常見有機(jī)化學(xué)教學(xué)拓展誤區(qū)

周瑤

摘要：有機(jī)化學(xué)在高中化學(xué)課程中的地位毋庸置疑，文章就必修階段的甲烷取代反應(yīng)、乙烯加成反應(yīng)和乙酸乙醇的酯化反應(yīng)進(jìn)行分析，討論了在進(jìn)行課本知識(shí)拓展和習(xí)題改編時(shí)可能出現(xiàn)的科學(xué)性錯(cuò)誤，并對(duì)新版教材內(nèi)容提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：有機(jī)化學(xué)；高中化學(xué)教材；教學(xué)拓展

文章編號(hào)：1008-0546（2022）01-0033-03中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.01.008

2017年高中化學(xué)進(jìn)行了新課標(biāo)修訂，為有機(jī)化學(xué)單獨(dú)設(shè)置了一個(gè)主題——“簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物及其應(yīng)用”，可見有機(jī)化學(xué)在必修階段的地位有了提升。現(xiàn)有文獻(xiàn)就必修階段有機(jī)化學(xué)教學(xué)的實(shí)施建議中較多地關(guān)注了難度、深廣度和教學(xué)銜接等方面，但較少關(guān)注實(shí)際教學(xué)中存在的科學(xué)性問題。例如：教師為幫助學(xué)生遷移應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)而改編課本素材和習(xí)題時(shí)，會(huì)出現(xiàn)為提升難度而偏離化學(xué)核心素養(yǎng)的情況，甚至?xí)霈F(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤。本研究以化學(xué)必修二的第三章為研究?jī)?nèi)容，通過對(duì)比2019年人民教育出版社、山東科學(xué)技術(shù)出版社和江蘇鳳凰教育出版社出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（以下分別簡(jiǎn)稱“人教版（2019）”[1]、“魯科版（2019）”[2]、“蘇教版（2020）[3]”），總結(jié)日常教學(xué)中出現(xiàn)的教學(xué)爭(zhēng)議，通過查閱資料進(jìn)行厘清，并對(duì)教材內(nèi)容提出修改建議。

一、甲烷的取代反應(yīng)

甲烷是高中生系統(tǒng)學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的第一個(gè)有機(jī)化合物，甲烷與氯氣的反應(yīng)是學(xué)生接觸到的第一個(gè)重要特征反應(yīng)，承擔(dān)著幫助學(xué)生形成從特征反應(yīng)學(xué)習(xí)有機(jī)物的認(rèn)識(shí)角度的重要作用。3個(gè)版本教材對(duì)該反應(yīng)的論述的異同見表1。

1.常見教學(xué)疑惑點(diǎn)及厘清

（1）教師認(rèn)定該反應(yīng)的必需條件是光照，并將光照拓展到生活中的常見光源，如太陽光、白熾燈、日光燈和鎂條燃燒的光等。但文獻(xiàn)研究表明，除了光照，當(dāng)加熱250℃～400℃以上也能發(fā)生該反應(yīng)[4]。同時(shí)光源的選擇不能隨意，有研究者指出最佳光源是太陽光和高壓汞燈。日光燈效率低，白熾燈發(fā)出的光能量與鎢絲溫度相關(guān)而具備不確定性，鎂條燃燒副產(chǎn)物太多也不適合[5-6]。（2）其他鹵素（氟、溴和碘）是否也可以發(fā)生取代反應(yīng)，條件是否也是光照。高等教材《基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)第四版》中指出，氟氣因?yàn)樘顫姡磻?yīng)激烈難以控制；碘單質(zhì)和甲烷反應(yīng)需要的活化能太高，反應(yīng)難以進(jìn)行，只有溴單質(zhì)和烷烴在光照和熱的條件也可以進(jìn)行[7]。可見，當(dāng)進(jìn)行烷烴取代反應(yīng)素材選取時(shí)，采用氯氣和溴單質(zhì)都可以，但氟氣和碘單質(zhì)并不合適。（3）定量討論反應(yīng)物的比例關(guān)系，如問“甲烷和氯氣體積比1∶4時(shí)，產(chǎn)物只有四氯化碳嗎？”“這個(gè)比例對(duì)于反應(yīng)產(chǎn)物有影響嗎？”從反應(yīng)機(jī)理分析，該反應(yīng)是自由基鏈的連鎖反應(yīng)，理論上會(huì)同時(shí)產(chǎn)生四種鹵代烴的混合物。但是通過調(diào)控比例可以適當(dāng)提高不同產(chǎn)物的量，如工業(yè)上甲烷和氯氣投料比分別是10∶1和1∶4，可以分別得到一氯甲烷和四氯化碳[8]。但在課堂實(shí)驗(yàn)中，甲烷和氯氣的體積比控制在1∶1～1∶4均可得到較好的實(shí)驗(yàn)效果[9]。

