发展学生化学学科认识的复习教学*
——以“亚硫酸钠的性质及应用”为例

2023-04-05 06:49欧阳志斌俞宏波何雷玉

化学教与学 2023年6期

欧阳志斌俞宏波何雷玉薛金

（1.福建省福清第三中学福建福州 350315；2.福清市教师进修学校福建福州 350300）

学生的化学学习，不仅要学习系统的化学科学知识，还要逐步学会研究物质及其变化的一些独特认识视角和认识思路。［1］化学学科认识方式包括化学认识视角和化学认识思路两个要素，化学认识视角回答了“从哪儿想?”的问题，化学认识思路回答了“怎么想?”的问题。化学学科认识方式是化学学科核心素养发展的内涵实质，具有重要的素养发展价值。“素养为本”的化学课堂教学必须重视学生的化学学科认识的形成和发展。那么，如何在高中化学教学中发展学生的化学学科认识方式呢？化学学习主题的选择显得尤为重要。众所周知，元素化合物的性质及应用是化学科学的重要内容，也是高中化学学习内容的骨架，是极具素养培育价值的主题。遗憾的是，由于高一必修阶段的课时紧张，教与学方式的单一、枯燥，导致学生的化学认识视角和认识思路没有真正形成，导致高三一轮“元素化合物主题的复习教学”就像上新课一样，学生学习效率低下，教师大喊“心累”，因此，如何消除元素化合物主题教学的痛处是高三一轮复习教学的重要研究课题。

一、教学内容

元素化合物承载着三种认识功能：一是作为认识对象，促进学生迁移应用所学的概念原理知识；二是作为认识素材，帮助学生建立和发展概念理论；三是作为认识结果，为后续的认识活动提供参考。［1］亚硫酸钠作为重要的含硫化合物，食品工业上主要用作漂白剂、防腐剂、抗氧化剂等。本文以“亚硫酸钠的性质及应用”为例，引导学生从物质类别和元素价态的角度分析和预测元素化合物的性质和变化，帮助学生建构元素化合物性质及应用的认识视角和认识思路，并学会应用已建构的学科认识方式去认识陌生物质的性质及应用，进而发展学生的化学学科核心素养。

二、教学目标

1.通过对亚硫酸钠的性质探究及其实验方案的设计与实施，让学生掌握研究物质性质的基本程序，培养学生的“科学探究能力与创新意识”。

2.通过引导学生从物质类别和元素价态的角度认识亚硫酸钠的性质和变化，发展和巩固基于价—类二维图的元素观的认识方式，能从“宏—微—符”结合的视角分析问题和解决问题。

3.通过学习亚硫酸钠的重要应用，让学生了解亚硫酸钠的主要性质及对生态环境的影响，发展学生“科学态度与社会责任”素养。

4.通过对亚硫酸钠性质的学习，引导学生基于学科观念建构含硫物质间相互转化的知识体系，提升学生的知识结构化水平，进而发展学生的学科认识能力。

三、教学过程

1.设疑激思，导入新课

【导入】展示一袋如图1所示的亚硫酸钠食品添加剂，提出问题：亚硫酸钠作为食品添加剂有什么具体功能？

图1 亚硫酸钠食品添加剂

【讲述】要想知道亚硫酸钠作为食品添加剂的具体功能，就必须了解它的性质，因为物质的性质决定其应用。

【学生】思考，交流分享，并回答：可以观察物质的外部特征；进行实验探究等。

设计意图：以“亚硫酸钠作为食品添加剂有什么功能？”导入课程，激发学生探究亚硫酸钠性质的欲望，并以问题“如何研究物质的性质？”激思，为后续教学活动提供参照和依据，以便适时调整教学内容和优化教学策略。

