高中化学教学与教材若干疑难问题解析*

摘 要 教材是教学的基础和支撑，教师的教和学生的学都离不开教材。高中化学学科目前应用比较广泛的是人教版教材，结合近年来人教版《普通高中教科书·化学》在各地的教学实践、教材培训回访和读者意见反馈，对师生在教材使用过程中较为关注的若干疑难问题进行分析和说明，并给出相关教学建议。

关 键 词 化学教学；化学教材；疑难问题

引用格式 郭震，邢靓.高中化学教学与教材若干疑难问题解析[J].教学与管理，2024（22）：67-70.

现行人教版《普通高中教科书·化学》（以下简称“教材”）必修和选择性必修分册自2019年、2020年陆续出版后，在近几年的使用过程中，各地教师和学生通过多种渠道反馈了教学实践中发现的疑难问题和模糊认识，涉及化学教材部分内容的教学处理和学科理解。本文针对反映较为集中的若干问题进行初步探讨，以期为化学教学提供参考。

一、硫单质的颜色及相关化学方程式的书写

教材中有两处化学反应涉及硫单质的生成：一处是介绍二氧化硫的氧化性时，引入的二氧化硫与硫化氢生成硫单质的反应，将两只分别收集这两种气体的集气瓶的瓶口对接，瓶壁上很快会出现淡黄色的硫；另一处出现在探究化学反应速率影响因素的实验活动中，引入的硫代硫酸钠与硫酸生成硫单质的反应，该反应生成的硫使溶液出现乳白色浑浊。

师生通过对比两处化学反应的现象，往往会对硫单质的颜色到底是淡黄色还是乳白色产生疑惑。硫有多种同素异形体，其中最稳定的正交硫（Sα）和单斜硫（Sβ）在常温下均为淡黄色晶体[1]，研磨成粉末后因光散射会导致颜色变浅。二氧化硫与硫化氢气体混合后，最初生成的硫较少且颗粒细小，集气瓶内往往呈乳白色，随着反应的进行，生成的硫逐渐增多，在集气瓶壁和瓶底可以观察到明显的淡黄色固体。硫代硫酸钠溶液与硫酸混合后，溶液中出现乳白色浑浊，继续静置几分钟，可观察到试管中混合物的底部出现淡黄色沉淀，上部仍呈乳白色浑浊。化学实验中观察到的硫单质及其他物质的颜色，与产物的颗粒大小、聚集状态、观察条件等因素有关[2]，不宜一概而论。

二氧化硫与硫化氢反应的化学方程式的书写也是近年来反映较为集中的问题。不少师生认为，教材中该反应的化学方程式，产物硫单质后应加上沉淀符号。根据全国科学技术名词审定委员会颁布的《化学名词》，沉淀是指“固体物质从溶液中产生和析出的过程”，强调沉淀过程是在溶液中发生的物理或化学变化。教材中的化学方程式描述了二氧化硫与硫化氢两种气体物质混合后发生的反应，生成的固体硫单质显然不符合沉淀的定义，因此没有标注沉淀符号。学生在解答各类题目中，往往会遇到向硫化氢溶液（氢硫酸）中通入二氧化硫气体，或向二氧化硫溶液（亚硫酸）中通入硫化氢气体的情况。描述以上两种现象的化学方程式，则要在产物硫的化学式后标注沉淀符号。

教师在教学中应引导学生深入理解实验原理，客观、准确地描述和记录化学反应，注意外界条件对实验现象的影响，避免机械记忆、照搬结论。同时，在各类评价考试中，也应注意题目的科学性，明确相关条件和背景，避免因单纯从识记层面考查知识复现而出现可能产生争议的内容。

二、二氧化硫能否作为食品添加剂

教材设置的“食品中的二氧化硫”资料栏目介绍了二氧化硫作为食品添加剂在食品生产加工中的作用。有师生反映，媒体经常报道食品加工违规使用硫黄（二氧化硫）熏蒸，这与教材栏目中的内容是否矛盾？

根据我国现行《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760-2014），二氧化硫可用于水果、水果干、蜜饯凉果、干制蔬菜、干制食用菌、腐竹、坚果、白糖、调味料、果蔬汁、葡萄酒、啤酒等多种食品的生产加工和储存，该标准同时也对最大使用量和残留量进行了严格规定。实际上，除了一些食品，特定中药材的炮制加工也需要进行硫黄熏蒸[3]。媒体报道市场活动中出现的一些违规行为，有的是超范围、超量滥用硫黄熏蒸，有的是在熏蒸过程中使用有害杂质含量超标的工业硫代替食品级硫，但这并不代表二氧化硫不能用于食品生产加工。

