“物質的分類”教學創新設計

黃宏

摘要：分類思想對化學研究起著不可低估的作用。“物質的分類”教學以硫酸型酸雨形成過程中涉及的兩種物質——SO2和H2SO3作為主要研究對象，通過對它們化學性質的推測，讓學生建立從個別到一般、一般到個別以及類比和遷移的化學思想，并能夠讓學生認識物質的分類對研究物質化學性質的重要作用。

關鍵詞：分類思想；個別到一般；一般到個別；類比；遷移

文章編號：1008-0546（2016）06-0000-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.06.000

《普通高中化學課程標準（實驗）》中指出，高中生應認識分類思想對化學研究的作用，并能根據物質的組成和性質對物質進行分類。那么，“物質的分類”對于高中生進行無機物化學性質的學習、形成分類思想具有怎樣的指導作用，如何通過教學設計與實施實現其功能，一直受到研究者和一線教師的關注。[1]對此，筆者通過創新教學設計加以研究。

一、設計思想

本節課選取了硫酸型酸雨形成過程中的兩種物質——SO2和H2SO3作為主要研究對象，通過讓學生推測H2SO3的化學性質，以此建立研究物質化學性質的一般思路：確定物質的類別——回憶這類物質的化學性質——確定該物質的化學性質，同時從CO2、SO2、SO3的化學性質歸納概括出酸性氧化物的一般通性，以此引導學生建構從一般到個別、個別到一般的化學思想；而在SO2化學性質的推測過程中，學生猜測SO2可能與CO2化學性質相似，然后通過學生分組實驗和閱讀課本，以此達成理論和實驗的統一，進而得出SO2和CO2化學性質相似，都屬于酸性氧化物，以此引導學生建構類比的化學思想，并深化物質的分類對研究物質化學性質作用的認識；除此之外，引導學生運用遷移思想，得出堿性氧化物的一般通性。當然，在學生了解了酸性氧化物和堿性氧化物的通性后，即可順利解釋石灰石脫硫的原理，在知識的運用中讓學生體會所學知識的價值。最后圍繞硫酸型酸雨形成的原理，引發學生對SO2和H2SO3都能與O2反應原理的困惑，以此使學生產生對物質進行多角度分類的需求。誠然，經過物質的分類學習，使學生在面對一個陌生的具體物質時，能自覺地對該物質進行分類，并根據其與各類物質之間的相互關系預測該物質的性質。

二、教學目標

知識與技能：學會研究物質化學性質的一般方法，認識比較和分類等科學方法對化學研究的作用。

過程與方法：通過對H2SO3與SO2化學性質的探究，體驗研究物質化學性質的一般方法；通過對酸性氧化物和堿性氧化物的性質的小結，學會從個別到一般的學習方法，提高學生的遷移能力。

