氧化還原反應(yīng)復(fù)習(xí)教學(xué)實(shí)踐研究

歐陽志斌

摘 要 氧化還原反應(yīng)是一類重要的化學(xué)反應(yīng)，是促進(jìn)學(xué)生元素化合物認(rèn)識方式發(fā)展的核心概念。氯作為學(xué)生在高中化學(xué)必修課程中需要系統(tǒng)學(xué)習(xí)和全面掌握的代表性元素之一，具有豐富的價態(tài)，這為氧化還原反應(yīng)的復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計提供了可能。通過氯氣的制備、化學(xué)性質(zhì)、用途的學(xué)習(xí)認(rèn)識氧化還原反應(yīng)的規(guī)律、實(shí)質(zhì)和應(yīng)用價值，拓寬學(xué)生從化合價角度理解和掌握物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識視角，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會自主構(gòu)建氧化還原反應(yīng)、氯及其化合物的知識體系。

關(guān)鍵詞 高中化學(xué) 復(fù)習(xí)教學(xué) 氧化還原反應(yīng) 氯及其化合物

一、問題的提出

氧化還原反應(yīng)是高中化學(xué)的核心概念之一，貫穿于高中化學(xué)教學(xué)的全過程。無論是高一化學(xué)必修1舊教材還是新教材，在氯及其化合物知識學(xué)習(xí)之前，都只介紹了氧化還原反應(yīng)的定義，只要求學(xué)生學(xué)會判斷氧化還原反應(yīng)，把需要深度教學(xué)的氧化還原反應(yīng)的相關(guān)內(nèi)容排在氯及其化合物之后[1]。作為學(xué)生在高中化學(xué)必修課程中需要系統(tǒng)學(xué)習(xí)和全面掌握的代表性元素之一的氯具有豐富的價態(tài)，因此，在高三一輪復(fù)習(xí)中，設(shè)計以氯氣的制備、化學(xué)性質(zhì)、用途為中心的氧化還原反應(yīng)教學(xué)，既有利于重構(gòu)氯及其化合物的知識結(jié)構(gòu)，也有利于深化對氧化還原反應(yīng)的存在、本質(zhì)和應(yīng)用價值的認(rèn)識，拓寬學(xué)生從化合價角度理解和掌握物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識視角。

二、設(shè)計思想

筆者為“氯及其化合物”一節(jié)設(shè)計了明暗兩條主線：明線是氯氣的制備、化學(xué)性質(zhì)、用途;暗線是氧化還原反應(yīng)的基本概念及相互關(guān)系、化學(xué)方程式的書寫和氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用[2]。以學(xué)習(xí)任務(wù)“如何以濃鹽酸為原料制備氯氣？”啟發(fā)學(xué)生關(guān)注由于在轉(zhuǎn)化中氯元素化合價發(fā)生了變化，應(yīng)該利用氧化還原反應(yīng)制備氯氣;對于使用哪些氧化劑、滲透物質(zhì)氧化性和還原性強(qiáng)弱的比較，則通過希沃助手及時拍照，上傳學(xué)生書寫的反應(yīng)方程式，教師做針對性評析，指導(dǎo)學(xué)生理解和掌握氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和配平方法;利用“化學(xué)史話”引導(dǎo)學(xué)生采取電解法制取氯氣以完善氧化還原反應(yīng)的知識結(jié)構(gòu);通過氯氣用途的學(xué)習(xí)，在用原理解釋84消毒液不能與潔廁靈混用中滲透氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用價值教育;通過計算二氧化氯的“有效氯含量”，比較二氧化氯和氯氣的消毒能力，幫助學(xué)生認(rèn)識氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建氯氣的制備、化學(xué)性質(zhì)和用途的知識體系，提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科理解能力。

三、教學(xué)實(shí)錄及設(shè)計意圖

（一）問題驅(qū)動，引發(fā)思考

【教師】如何以濃鹽酸為原料制備氯氣？

【學(xué)生】利用濃鹽酸和二氧化錳混合加熱就可以制得氯氣。

【教師】請寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，指出反應(yīng)中的氧化劑和還原劑，并用雙線橋法分析反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。

