应方程式的书写错误，逐一分析和纠正;帮助学生总结常见的强氧化剂和对应的还原产物，特别是转化规律。

（二）实验探究，验证猜想

【PPT展示】化学史话：戴维用电解法发现了新元素[4]（文本内容略）。

【讲解】利用电解法可以将原本不能进行的化学反应，通过外加电流迫使电子转移，使之发生氧化还原反应;电解法成为人类利用化学反应制备新物质的重要里程碑;电解也促进了电化学科学的发展。

【教师】能否以浓盐酸为原料利用电解法制取氯气？如果可以，请画出电解装置图，标明电解质溶液、电极材料名称，写出电解反应方程式和阴、阳极反应式（指明反应类型）。

【学生活动】交流与讨论，完成以上学习任务。

【教师活动】巡视、指导、选择性拍照上传、针对错误之处进行点评。

【教师】请同学们根据设计好的电解装置图，利用电解法制取氯气。

【学生活动】以石墨为电极材料，以浓盐酸为电解质溶液进行电解法制氯气。

【教师】需要指出的是，工业上并不是采用电解浓盐酸而是采用电解饱和食盐水制氯气（即氯碱工业）。

设计意图：使学生明晰无论是原电池反应还是电解反应，二者实质上都是氧化还原反应;利用化学史话启发学生思考：“如何利用电解法制取氯气？”引导学生进行实验探究并写出电解反应方程式和电极反应式;掌握工业上利用电解饱和食盐水制取氯气的方法。这种设计完善了氯气制备的知识，体现了氧化还原反应的应用价值，有助于帮助学生构建氧化还原反应的知识体系。

（三）感受价值，发展认识

【过渡】氯气是一种重要的化工原料，在生产生活中的应用十分广泛。如氯气可用于自来水消毒杀菌、制备漂白粉和次氯酸钠、从卤水中提炼溴和碘。

【教师】氯气用于自来水消毒的原理是什么？请用化学方程式表示。

【学生】Cl2+H2O[]HCl+HClO。氯气与水反应生成次氯酸，次氯酸具有强氧化性。所谓消毒，就是杀死微生物。而次氯酸通过它的强氧化性使微生物细胞中的酶被氧化、蛋白质的合成被阻止，导致微生物死亡，从而实现了消毒。我国从2000年起就逐渐用二氧化氯替代氯气对饮用水进行消毒。

【过渡】生活中一般不会直接使用氯气进行消毒，而是将氯气转化为次氯酸盐。如何将氯气转换成次氯酸盐呢？请举例说明。

【学生】生成84消毒液的反应：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O;生产漂白粉的反应：2Cl2+2Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O。

【教师】在以上两个反应中，氯气表现出什么性質？

【学生】氯气既有氧化性又有还原性，氯元素化合价一部分升高，一部分降低，发生歧化反应。

【讲解】由于次氯酸盐比次氯酸稳定，因此，在工业生产和生活中，多用次氯酸盐和碳酸、盐酸等反应制取次氯酸。

【教师】如何利用氯气从卤水中提炼溴和碘？请写出相关的主要反应方程式。

【学生】Cl2+2KBr=Br2+2KCl;Cl2+2KI=I2+2KCl。

【教师】非常好，利用氯气的强氧化性，通过氧化还原反应，将Br-和I-转化成单质而提取出来，这就是氧化还原反应的重要应用之一。

设计意图：围绕氯气的用途展开课堂教学，通过问题驱动进行启发式教学，引导学生在关注氯气重要用途的同时，领悟氧化还原反应在生产生活中的应用价值，拓展学生认识氧化还原反应的方式。

（四）问题解决，提升认识

【教师】前面提到，用二氧化氯（ClO2）替代氯气对饮用水进行消毒，二氧化氯在水中的杀毒、消毒能力比氯气强，请从氧化还原反应原理的角度对其进行解释。

【信息提示】二氧化氯和氯气均具有强氧化性，已知二者在消毒时均被还原为最低价态。

【学生活动】计算相同物质的量的二氧化氯和氯气还原为最低价态时电子转移的物质的量。

【教师】同学们，通过计算结果可知，相同物质的量的二氧化氯电子转移数大于氯气，因此，二氧化氯在水中的杀毒、消毒能力比氯气强。

【课堂练习】（2016年全国Ⅰ卷改编）“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克氯气的氧化能力。二氧化氯的有效氯含量为           （计算结果保留两位小数）。