情感態度價值觀：通過對SO2與足量澄清石灰水的實驗探究，培養學生實事求是的科學態度。

三、教學過程

[教師]在初中，大家對硫酸型酸雨已經有了基本了解，請用化學反應方程式表示出硫酸型酸雨的形成過程。

[學生]途徑1：2SO2+O2=2SO3（粉塵） SO3+H2O=H2SO4

途徑2：SO2+H2O■2H2SO3+O2=2H2SO4

[教師]在硫酸型酸雨形成的途徑2中，劃橫線的物質名稱是什么？

[學生]亞硫酸。

[教師]亞硫酸除了和氧氣反應外，還能和哪些物質類別發生化學反應？說明判斷的依據。

[學生]亞硫酸可以和堿、活潑金屬、指示劑反應，因為亞硫酸和硫酸一樣是酸，應該具備酸的通性。

[教師]亞硫酸既然屬于酸，它的化學性質還有補充的嗎？

[學生]還可以和金屬氧化物、某些鹽反應。

[教師]在推測物質所具備的化學性質時，請大家思考一下推測的一般思路。

[學生]確定物質的類別——根據一類物質的化學性質——推測該物質的化學性質。

[教師]SO2是造成硫酸型酸雨的主要物質，SO2除了和H2O、O2反應外，還能和哪些物質發生化學反應呢？判斷的依據是什么？

[學生]SO2還能與堿反應，覺得SO2化學性質應該和CO2類似，在初中我們已經知道CO2能與堿反應。

[教師]SO2是不是真的能與堿反應？

[分組實驗]打開分液漏斗的活塞，觀察澄清石灰水的變化（實驗裝置見圖1）。

[教師]實驗中觀察到什么現象？

[生1]澄清石灰水變渾濁。

[生2]澄清石灰水一直是澄清的。

[生3]澄清石灰水先變渾濁再變澄清。

[教師]請大家分析一下，為什么實驗現象會出現這么大的差異？可能的原因是什么？

[生1]我們這組放入濃硫酸的量少，因此產生SO2的量也少，而澄清石灰水的量多，所以會變渾濁，看到渾濁后我們立馬將導管放進盛有氫氧化鈉的燒杯中。

[生2]我們這組濃硫酸放入的量很多，因此產生SO2的量很多，在亞硫酸鈣生成的瞬間又被反應完了。

[生3]我們這組濃硫酸放入的量較少，看到石灰水渾濁后并沒有將導管拿開，繼續通了SO2。

[教師]大家分析的非常好，雖然大家實驗時做出來的現象不一樣，但都能合理的解釋觀察到的現象。

[教師]請寫出二氧化硫通入足量的澄清石灰水中對應的化學反應方程式。

[學生]SO2+Ca（OH）2=CaSO3↓+H2O

[教師]在初中，我們知道CO2也能與澄清石灰水反應，由此你得出什么？

[學生]SO2和CO2的化學性質相似。

[教師]它們究竟是哪一類？請大家看書上第4頁的內容。

[學生]閱讀書本。

[學生]CO2和SO2是酸性氧化物。

[教師]什么是酸性氧化物呢？

[學生]與堿反應生成鹽和水的氧化物。

設計意圖：通過讓學生推測H2SO3的化學性質，讓學生建立研究物質化學性質的一般路徑：確定物質的類別——根據一類物質的化學性質——推測該物質的化學性質，并讓學生初步體會物質分類對于無機物化學性質學習的意義。通過讓學生推測SO2的化學性質，讓學生學會運用類比及實驗的方法去研究物質間的聯系，深化物質的分類對研究物質化學性質的作用。

[教師]除了CO2和SO2是酸性氧化物外，SO3也是酸性氧化物，請你推測它有何化學性質？推測的依據是什么？

[學生]SO3能與水反應，SO3還能與堿反應。原因是SO3是酸性氧化物，化學性質應該與CO2、SO2相似。

[教師]請大家歸納酸性氧化物的一般通性。

[學生]酸性氧化物能與水反應、能與堿反應。

[教師]怎么推測出來的？

[學生]抓住CO2、SO2、SO3所能發生的化學反應的共性。

[教師]很好，酸性氧化物除了和水、堿反應之外，還能與堿性氧化物反應。什么是堿性氧化物？

[學生]與酸反應生成鹽和水的氧化物。

[教師]很好，常見的堿性氧化物有：CaO、CuO、Fe2O3等，那么，堿性氧化物有哪些通性？

[學生]與水反應，與酸反應，與酸性氧化物反應。

設計意圖：通過讓學生歸納酸性氧化物的一般通性，讓學生學會由個別到一般的思想。在歸納完酸性氧化物通性后，讓學生運用遷移的思想得出堿性氧化物的定義和通性，以此提高學生分析問題的能力。

[教師]SO2是造成硫酸型酸雨的主要物質，煤的燃燒是產生SO2的主要原因，所以在煤中添加石灰石（CaCO3）作為脫硫劑，可以減少煤燃燒時產生的SO2，請說明原理。

[學生]CaCO3在高溫下分解生成CaO，CaO再和SO2反應生成亞硫酸鈣。

設計意圖：讓學生探究減少硫酸型酸雨途徑的基本原理，以此讓學生在解決生活問題的過程中體會所學知識的價值。

[教師]很好，在前面推測H2SO3、SO2的化學性質時，我們需要先弄清楚H2SO3、SO2屬于哪一類，再根據這一類物質的化學性質推測該物質的化學性質。但在硫酸型酸雨形成的途徑中，大家可以發現：H2SO3與SO2都能與氧氣反應，這是為什么？

[學生]可能有其它的分類角度。

設計意圖：通過學生不能解釋硫酸型酸雨形成過程中SO2和H2SO3為什么都能與氧氣反應，讓學生建構多角度分類物質的化學思想。

[教師]一種物質，我們可以從多角度對它進行分類，角度越多，物質的性質就被認識的越全面。請大家運用已學的知識，對下列含硫的化合物進行分類。

CaSO3 Na2SO4 SO2 NaHSO4

H2SO3 H2SO4 Na2SO3 NaHSO3

[生1]從物質的組成和性質角度劃分：

屬于鹽的有：CaSO3、Na2SO4、NaHSO4、Na2SO3、NaHSO3

屬于酸的有：H2SO3、H2SO4

屬于酸性氧化物的有：SO2

[生2]從物質的狀態角度劃分：

屬于氣體的是：SO2

屬于液體的是：H2SO3、H2SO4

屬于固體的是：CaSO3、Na2SO4、NaHSO4、Na2SO3、NaHSO3

[教師]對物質的劃分可以從不同角度，除了從物質的組成和性質、物質的狀態，還可以從溶解度、導電性等方面。下面請大家以Na2SO3為例，盡可能寫出Na2SO3能發生的化學反應。