2.任务驱动，引领教学

【板书】（1）亚硫酸钠的物理性质

【教师】用什么方法研究物质的物理性质？

【学生】借助感官、仪器或实验。

【教师】展示无水亚硫酸钠样品，提出学习任务：描述亚硫酸钠的物理性质。

【学生】观察试剂瓶中的无水亚硫酸钠样品的色、态，得出无水亚硫酸钠是一种白色粉末。

【教师】亚硫酸钠的水溶性如何？怎么判断？

【学生】亚硫酸钠易溶于水，因为它属于钠盐。

设计意图：通过对亚硫酸钠物理性质的学习，让学生学会研究物质物理性质的一般方法，建立从颜色、气味、状态等方面描述物质的物理性质的基本思路。［2］

【板书】（2）亚硫酸钠的化学性质

【教师】从物质的组成来看，亚硫酸钠属于哪类物质？

【学生A】盐类。

【学生B】钠盐。

【学生C】亚硫酸盐。

【学生D】强碱弱酸盐。

【教师】是的，分类的依据不同，结果不同。

【教师】D 同学从成盐对应的酸和碱的强弱来进行分类，让我们眼前一亮，开拓了我们的思路，既然亚硫酸钠属于强碱弱酸盐，那么它的水溶液显什么性？

【学生活动】亚硫酸钠溶液显碱性。

【教师】提出问题：如何检验亚硫酸钠溶液的碱性？请同学们选择合适的试剂和仪器完成实验。

【学生分组实验】思考，交流讨论，动手实验（教师巡视、指导，及时纠正不规范的操作）。

【师生共同小结】可以用酚酞指示剂（变红）或用pH 试纸（常温下，pH 大于7）检验亚硫酸钠溶液的碱性。

【教师】请用离子方程式来解释亚硫酸钠溶液显碱性的原因。

【学生】SO32-+H2O⇌HSO3-+OH-；HSO3-+H2O⇌H2SO3+OH-

设计意图：通过对亚硫酸钠所属盐的类别的判断，复习旧知识——物质的分类和盐类的水解，激活学生的发散思维，为建立新旧知识的联系搭建认知桥梁。

【教师】请学生来分析和预测亚硫酸钠的化学性质。

【学生】亚硫酸钠属于盐类，可以跟某些酸、碱、盐发生反应，只要满足反应的条件即可。

【教师】请学生选择合适的试剂进行实验验证，并写出亚硫酸钠与某些酸、碱、盐反应的化学方程式。

【学生分组实验】动手实验，并认真如实地记录实验现象，写出相应的化学方程式。

【教师】巡视、指导，利用希沃授课助手选择性拍照上传部分学生的书写结果。

【师生活动】采用教师评价和学生评价结合的方式进行点评，纠错，分析。

【教师】根据复分解反应的条件，亚硫酸钠可以跟某些酸反应，如盐酸、硫酸等；亚硫酸钠可以与某些碱反应，如氢氧化钡、氢氧化钙；亚硫酸钠可以跟某些盐反应，如氯化钙、氯化钡。

【师生活动】教师展示相关化学方程式，学生认真做笔记。

设计意图：引导学生从亚硫酸钠所属的物质类别分析和预测其化学性质及变化，依据复分解反应的原理推测可能发生的化学反应，并通过实验探究进行验证，得出结论，形成从物质类别的角度认识物质性质及变化的认识视角；通过实验现象的描述、对现象的解释以及化学方程式的书写，形成“宏观—微观—符号”三重表征的学科思维，发展学生宏观辨识与微观探析的核心素养。

【教师】实验室常用亚硫酸钠与酸反应制取SO2，亚硫酸钠还可以发生其他反应吗？

【学生】思考，交流讨论。

【教师】请学生来补充亚硫酸钠还可以发生的其他反应。

【学生】亚硫酸钠属于强碱弱酸盐，可以与一些强酸弱碱盐（如硫酸铝）发生双水解反应。

【教师】该同学给我们提供了另一种物质性质的认识方式，即从水解反应的角度预测亚硫酸钠的化学性质，实际情况到底如何，请同学们用实验证明。

【学生】动手实验，记录实验现象，并用离子方程式解释现象。

【教师】巡视、指导，并总结：亚硫酸钠可以与硫酸铝溶液发生双水解反应。

现象：有白色沉淀生成，并有刺激性的气体产生。

设计意图：通过引导学生从“电离与离子反应”的角度分析和探究亚硫酸钠的性质，进一步丰富和发展学生认识物质性质及变化的化学视角。

【教师】展示资料一：亚硫酸钠法烟气脱硫，是采用亚硫酸钠水溶液吸收SO2烟气的脱硫工艺。SO2的吸收是在分馏塔式吸收器内进行的，该工艺脱硫率高（90%以上），操作管理方便，回收的SO2浓度高，用途较广，适合处理大气量的烟气。请用化学方程式解释其脱硫原理。

【学生】从学习资料中提取整合有用的信息，写出化学方程式：Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3

设计意图：通过展示亚硫酸钠法烟气脱硫工艺，让学生在提取和处理信息、运用已有知识解决实际问题的过程中感受化学物质在环境保护中的重要价值，培养学生的社会责任感，进一步拓展学生对亚硫酸钠化学性质和应用的认识。