【師生活動】學(xué)生書寫反應(yīng)方程式，教師巡視、指導(dǎo)。利用希沃助手，有目的地選擇學(xué)生所寫的反應(yīng)方程式拍照上傳，然后引領(lǐng)學(xué)生一起對典型錯誤（如沒有配平、濃鹽酸的“濃”沒有寫、缺少加熱符號、二氧化錳的還原產(chǎn)物判斷錯誤等）進(jìn)行診斷和評析，在錯誤糾偏中反思教與學(xué)行為，為后續(xù)的課堂教學(xué)提供生成性資源。

【教師】通過剛才的活動，我們知道了：在以上反應(yīng)中二氧化錳是氧化劑，在反應(yīng)中被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，生成了還原產(chǎn)物（氯化錳）;濃鹽酸是還原劑，在反應(yīng)中被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成了氧化產(chǎn)物（氯氣）。

【追問】若通過反應(yīng)制得了1 mol氯氣，那么被氧化的氯化氫的物質(zhì)的量是多少？

【學(xué)生1】4 mol。

【學(xué)生2】2 mol。

【講解】根據(jù)反應(yīng)方程式計算可知，有4 mol氯化氫參加反應(yīng)，但在該反應(yīng)中被氧化的氯化氫卻只有2 mol。請同學(xué)們認(rèn)真觀察反應(yīng)方程式，反應(yīng)物濃鹽酸中只有2 mol氯的化合價由-1上升到0，還有2 mol氯的化合價沒有改變進(jìn)入氯化錳中，因此，真正被氧化的氯只有2 mol。換言之，濃鹽酸作為還原劑并沒有全部被氧化，真正被氧化的只有參加反應(yīng)的一半。同樣地，在其他的氧化還原反應(yīng)中，也可能會出現(xiàn)氧化劑并沒有全部被還原，還原劑沒有全部被氧化的情況，應(yīng)該具體問題具體分析。

【提問】在以上反應(yīng)中，二氧化錳和氯氣的氧化性強(qiáng)弱順序如何？

【學(xué)生】根據(jù)氧化劑的氧化性強(qiáng)于氧化產(chǎn)物，因此，二氧化錳的氧化性強(qiáng)于氯氣。

【教師】分析正確。也就是說，應(yīng)該選擇氧化性比氯氣更強(qiáng)的氧化劑與濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣。

設(shè)計意圖：以問題“如何以濃鹽酸為原料制備氯氣？”引入復(fù)習(xí)課，啟發(fā)學(xué)生回顧已有知識（濃鹽酸與二氧化錳共熱制氯氣），可謂低起點(diǎn)，有助于保護(hù)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心;通過課堂提問和借助希沃助手有目的拍照上傳，教師對常見錯誤進(jìn)行評析，幫助學(xué)生構(gòu)建氧化還原反應(yīng)的基本概念及相互關(guān)系框圖（如下頁圖1所示），培養(yǎng)應(yīng)用概念解決問題的能力[3]。

【過渡】請同學(xué)們選擇合適的強(qiáng)氧化劑與濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣，并寫出相應(yīng)的反應(yīng)方程式。

【師生活動】學(xué)生思考，交流與討論，并嘗試寫出利用強(qiáng)氧化劑（如酸性高錳酸鉀、重鉻酸鉀、氯酸鉀，次氯酸鈣等）與濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣的反應(yīng)方程式;教師巡視、指導(dǎo)，挑選兩組答案拍照上傳，讓其他同學(xué)進(jìn)行評價，指出其中的錯誤并改正;教師進(jìn)行點(diǎn)評和歸納，針對學(xué)生的錯誤（如把酸性高錳酸鉀對應(yīng)的還原產(chǎn)物寫成MnO2，重鉻酸鉀對應(yīng)的還原產(chǎn)物寫成CrCl2等），引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)常見氧化劑對應(yīng)的還原產(chǎn)物（如圖2所示）。