[生1]Na2SO3+2HCl=2NaCl+H2SO3

Na2SO3+Ca（OH）2=CaSO3↓+2NaOH

CaCl2+Na2SO3=2NaCl+CaSO3↓

[生2]Na2SO3+2HCl=2NaCl+H2SO3這個反應不能發生，因為沒有氣體產生。

[生3]可以發生，類似于我們初中實驗室制備CO2的反應，應該寫成

Na2SO3+2HCl=2NaCl+SO2↑+H2O

[教師]其它兩個反應能發生嗎？

[學生]能，因為兩個反應中都有沉淀產生。

[教師]Na2SO3為什么能發生這些反應？

[學生]Na2SO3從物質類別角度是鹽，鹽可以和酸反應生成新鹽和新酸，鹽還可以和堿反應生成新鹽和新堿反應，鹽還可以和鹽反應生成兩種新鹽，能讓這些反應發生的反應產物中要么有沉淀或有水或有氣體產生。

設計意圖：亞硫酸鈉是鹽，對應的也是硫元素形成的化合物，通過讓學生寫出亞硫酸鈉能發生反應對應的化學反應方程式，以此讓學生能從鹽能發生的化學反應來思考問題，從而加深學生對推測物質化學性質一般路徑的認識。

[教師]在推測物質化學性質時，我們首先要對物質進行分類，科學家為了研究物質，也會對物質進行分類，如果從物質的組成和性質可以進行如下分類，見圖2。

[教師]當然，根據人們的需求，我們還可以從其他角度對物質進行分類，看一個物質的角度越多，了解物質的性質就越豐富，認識物質越具體，對物質的認識就越深刻。

設計意圖：從科學家在研究物質時，也是根據自己研究的需要，從不同角度對物質進行分類，以此讓學生體會從多角度對物質進行分類的必要性。

四、教學反思

1. 巧選對象，精準切入

在本節內容中，學生要知道從物質的性質角度對氧化物進行分類，可分為酸性氧化物和堿性氧化物，而酸性氧化物的代表物是CO2和SO2。在初中，學生對二氧化碳的化學性質較為熟悉，如與水化合生成碳酸，與氫氧化鈣或氫氧化鈉這樣的堿反應，但對SO2的性質較為陌生，SO2僅僅是在硫酸型酸雨形成的途徑中出現的，學生既熟悉又陌生，所以選擇了硫酸型酸雨作為本節內容的切入口。在推測SO2的化學性質前，由于要讓學生先了解推測物質化學性質的一般思路：先要確定物質所屬的類別——回憶這類物質的化學性質——確定該物質的化學性質，所以選擇了硫酸型酸雨形成的中間產物亞硫酸作為鋪墊，因為亞硫酸是一種酸，學生對酸的通性已經非常熟悉，所以對亞硫酸的化學性質推測也顯得容易起來。

2. 實驗激趣，引導發展

實驗既是檢驗理論和檢驗真理的唯一標準，又是激發學生學習興趣和引導學生發展的重要載體。在推測SO2的化學性質時，學生覺得SO2的化學性質應該和CO2相似，認為SO2應該可以與堿反應。為此，通過學生分組實驗的方式對學生的猜想加以驗證。在實驗教學實施過程中，為了提高實驗的探究性和開放性，學生實驗操作中藥品的用量教師沒有給予人為的規定，這樣實驗中學生會觀察到不同的實驗現象，為此，學生思維的深刻性和廣闊性得到了提升。

3. 推理歸納，促進遷移

歸納與概括是思維的兩種基本方式，二者密不可分，概括過程中必須借助于歸納，這樣才能從對個別事物的認識，擴展到對一類事物的認識，從而使形成的結論具有普遍性。在歸納酸性氧化物的一般通性時，采用了從特殊到一般的推理方式，通過讓學生歸納二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫化學性質中的共性得出酸性氧化物的一般通性。另外，在得出酸性氧化物的通性后還讓學生歸納了堿性氧化物的通性，凸顯了學習遷移的作用。因此，從特殊到一般的推理歸納，從比較概括的類比遷移，實現了知識的深度理解和方法的靈活應用。

參考文獻

[1] 支瑤，王磊等“物質的分類”促進高中生無機物性質學習的功能價值分析及其教學實現[J].化學教育，2012，（4）：28～35