2.教材修改建議

（1）修改教材中甲烷的取代反應(yīng)方程式，可參考圖1。（2）教師用書中對(duì)鹵素的代表物的選擇提出不推薦氟和碘。（3）教師用書中可提出甲烷和氯氣的最佳配比1∶1～1∶4已達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果，但用來討論產(chǎn)物種類的意義不大，定性關(guān)注即可。

二、乙烯的加成反應(yīng)

乙烯因?yàn)棣墟I的存在，使得乙烯不同于烷烴而具備了加成反應(yīng)的性質(zhì)，這也是有機(jī)化學(xué)中非常重要的一類反應(yīng)。三個(gè)版本教材中關(guān)于該反應(yīng)的論述異同見表2。

1.常見教學(xué)疑惑點(diǎn)及厘清

（1）四氯化碳溶液有毒，能否用溴水溶液進(jìn)行加成反應(yīng)。相關(guān)文獻(xiàn)指出乙烯與溴屬于親電加成反應(yīng)，當(dāng)乙烯通入溴水時(shí)，溴單質(zhì)和水都會(huì)參與反應(yīng)，且主要產(chǎn)物是2-溴乙醇，而1，2-二溴乙烷的產(chǎn)率很低[10]。課本采用溴的四氯化碳溶液主要考慮到四氯化碳是惰性溶劑，不與乙烯反應(yīng)，只生成1，2-二溴乙烷而更加符合科學(xué)性。但從安全性的角度考慮，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)用溴水代替有毒的四氯化碳溶液觀察褪色現(xiàn)象也有合理性[11]。（2）甲烷取代反應(yīng)采用的是氯氣，且在一些教輔資料中也出現(xiàn)了乙烯直接和氯氣加成的習(xí)題。那加成反應(yīng)能否也用氯氣？對(duì)條件是否有要求？文獻(xiàn)指出工業(yè)上雖采用乙烯和氯氣加成制備二氯乙烷的，但是該反應(yīng)在氣相中選擇性低，為此工業(yè)上都是用液相法生產(chǎn)，即以液相二氯乙烷為介質(zhì)，F(xiàn)eCl3做催化劑[12]。可見，氯氣和乙烯常溫時(shí)也可以反應(yīng)，只是工業(yè)上需在溶劑中進(jìn)行。

2.教材修改建議

人教版（2019）的表述“在一定條件下，還可以與氯氣、氫氣、氯化氫和水等物質(zhì)發(fā)生加成反應(yīng)”容易誤導(dǎo)教師，建議在教師用書中對(duì)不同反應(yīng)物的反應(yīng)條件進(jìn)行明確。

三、乙酸乙酯的制備

乙酸乙酯實(shí)驗(yàn)是中學(xué)階段的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)之一，也是常見的考題內(nèi)容。3個(gè)版本教材對(duì)該實(shí)驗(yàn)的表述差異見表3。