【教師】請同學(xué)們分析氯酸鉀與濃鹽酸反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。

【學(xué)生活動】思考，動手畫出雙線橋。

【教師】通過巡視，發(fā)現(xiàn)部分同學(xué)的雙線橋標(biāo)示錯誤，違背了氧化還原反應(yīng)的轉(zhuǎn)化規(guī)律，即在氧化還原反應(yīng)中，同種元素不同價態(tài)之間若發(fā)生反應(yīng)，元素的化合價只靠近不交叉，也就是說，該反應(yīng)中的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物都為氯氣，氯化鉀不是還原產(chǎn)物。現(xiàn)在，請同學(xué)們再去分析次氯酸鈣與濃鹽酸反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。

【師生活動】學(xué)生根據(jù)教師剛教的轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行合理分析，教師巡視并輔以個別指導(dǎo)。

設(shè)計意圖：進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生選擇合適的強(qiáng)氧化劑與濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣;采取學(xué)生先做，教師后評的教學(xué)策略，針對氧化還原反應(yīng)方程式的書寫錯誤，逐一分析和糾正;幫助學(xué)生總結(jié)常見的強(qiáng)氧化劑和對應(yīng)的還原產(chǎn)物，特別是轉(zhuǎn)化規(guī)律。

（二）實(shí)驗探究，驗證猜想

【PPT展示】化學(xué)史話：戴維用電解法發(fā)現(xiàn)了新元素[4]（文本內(nèi)容略）。

【講解】利用電解法可以將原本不能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，通過外加電流迫使電子轉(zhuǎn)移，使之發(fā)生氧化還原反應(yīng);電解法成為人類利用化學(xué)反應(yīng)制備新物質(zhì)的重要里程碑;電解也促進(jìn)了電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展。

【教師】能否以濃鹽酸為原料利用電解法制取氯氣？如果可以，請畫出電解裝置圖，標(biāo)明電解質(zhì)溶液、電極材料名稱，寫出電解反應(yīng)方程式和陰、陽極反應(yīng)式（指明反應(yīng)類型）。

【學(xué)生活動】交流與討論，完成以上學(xué)習(xí)任務(wù)。

【教師活動】巡視、指導(dǎo)、選擇性拍照上傳、針對錯誤之處進(jìn)行點(diǎn)評。

【教師】請同學(xué)們根據(jù)設(shè)計好的電解裝置圖，利用電解法制取氯氣。

【學(xué)生活動】以石墨為電極材料，以濃鹽酸為電解質(zhì)溶液進(jìn)行電解法制氯氣。

【教師】需要指出的是，工業(yè)上并不是采用電解濃鹽酸而是采用電解飽和食鹽水制氯氣（即氯堿工業(yè)）。

設(shè)計意圖：使學(xué)生明晰無論是原電池反應(yīng)還是電解反應(yīng)，二者實(shí)質(zhì)上都是氧化還原反應(yīng);利用化學(xué)史話啟發(fā)學(xué)生思考：“如何利用電解法制取氯氣？”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗探究并寫出電解反應(yīng)方程式和電極反應(yīng)式;掌握工業(yè)上利用電解飽和食鹽水制取氯氣的方法。這種設(shè)計完善了氯氣制備的知識，體現(xiàn)了氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用價值，有助于幫助學(xué)生構(gòu)建氧化還原反應(yīng)的知識體系。

（三）感受價值，發(fā)展認(rèn)識

【過渡】氯氣是一種重要的化工原料，在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用十分廣泛。如氯氣可用于自來水消毒殺菌、制備漂白粉和次氯酸鈉、從鹵水中提煉溴和碘。

【教師】氯氣用于自來水消毒的原理是什么？請用化學(xué)方程式表示。

【學(xué)生】Cl2+H2O[]HCl+HClO。氯氣與水反應(yīng)生成次氯酸，次氯酸具有強(qiáng)氧化性。所謂消毒，就是殺死微生物。而次氯酸通過它的強(qiáng)氧化性使微生物細(xì)胞中的酶被氧化、蛋白質(zhì)的合成被阻止，導(dǎo)致微生物死亡，從而實(shí)現(xiàn)了消毒。我國從2000年起就逐漸用二氧化氯替代氯氣對飲用水進(jìn)行消毒。