【过渡】往亚硫酸钠溶液中加入氯化钡或氢氧化钡溶液产生白色沉淀，该白色沉淀一定是亚硫酸钡吗？请说明理由。

【学生】思考，交流讨论，发表看法。

【学生】可能是亚硫酸钡或硫酸钡，也有可能是亚硫酸钡与硫酸钡的混合沉淀。

【追问】为什么可能是硫酸钡？它是如何产生的？

【学生】亚硫酸钠可能部分或全部被氧化成硫酸钠，硫酸钠与氯化钡反应生成硫酸钡沉淀。

【教师】如何检验亚硫酸钠是否被氧化？请设计实验方案证明。

【学生分组实验】根据已有知识设计实验方案并实施（教师巡视、指导）。

【师生活动】学生描述实验方案，教师点评并优化实验方案，强调物质检验的实验方法。

【教师】既然亚硫酸钠容易被氧化，亚硫酸钠如何保存？

【学生】密封保存，尽可能隔绝空气或氧气以防被氧化而变质。

设计意图：通过对亚硫酸钠溶液中加入氯化钡或氢氧化钡溶液产生的白色沉淀的化学成分的质疑，引导学生从化合价角度认识到亚硫酸钠易被氧化，进而设计实验进行探究，通过对亚硫酸钠的保存方法的考查，加深对亚硫酸钠性质的理解和巩固，也为后续从硫的价态认识亚硫酸钠的性质及变化的学习内容作铺垫。

【教师】刚才我们从物质类别的角度认识了亚硫酸钠的部分化学性质及变化，还有其他认识角度吗？

【学生】亚硫酸钠中的硫元素为+4 价，处在中间价态，既有还原性又有氧化性。

【教师】请选择提供的化学试剂，设计简单的实验，证明亚硫酸钠既有氧化性又有还原性。

（提供的试剂为：溴水、硫化钠溶液、亚硫酸钠溶液、稀硫酸、酸性高锰酸钾溶液、氯化铁溶液。）

【学生分组实验】思考，交流讨论并设计实验方案并实施（教师巡视、指导学生优化实验方案）。

【教师】（1）要证明Na2SO3具有氧化性，应选用的试剂是硫化钠溶液和稀硫酸，实验方案是：往亚硫酸钠溶液中加入硫化钠溶液，然后再加入稀硫酸，观察到的现象是产生淡黄色沉淀。（2）要探查Na2SO3的还原性，可以选用的试剂有酸性高锰酸钾溶液或溴水，可观察到酸性高锰酸钾溶液和溴水均褪色。

通过刚才的分析、预测和实验探究，同学们知道了亚硫酸钠既有还原性又有氧化性。

【教师】展示资料二：+6 价铬的化合物毒性很大，在酸性条件下，废水中的+6 价铬主要以的形式存在，能否利用Na2SO3处理废水中的？请通过实验加以验证，如果可以，请写出反应的离子方程式。

【学生】进行实验验证，然后交流表达，书写离子方程式。

【教师】通过刚才的分析、预测和实验探究，我们知道了亚硫酸钠既有氧化性又有还原性，利用亚硫酸钠的还原性可以处理含+6 价铬的废水。

设计意图：引导学生从亚硫酸钠中的硫元素的价态认识到亚硫酸钠既有还原性又有氧化性。要求学生选择合适的试剂和仪器，设计实验方案探究亚硫酸钠的还原性和氧化性，培养学生科学探究的精神。通过对实验现象的描述、解释及符号表征，建立从物质所含元素的价态的角度分析和预测物质化学性质及变化的认识视角，并依据氧化还原反应的原理和离子反应的规律判断反应的产物，进一步丰富和发展对物质化学性质及变化的认识，也巩固了氧化还原反应和离子反应等核心概念的应用。通过用亚硫酸钠处理含+6 价铬废水的应用实例，让学生深刻理解亚硫酸钠的还原性。

3.归纳总结，内化认识

【教师】通过亚硫酸钠的性质探究活动，我们学会了通过观察物质的外部特征了解物质的物理性质；从物质类别和元素价态的角度分析和预测亚硫酸钠的化学性质，知道它是一种盐类物质，可以与某些酸、碱、盐发生复分解反应，还可以与某些强酸弱碱盐发生双水解反应；另外由于硫元素化合价为+4价，因此它既有还原性又有氧化性。