1.常見教學(xué)疑惑點(diǎn)及厘清

（1）加入沸石或碎瓷片是否是必需操作？人教版的舊版教材中并沒有強(qiáng)調(diào)加入碎瓷片。陸海燕等[13]通過對(duì)暴沸的情況分析指出，如果酒精燈直接加熱時(shí)，加入沸石更科學(xué)且符合實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范。（2）乙醇乙酸用量是否應(yīng)有要求？從化學(xué)平衡角度看，無論是增加乙酸還是乙醇的用量都可以增大反應(yīng)速率。通常在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中為了節(jié)約成本會(huì)選擇乙醇過量的方式，但在課堂實(shí)驗(yàn)中該成本可以忽略不計(jì)，故較多研究者推測(cè)不同醇酸比對(duì)實(shí)驗(yàn)效果可能有一定影響。但經(jīng)過實(shí)證發(fā)現(xiàn)乙醇過量[14]或者乙酸過量[15]時(shí)，乙酸乙酯的分層效果都比較好。（3）試劑的添加順序，郭子亮[16]通過對(duì)比不同順序后的實(shí)驗(yàn)效果發(fā)現(xiàn)，試劑的順序?qū)?shí)驗(yàn)效果并沒有明顯影響。但也有研究者基于反應(yīng)機(jī)理中醋酸分子的質(zhì)子化是該反應(yīng)的決速步，建議先加冰醋酸，再加濃硫酸和乙醇[15]。（4）加熱方式是否必須是酒精燈直接加熱？通常直接加熱反應(yīng)時(shí)反應(yīng)速率更快，但溫度升溫太快也容易出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，副反應(yīng)較多。且乙醇和乙酸蒸出較多，導(dǎo)致分層效果不明顯。筆者查閱其他版本教材后發(fā)現(xiàn)，滬科版[17]采用的是水浴加熱，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)證明，水浴加熱可以避免上述缺點(diǎn)，但反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)[18]。

2.教材修改建議

就試劑添加順序和用量方面，建議避免學(xué)生過多關(guān)注加料順序和用量，但在教師用書中可以給出具體方案，方便老師演示。

四、結(jié)論

綜上所述，筆者認(rèn)為有機(jī)化學(xué)的教學(xué)在拓展和改編時(shí)需要注意以下事項(xiàng)：

（1）氯氣和甲烷取代反應(yīng)中，光源的選擇上最好是日光。習(xí)題中經(jīng)常為了結(jié)合鎂性質(zhì)考察而使用鎂條燃燒的光會(huì)存在較多副產(chǎn)物，不夠嚴(yán)謹(jǐn)。素材選取時(shí)，氯氣可以換成溴單質(zhì)，但演示效果不如氯氣好，更加不推薦改為碘單質(zhì)和氟氣。氯氣和甲烷取代反應(yīng)不太需要關(guān)注定量，因?yàn)檫@四種有機(jī)產(chǎn)物都同時(shí)存在。

（2）乙烯和溴的加成反應(yīng)中，素材選取時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇溴的四氯化碳溶液更加科學(xué)，而不是溴水。同樣，這里鹵素也可以選用氯氣，但不建議選用碘和氟。

（3）乙酸乙酯實(shí)驗(yàn)中，加入碎瓷片可以作為一個(gè)常規(guī)操作的考點(diǎn)；乙酸和乙醇的用量情況只需要從平衡移動(dòng)原理進(jìn)行討論，具體誰過量的題目設(shè)計(jì)應(yīng)該避免；加熱方式可就實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的碳化現(xiàn)象進(jìn)行拓展，并引出一些高效的水浴加熱方案；試劑順序只需提及滿足濃硫酸稀釋原理即可；最后關(guān)于Na2CO3溶液的選擇，與加熱方式和乙酸的用量有關(guān)。

綜上所述，教學(xué)和教材息息相關(guān)。一方面，課本屬于基礎(chǔ)知識(shí)，教師需要進(jìn)行一定的拓展和補(bǔ)充。但當(dāng)進(jìn)行素材替換或內(nèi)容拓展時(shí)要謹(jǐn)慎對(duì)待改編的嚴(yán)謹(jǐn)性和合理性，以防出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤。另一方面，教材是教師教學(xué)的權(quán)威參考資料，應(yīng)該避免出現(xiàn)有誤導(dǎo)性的內(nèi)容，考慮學(xué)生用書篇幅限制，值得師生探究拓展之處可在教師用書進(jìn)行合理補(bǔ)充。

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