【過渡】生活中一般不會直接使用氯氣進(jìn)行消毒，而是將氯氣轉(zhuǎn)化為次氯酸鹽。如何將氯氣轉(zhuǎn)換成次氯酸鹽呢？請舉例說明。

【學(xué)生】生成84消毒液的反應(yīng)：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O;生產(chǎn)漂白粉的反應(yīng)：2Cl2+2Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O。

【教師】在以上兩個反應(yīng)中，氯氣表現(xiàn)出什么性質(zhì)？

【學(xué)生】氯氣既有氧化性又有還原性，氯元素化合價一部分升高，一部分降低，發(fā)生歧化反應(yīng)。

【講解】由于次氯酸鹽比次氯酸穩(wěn)定，因此，在工業(yè)生產(chǎn)和生活中，多用次氯酸鹽和碳酸、鹽酸等反應(yīng)制取次氯酸。

【教師】如何利用氯氣從鹵水中提煉溴和碘？請寫出相關(guān)的主要反應(yīng)方程式。

【學(xué)生】Cl2+2KBr=Br2+2KCl;Cl2+2KI=I2+2KCl。

【教師】非常好，利用氯氣的強(qiáng)氧化性，通過氧化還原反應(yīng)，將Br-和I-轉(zhuǎn)化成單質(zhì)而提取出來，這就是氧化還原反應(yīng)的重要應(yīng)用之一。

設(shè)計意圖：圍繞氯氣的用途展開課堂教學(xué)，通過問題驅(qū)動進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在關(guān)注氯氣重要用途的同時，領(lǐng)悟氧化還原反應(yīng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用價值，拓展學(xué)生認(rèn)識氧化還原反應(yīng)的方式。

（四）問題解決，提升認(rèn)識

【教師】前面提到，用二氧化氯（ClO2）替代氯氣對飲用水進(jìn)行消毒，二氧化氯在水中的殺毒、消毒能力比氯氣強(qiáng)，請從氧化還原反應(yīng)原理的角度對其進(jìn)行解釋。

【信息提示】二氧化氯和氯氣均具有強(qiáng)氧化性，已知二者在消毒時均被還原為最低價態(tài)。

【學(xué)生活動】計算相同物質(zhì)的量的二氧化氯和氯氣還原為最低價態(tài)時電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量。

【教師】同學(xué)們，通過計算結(jié)果可知，相同物質(zhì)的量的二氧化氯電子轉(zhuǎn)移數(shù)大于氯氣，因此，二氧化氯在水中的殺毒、消毒能力比氯氣強(qiáng)。

【課堂練習(xí)】（2016年全國Ⅰ卷改編）“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力，其定義是：每克含氯消毒劑的氧化能力相當(dāng)于多少克氯氣的氧化能力。二氧化氯的有效氯含量為? ? ? ? ? ?（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）。

【學(xué)生活動】思考與討論，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等計算“有效氯含量”。

【教師】巡視、指導(dǎo)。

【講解】每克ClO2的物質(zhì)的量n（ClO2） = 1 g ÷ 67.5 g/mol = 1/67.5 mol，其獲得電子的物質(zhì)的量是n（e-） = 1/67.5 mol × 4 = 4/67.5 mol，1 mol Cl2獲得電子的物質(zhì)的量是2 mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，可知其相對于氯氣的物質(zhì)的量為n = 4/67.5 mol ÷ 2 = 2/67.5 mol，則氯氣的質(zhì)量為2/67.5 mol × 71 g/mol = 2.10 g。

【展示】84消毒液的使用注意事項（不能將本品與酸性產(chǎn)品同時使用）。

【設(shè)問】84消毒液（有效成分為NaClO）不能與潔廁靈（有效成分為鹽酸）混合使用，為什么？請用化學(xué)方程式解釋。

【學(xué)生】NaClO+2HCl=Cl2↑+NaCl+H2O，產(chǎn)生的氯氣有毒，因此不能混用。

設(shè)計意圖：通過二氧化氯和氯氣消毒能力的比較、二氧化氯有效氯含量的計算，深化學(xué)生對氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒規(guī)律的認(rèn)識;通過84消毒液不能與潔廁靈混用等生活經(jīng)驗的介紹，凸顯了“從生活走向化學(xué)，化學(xué)服務(wù)生活”的化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)。