高中化学课程标准在“科学态度与社会责任”的学科核心素养中，要求学生“认识化学对创造更多物质财富和精神财富、满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献”[4]。因此，化学教学应全面、客观地评价化学物质，需要让学生认识到有的物质可能对人体和环境产生危害，要加强正面引导，通过趋利避害体现化学物质对人类的积极作用，树立化学学科和科学技术的正面形象。

三、浓硫酸与铜反应的产物检验及二氧化硫的漂白作用

关于浓硫酸与铜的反应，教材曾使用品红溶液和石蕊溶液检验其产物二氧化硫。教材在修订后保留品红溶液，不再使用石蕊溶液，有师生希望了解这一变化的原因。二氧化硫具有氧化性、还原性、酸性和漂白作用。单纯从理论出发，与以上性质相关的化学反应都可用于二氧化硫的检验。在实际操作中，综合考虑实验操作便捷、实验现象明显且具有特征性等因素，品红溶液能够较好地检出二氧化硫，而石蕊溶液易受各类酸性气体的干扰。

学生对二氧化硫的漂白作用往往存在模糊认识，误以为二氧化硫可漂白各种常见指示剂。而实验研究表明，二氧化硫可使紫色石蕊溶液变红，但不会使其褪色；二氧化硫也不会对酚酞的指示变色产生影响[5-7]。因此在进行二氧化硫性质的教学时，建议引导学生关注教材“二氧化硫的漂白作用是由于它能与某些有色物质生成不稳定的无色物质”的相关表述，了解其漂白原理及作用对象的局限性，形成对物质性质的全面认识。

四、由粗硅制备高纯硅的方法变化

教材在无机非金属材料一节的“资料卡片”栏目中，介绍了高纯硅的制备原理。学生在阅读该栏目后，会对为什么要将粗硅制成氯化物再还原产生疑问，不了解进行这样操作的原因。这里主要是由于四氯化硅和三氯硅烷（三氯氢硅）都是低沸点液体，容易通过精馏进行提纯，以便得到更高纯度的硅单质。与原人教版课程标准实验教科书相比，新教材从粗硅到高纯硅的转化过程使用的中间体由四氯化硅改为三氯硅烷。教师在对比新旧教材后，希望了解这一变化的原因。

在19世纪初，化学家通过加热钾和四氟化硅得到了单质硅。受这一方法启发，最早工业化制备硅也是利用金属还原硅的卤化物。杜邦公司发明了金属锌在高温下还原四氯化硅制备多晶硅的方法（杜邦法）；此后，贝尔实验室发明了四氯化硅在高温下的氢气还原法（贝尔法），也就是原教材中介绍的制备方法；目前，工业生产中使用最多的是新教材介绍的三氯硅烷在高温下被氢气还原的方法（西门子法）[8]。在西门子法的生产条件下，实际发生的反应相当复杂，除了三氯硅烷的还原，还有三氯硅烷热分解产生硅及四氯化硅等副反应，工业生产中通过各类产物的循环利用提高原料利用率[9]。

西门子法使用三氯硅烷代替四氯化硅有以下原因：一是三氯硅烷的沸点比四氯化硅的低，更容易通过精馏进行提纯，精馏时能耗较低；二是三氯硅烷相对安全，便于储运，较长时间储存后仍能保持电子级纯度，得到的多晶硅产品质量高；三是三氯硅烷氢气还原的反应温度要低于四氯化硅的还原温度，同样条件下的反应较快、产率较高。通过这种方法，在高温下沉积得到的是高纯多晶硅，可用于制造光伏发电板。如果要制造芯片，则要以高纯多晶硅为原料，再经熔融—结晶过程，生长出棒状的超纯单晶硅。

五、对碳纳米材料的模糊认识

有不少师生认为富勒烯就是C60，以至于混淆了两个不同的概念。实际上，化学家在发现C60独特的分子结构后，发现这种结构与建筑师富勒早年发明的一种球顶建筑的结构类似。此后又发现了一系列由碳原子构成的、具有六元环和五元环互相连接形成的封闭空心笼状碳原子簇，如C20、C70、C120等，并将这类物质统称为富勒烯。因此，富勒烯是一类物质的统称，C60属于富勒烯，二者不能等同。

也有师生反映，教材在介绍碳纳米管时，指出“碳纳米管的比表面积大”，这一表述是否应改为“碳纳米管的表面积大”？教材中的“比表面积”系材料学术语，不同于通常使用的“表面积”，是指单位质量粉末或多孔物体所具有的总表面积，既包括外表面积，也包括内表面积。比表面积与材料的吸附能力有直接联系，是衡量吸附剂或催化剂性能的一项重要指标。

六、必修教材涉及选择性必修内容的教学处理

在教学实践中，很多教师反映必修教材有关化学反应原理和有机化学的两章涉及“选择性必修1 化学反应原理”和“选择性必修3 有机化学基础”教材，在教学中是否需要补充选择性必修的内容？