【学生活动】思考与讨论，根据电子转移数目相等计算“有效氯含量”。

【教师】巡视、指导。

【讲解】每克ClO2的物质的量n（ClO2） = 1 g ÷ 67.5 g/mol = 1/67.5 mol，其获得电子的物质的量是n（e-） = 1/67.5 mol × 4 = 4/67.5 mol，1 mol Cl2获得电子的物质的量是2 mol，根据电子转移数目相等，可知其相对于氯气的物质的量为n = 4/67.5 mol ÷ 2 = 2/67.5 mol，则氯气的质量为2/67.5 mol × 71 g/mol = 2.10 g。

【展示】84消毒液的使用注意事项（不能将本品与酸性产品同时使用）。

【设问】84消毒液（有效成分为NaClO）不能与洁厕灵（有效成分为盐酸）混合使用，为什么？请用化学方程式解释。

【学生】NaClO+2HCl=Cl2↑+NaCl+H2O，产生的氯气有毒，因此不能混用。

设计意图：通过二氧化氯和氯气消毒能力的比较、二氧化氯有效氯含量的计算，深化学生对氧化还原反应中得失电子守恒规律的认识;通过84消毒液不能与洁厕灵混用等生活经验的介绍，凸显了“从生活走向化学，化学服务生活”的化学学科特点。

（五）布置作业，自主构建

布置作业：绘制氧化还原反应和氯及其化合物的思维导图。

设计意图：通过布置作业“绘制氧化还原反应和氯及其化合物的思维导图”，培养学生自主构建知识体系的能力。

四、教学反思

（一）注重知识体系的构建

高三一轮复习绝不是对所学知识的简单回顾和记忆。氧化还原反应是学习元素化合物知识的重要工具，也是高考的必考点、热点、难点。以氯气的制备、化学性质和用途为载体进行氧化还原反应的教学设计，既有利于促进学生对氯及其化合物知识体系的自主构建，更有利于学生深入理解和领会氧化还原反应的规律、本质和实际应用[5]。通过“绘制氧化还原反应和氯及其化合物的思维导图”的课后作业，培养学生自主构建知识体系的能力。

（二）教学内容结构化

教学内容的设计，应有利于促进学生从化学学科知识向学科核心素养的转化，内容的结构化是实现这种转化的关键[6]。该课例的教学内容围绕氯气的制备、化学性质和用途展开，遵循氯气的发现史。以氯及其化合物为中心的氧化还原反应的复习教学，帮助学生发展对氧化还原反应概念原理的认识，促进知识的迁移，能够应用所学知识解决真实问题——含氯消毒剂“有效氯含量”的计算，应用相关原理解释84消毒液不能与洁厕灵混用。

（三）关注课堂生成

借助希沃助手的拍照上传功能，通过课堂提问、追问、教师巡视、个别指导等方式，及时关注课堂生成，诊断教与学效果，从而有利于适时调整教学内容，改进教学方式，更好地体现“以学生为本”的课堂教学理念。

（四）问题驱动，重构认识

围绕问题“如何以浓盐酸为原料制取氯气”激发学生思考：氯元素化合价发生了变化，应该选择合适的氧化剂，通过氧化还原反应可以实现转化。通过氧化还原方程式的书写、常见氧化剂对应还原产物的判断、双线桥法分析电子转移的方向和数目、含氯消毒剂“有效氯含量”的计算、84消毒液不能与洁厕灵混用等教学环节，充分激活了学生的化学思维，让学生在思考中拓宽了对氧化还原反应的认识视角。

[参 考 文 献]

[1]徐明奎.基于错误归因的二次备课：以“氧化还原反应方程式配平”教学为例[J].化学教与学.2018（7）：26-28.

[2]高金燕.基于培养学科思维的高效复习课堂的构建：以高三一轮复习“氧化还原反应”为例[J].化学教与学.2019（9）：40-41.

[3]封君.基于落实化学学科核心素养的教学实践：以苏教版必修1专题2“氧化还原反应”教学为例[J].化学教与学.2017（3）：53-55.

[4]王祖浩.普通高中教科书化学（必修 第一册）[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2020：69-70.

[5]张仿刚，朱思光，盛连蔚.发展核心素养下的高三主题式复习教学设计：以“氧化还原反应”为例[J].化學教与学.2018（11）：63-67.

[6]房喻，徐端钧.普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2019：245.

（责任编辑：赵晓梅）