（五）布置作業(yè)，自主構(gòu)建

布置作業(yè)：繪制氧化還原反應(yīng)和氯及其化合物的思維導(dǎo)圖。

設(shè)計意圖：通過布置作業(yè)“繪制氧化還原反應(yīng)和氯及其化合物的思維導(dǎo)圖”，培養(yǎng)學(xué)生自主構(gòu)建知識體系的能力。

四、教學(xué)反思

（一）注重知識體系的構(gòu)建

高三一輪復(fù)習(xí)絕不是對所學(xué)知識的簡單回顧和記憶。氧化還原反應(yīng)是學(xué)習(xí)元素化合物知識的重要工具，也是高考的必考點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)。以氯氣的制備、化學(xué)性質(zhì)和用途為載體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的教學(xué)設(shè)計，既有利于促進(jìn)學(xué)生對氯及其化合物知識體系的自主構(gòu)建，更有利于學(xué)生深入理解和領(lǐng)會氧化還原反應(yīng)的規(guī)律、本質(zhì)和實(shí)際應(yīng)用[5]。通過“繪制氧化還原反應(yīng)和氯及其化合物的思維導(dǎo)圖”的課后作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生自主構(gòu)建知識體系的能力。

（二）教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化

教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計，應(yīng)有利于促進(jìn)學(xué)生從化學(xué)學(xué)科知識向?qū)W科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化是實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵[6]。該課例的教學(xué)內(nèi)容圍繞氯氣的制備、化學(xué)性質(zhì)和用途展開，遵循氯氣的發(fā)現(xiàn)史。以氯及其化合物為中心的氧化還原反應(yīng)的復(fù)習(xí)教學(xué)，幫助學(xué)生發(fā)展對氧化還原反應(yīng)概念原理的認(rèn)識，促進(jìn)知識的遷移，能夠應(yīng)用所學(xué)知識解決真實(shí)問題——含氯消毒劑“有效氯含量”的計算，應(yīng)用相關(guān)原理解釋84消毒液不能與潔廁靈混用。

（三）關(guān)注課堂生成

借助希沃助手的拍照上傳功能，通過課堂提問、追問、教師巡視、個別指導(dǎo)等方式，及時關(guān)注課堂生成，診斷教與學(xué)效果，從而有利于適時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方式，更好地體現(xiàn)“以學(xué)生為本”的課堂教學(xué)理念。

（四）問題驅(qū)動，重構(gòu)認(rèn)識

圍繞問題“如何以濃鹽酸為原料制取氯氣”激發(fā)學(xué)生思考：氯元素化合價發(fā)生了變化，應(yīng)該選擇合適的氧化劑，通過氧化還原反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。通過氧化還原方程式的書寫、常見氧化劑對應(yīng)還原產(chǎn)物的判斷、雙線橋法分析電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目、含氯消毒劑“有效氯含量”的計算、84消毒液不能與潔廁靈混用等教學(xué)環(huán)節(jié)，充分激活了學(xué)生的化學(xué)思維，讓學(xué)生在思考中拓寬了對氧化還原反應(yīng)的認(rèn)識視角。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]徐明奎.基于錯誤歸因的二次備課：以“氧化還原反應(yīng)方程式配平”教學(xué)為例[J].化學(xué)教與學(xué).2018（7）：26-28.

[2]高金燕.基于培養(yǎng)學(xué)科思維的高效復(fù)習(xí)課堂的構(gòu)建：以高三一輪復(fù)習(xí)“氧化還原反應(yīng)”為例[J].化學(xué)教與學(xué).2019（9）：40-41.

[3]封君.基于落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐：以蘇教版必修1專題2“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)為例[J].化學(xué)教與學(xué).2017（3）：53-55.

[4]王祖浩.普通高中教科書化學(xué)（必修 第一冊）[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2020：69-70.

[5]張仿剛，朱思光，盛連蔚.發(fā)展核心素養(yǎng)下的高三主題式復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計：以“氧化還原反應(yīng)”為例[J].化學(xué)教與學(xué).2018（11）：63-67.

[6]房喻，徐端鈞.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2019：245.

（責(zé)任編輯：趙曉梅）