根据高中课程设置方案，必修课程是全体学生必须学习的课程，而选择性必修课程是学生根据个人需求和升学要求选择学习的课程。二者所面向的学生和考试不同，因此课程标准对相关知识的内容和要求，在必修和选择性必修阶段进行了不同的界定。例如，必修教材在第六章以氢气与氯气的反应为例给出了具体的键能数据，其目的是给出化学反应实例，从微观角度帮助学生形成直观认识，使其意识到化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。但这并不意味着要求学生在必修阶段据此进行反应热的计算，因为在课程标准中“能进行反应焓变的简单计算”是选择性必修层次的学业要求，在必修阶段不作要求。

基于因材施教原则，如学生知识基础和理解能力较好，在教学时融通必修和选择性必修内容，有助于学生在深入理解原理的基础上更好地形成化学反应原理和有机化学的完整知识体系，从长远和整体看能够提高教学效率。而作为面向大多数学生的必修课教学，其课时有限，为避免增加学习负担，影响学生学习化学和选学、选考化学的积极性，不建议提前涉及超标内容。

七、环烷烃是否属于饱和烃

很多师生提到了环烷烃的分类归属问题，认为环烷烃的不饱和度不等于0，且能发生开环加成反应，其性质与烷烃的性质不同，因此不属于饱和烃，应被归于不饱和烃。

为澄清师生对这一问题的模糊认识，首先应了解“饱和”的含义。在有机化学中，碳原子的“饱和”一般指碳原子的价键全部被C—C、C—H等σ键所饱和，分子中不存在双键或三键等不饱和键。环烷烃分子中只有C—C和C—H单键，不存在双键或三键，其分子中的碳原子是饱和碳原子。其次，不饱和度在中学化学教学中多被认为是有机分子不饱和程度的量化标志。根据不饱和度的计算公式，其本质是某有机物分子中的氢原子数（含杂原子折算后的氢原子数）与相同碳原子数（含杂原子折算后的碳原子数）的链状烷烃的氢原子数的差值之半，因此不饱和度也被称为“缺氢指数”[10]。后一称法在某种意义上更为准确，缺少氢原子可能是因为分子中存在不饱和键（双键、三键），也可能是环状结构导致缺氢，而分子中并不存在不饱和键。

目前，不同资料对烷烃、饱和烃的定义并不完全一致。在全国科学技术名词审定委员会颁布的《化学名词》《化工名词》规范术语中，烷烃是指由碳和氢两种元素构成的饱和有机化合物，包括链烷烃和环烷烃；环烷烃则被定义为饱和的单环烃或分子中含有碳环结构的饱和烃，明确指出环烷烃属于饱和烃。在实际教学中，很多师生之所以认为环烷烃不属于饱和烃，主要是个别环烷烃能发生所谓开环“加成反应”，与常见烷烃的化学性质不同。这一认识存在两方面问题：一方面在于对环烷烃性质的错误认识。基于结构决定性质的化学基本原则，环烷烃的碳骨架结构由C—C和C—H单键组成，与链状烷烃相同，因此环烷烃的基本化学性质与链状烷烃是一致的。例如，与一般试剂不易发生反应，与卤素可以发生自由基取代反应。只有环丙烷、环丁烷及其衍生物存在特殊情况，因其三、四元环结构的张力较高，故能与氢气、卤素、卤化氢等发生开环反应。此类小环结构不够稳定，并不是环烷烃的普遍性质，不能将少数物种的特性作为一类物质的通性。以更为常见的环己烷为例，其性质较为稳定，能发生的化学反应与链状烷烃相近。另一方面在于对加成反应定义的错误认识。根据《化学名词》《中国大百科全书》等对加成反应的定义，加成反应是双键、三键等不饱和官能团与其他分子作用，生成新的饱和单键的过程。因此，环丙烷、环丁烷与氢气、卤素等试剂发生的开环反应，既不符合加成反应的定义，也不是典型的不饱和烃的化学性质。专业文献将环丙烷的此类反应亦定义为“开环反应”，而非“加成反应”[11]。

八、乙醛脱氢酶在乙醇代谢中的作用

教材的“资料卡片”栏目介绍了人体内的乙醇代谢过程，其中涉及乙醇脱氢酶（ADH）和乙醛脱氢酶（ALDH）。在有机化学中，一般将有机分子的“脱氢”或“加氧”过程定义为氧化反应。乙醇在乙醇脱氢酶作用下脱氢生成乙醛，显然属于氧化反应。而乙醛在乙醛脱氢酶作用下氧化为乙酸，学生分析分子式变化，认为这是一个加氧的过程，并没有脱氢。应该如何理解该过程中乙醛脱氢酶的作用呢？