今后如果我们遇到陌生的化学物质，应该怎么研究它的性质？

【学生】通过观察感官、仪器测定或实验研究物质的物理性质；从物质类别和元素价态的角度分析和预测物质的化学性质。

设计意图：通过师生互动的归纳总结，融洽了师生关系，让学生建立了从物质类别和元素价态的角度分析和预测物质的化学性质的认识视角，认识到实验是研究物质性质的科学方法，掌握了研究物质性质的基本程序。

【教师】展示国家食品安全标准GB2760-2014 中的有关亚硫酸钠作为食品添加剂的内容。通过刚才的实验探究，大家掌握了亚硫酸钠的性质，你们现在知道亚硫酸作为食品添加剂有什么功能吗？

【学生】亚硫酸钠可作防腐剂、抗氧化剂、漂白剂。

【教师】利用希沃白板的放大镜功能让学生清晰地看到GB2760-2014 中的有关亚硫酸钠作为食品添加剂的内容，让学生进行对照，增强学生的学习信心。

【教师】亚硫酸钠除了可以作为食品添加剂，还有其他应用吗？

【学生】可用于烟气中SO2的脱硫处理，处理含+6价铬的废水，实验室制备SO2等。

【板书】（3）亚硫酸钠的应用

设计意图：与新课导入前后呼应，通过提问学生亚硫酸钠有什么重要应用，进一步外显学生的思维，引导学生牢固树立“性质决定应用”的化学核心观念。

4.布置作业，延伸拓展

实验室有一瓶长期放置的亚硫酸钠样品，如何检验该瓶中的亚硫酸钠是否变质？请设计实验方案测定该样品中亚硫酸钠的质量分数。

设计意图：通过真实情境下的问题设计与解决，延伸课堂教学，检验教学效果，进一步深化和巩固学生对亚硫酸钠性质的认识和理解，提高学生运用化学知识解决真实问题的能力。

四、教学反思

1.元素化合物认识视角的建构、认识方式的持续进阶发展，需要不断地认识、实践、反思、再实践、再认识。［3］元素化合物主题知识内容多而杂，仅靠“简单地识记、机械地刷题”是无法融会贯通的，需要教师在教学活动中引导学生建构和发展元素化合物性质和变化的认识视角，并通过多种方式探查学生认识水平；诊断能否自觉调用知识？能否用于陌生物质的性质和变化的预测与实验探究？能否在真实复杂的问题情境中进行分析和解决问题？并根据诊断结果，对学生进行针对性的反馈和个性化辅导。

2.通过展示亚硫酸钠的真实应用案例，彰显化学学科在环境保护中的应用价值，落实学科育人目标。通过引导学生依据亚硫酸钠的性质预测其作为食品添加剂的主要功能和其他重要应用，进一步帮助学生内化和固化“性质决定应用”核心观念。

3.注重学生的具身认知体验，通过对亚硫酸钠溶液中加入氯化钡或氢氧化钡溶液产生的白色沉淀的化学成分的质疑，检验亚硫酸钠是否被氧化，设计实验证明亚硫酸钠的还原性和氧化性等，充分考查和提升学生进行实验设计、现象解释和反思的能力。

4.从课堂生成来看，学生对于“从价—类二维角度认识无机物的性质及变化”的意识不强，课后通过与学生交流得知，虽然高一教师在新课讲授“二氧化硫的性质及应用”时也会从这两个角度介绍二氧化硫的性质，但并未提及价—类二维观，因此学生的印象不深。另外，部分学生对于离子反应特别是氧化还原型的离子反应的书写感到很困难，这也是教师在高三一轮复习教学中需要特别关注的。

5.对在实验探究过程遇到的“异常”情况不回避。例如：在进行亚硫酸钠溶液与硫化钠溶液反应实验时，部分同学提出疑问：“为什么没有出现淡黄色沉淀？亚硫酸钠不是跟二氧化硫一样硫元素是+4价吗？”这是学生不合理应用认识视角分析问题产生的错误，于是笔者反问：“亚硫酸钠跟二氧化硫所属的物质类别一样吗？学生恍然大悟：“二氧化硫属于酸性氧化物，在水溶液中显酸性，而亚硫酸钠是盐，在水溶液中显碱性”，笔者追问：“要出现淡黄色沉淀需要往试管中再加入什么物质？”在以上的对话交流后，这些学生往试管中加入稀硫酸，看到了淡黄色沉淀生成，甚是兴奋。

五、结语