乙醇除了可被常见氧化剂如酸性重铬酸钾溶液、酸性高锰酸钾溶液等氧化外，在人体内还可发生酶催化的氧化反应。这一代谢过程的生化反应机理较为复杂。其中乙醛氧化为乙酸的过程，是在乙醛脱氢酶（ALDH）的催化作用下进行的。而脱氢酶催化反应的电子受体为辅酶，如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+），反应中无需氧的参与。ALDH可将乙醛中的氢离子和两个电子传递给NAD+，使之变为还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH），同时生成的乙酰基正离子（CH3CO+）再与水作用，生成乙酸和氢离子[12]。乙酸在人体中继续转化为乙酰辅酶A进入三羧酸循环，最后代谢为二氧化碳和水。

九、羧酸和酯中的羰基能否被催化还原

教材在介绍羰基化合物时，指出醛和酮分子中的羰基（碳氧双键）可被催化氢化还原为醇。与之类似的羧酸和酯分子中的羰基能否被催化还原，是学生在学习过程中常会提出的疑问。与醛、酮相比，羧酸中的羰基由于与相邻羟基的共轭作用，反应活性降低，难以在催化剂作用下被氢气还原，但可被更强的还原剂，如氢化铝锂或乙硼烷还原为醇。酯类物质也可被金属氢化物还原为醇，或在铜铬氧化物的催化下与氢气发生催化氢化生成醇[13]。

有机反应的数量巨大，类型庞杂，新试剂、新反应层出不穷，在中学化学教材和教学中不加限制地引入显然不够现实。教材为了减轻师生负担，没有介绍以上内容，意在避免各类考试将此类知识默认为已学内容。相关反应在题目中一般以信息的形式给出，学生可通过知识迁移进行理解和应用。

十、聚合物的端基

教材在介绍缩聚反应原理和缩聚物结构简式的书写后，学生认识了缩聚物的端基，常会对加聚物结构简式未出现端基产生疑问：加聚物是否具有端基？如果有的话应如何书写？

加成聚合反应如果是使用引发剂的自由基聚合过程，经过链引发、链增长，在链终止阶段，高分子链端的高活性自由基难以孤立存在。两个高分子链端的自由基可以相互结合，发生偶合终止；也可以发生一个自由基夺取另一个自由基的氢原子或其他原子的歧化终止。对于使用催化剂的配位聚合过程，一般通过加入水、醇、酸、胺等含活性氢的化合物作为终止剂来阻止高分子链的继续延伸[14]。因此，教材中指出“加聚物的端基不确定，一般不必写出”，而缩聚物的端基通常都比较明确，“一般在方括号外侧写出端基原子或原子团”。对于同属于缩聚物的多糖类物质，由于中学阶段对葡萄糖的环状结构不作正式教学要求，因此教材和日常教学不涉及淀粉、纤维素等物质的结构简式，一般用糖化学研究习惯使用的分子式（C6H10O5）n来进行表示。

参考文献

[1] 申泮文，王积涛主编. 化合物词典[M]. 上海：上海辞书出版社，2002：151.

[2] 廖旭杲. 高中化学疑难解析六例[J]. 中学化学，2022（06）：53-57.

[3] 邓爱平，康传志，张悦，等. 熏硫对中药化学成分及药理作用的影响[J]. 药物分析杂志，2019（09）：1542-1559.

[4] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S]. 北京：人民教育出版社，2020：4.

[5] 李双根. 中学常见漂白剂与指示剂的反应探究[J]. 中学化学教学参考，2018（22）：57.

[6] 崔卫军. 硫及二氧化硫性质实验改进的分析[J]. 中学化学教学参考，2019（08）：67.

[7] 肖建均，余丽琼. 二氧化硫性质检验实验的改进[J]. 实验教学与仪器，2023（04）：60-61.

[8] 《中国冶金百科全书》总编辑委员会《有色金属冶金》卷编辑委员会. 中国冶金百科全书·有色金属冶金[M]. 北京：冶金工业出版社，1999：262-264.

[9] 苗军舰. 西门子法生产多晶硅的热力学[D]. 长沙：中南大学，2007.

[10] 胡思前. 缺氢指数公式的改良[J]. 高等函授学报（自然科学版），1999（04）：40-41.

[11] Zi-Yu Zhang，Zhi-Yun Liu，Rui-Ting Guo et al. B（C6F5）3Cata-

lyzed Ring Opening and Isomerization of Unactivated Cyclopropa-

nes[J]. Angew. Chem. Int. Ed.，2017（56）：4028-4032.

[12] 黄超.乙醛脱氢酶及其相关代谢在梅尼埃病发病机制中的作用研究[D]. 长沙：中南大学，2023.

[13] 邢其毅，裴伟伟，徐瑞秋，等.基础有机化学·上册[M]. 4版.北京：北京大学出版社，2016：537+573-576.

[14] 潘祖仁主编. 高分子化学[M]. 5版.北京：化学工业出版社，2011：72-98+172.

【责任编辑 郭振玲】