建立研究無機(jī)物性質(zhì)的思路與方法

郭瑞云 陳紅碩 王璐

摘要：從燃燒條件出發(fā)，引出生活中常見的滅火劑，提出常見滅火劑的局限性，引導(dǎo)學(xué)生辯證看待問題。從物質(zhì)類別和化合價角度，對鈉的氧化物的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測、分析并驗證，建立研究物質(zhì)性質(zhì)的思路與方法，運(yùn)用化學(xué)知識解釋常見滅火劑的局限性。并通過觀察到“酚酞褪色”這一異常現(xiàn)象進(jìn)一步探究，運(yùn)用以實驗為基礎(chǔ)的實證研究方法進(jìn)行驗證。通過物質(zhì)性質(zhì)的研究分析鈉的氧化物在生活與生產(chǎn)實際中的應(yīng)用，感受化學(xué)的魅力，發(fā)展社會參與意識。

關(guān)鍵詞：鈉的氧化物;物質(zhì)類別;化合價角度;思路與方法

文章編號：1008-0546（2022）03x-0029-03??? 中圖分類號：G632.41??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.007

一、問題的提出

《關(guān)于新時代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》指出：積極探索基于情境、問題導(dǎo)向的互動式、啟發(fā)式、探究式、體驗式等課堂教學(xué)，注重加強(qiáng)課題研究、項目設(shè)計、研究性學(xué)習(xí)等跨學(xué)科綜合性教學(xué)，認(rèn)真開展驗證性實驗和探究性實驗教學(xué)[1]。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。其中，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”要求能初步學(xué)會收集各種證據(jù)，建立證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實。“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”要求能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的問題;能依據(jù)探究目的設(shè)計并優(yōu)化實驗方案，運(yùn)用化學(xué)實驗、調(diào)查等方法進(jìn)行實驗探究;善于合作，敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新[2]。基于以上指導(dǎo)思想與理論依據(jù)，本案例從物質(zhì)類別和化合價角度，對鈉的氧化物[3]的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測、分析并驗證，其核心價值在于利用分類觀與價態(tài)觀指導(dǎo)學(xué)生形成基于元素認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)的核心觀念與關(guān)鍵能力，建立研究物質(zhì)性質(zhì)的思路與方法。從根據(jù)鈉的氧化物的化學(xué)性質(zhì)辯證的分析常見滅火劑的局限性，引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)的視角看待問題和解決實際問題，促進(jìn)學(xué)生辯證地看待問題，培養(yǎng)學(xué)生參與社會決策的意識。

通過對第一章“物質(zhì)及其變化”的學(xué)習(xí)，掌握了分類研究的方法，學(xué)生能從分類角度考慮物質(zhì)的轉(zhuǎn)換，并初步能通過價態(tài)變化認(rèn)識氧化劑與還原劑。但是，學(xué)生對從物質(zhì)類別和化合價角度來研究物質(zhì)這一過程缺乏感性認(rèn)識材料。本案例通過對滅火劑局限性討論，促進(jìn)學(xué)生辯證的看待問題。通過以分類觀與價態(tài)觀對物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，為研究物質(zhì)性質(zhì)提供一般思路（見圖1）。通過驗證酚酞褪色原因，初步形成驗證物質(zhì)性質(zhì)的基本思路。

二、教學(xué)過程

1.引入新課

【提問】物質(zhì)燃燒需要哪些條件？生活中有哪些物質(zhì)可以滅火？

【回答】可燃物、氧氣、達(dá)到著火點。水、二氧化碳、沙子。

【過渡】水和二氧化碳一定能滅火嗎？

【分組討論】一部分同學(xué)認(rèn)為可以，一部分同學(xué)認(rèn)為不可以。

【演示實驗】“滴水生煙”“吹氣生火”（見圖2）。

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)真實問題情境，激發(fā)求知欲和探索欲，增強(qiáng)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和動機(jī)。

2.推測鈉的氧化物的化學(xué)性質(zhì)（任務(wù)一）

【投影】鈉的氧化物。

【提問】從物質(zhì)分類角度分析氧化鈉的性質(zhì)。

【分組討論】氧化鈉屬于堿性氧化物，能與水反應(yīng)，與酸性氧化物反應(yīng)，與酸反應(yīng)。

【投影】

Na₂O+H₂O===2NaOH

Na₂O+CO₂===Na₂CO₃

Na₂O+2HCl===2NaCl+H₂O

【展示】類比堿性氧化物得出化學(xué)性質(zhì)。

【提問】過氧化鈉與氧化鈉有什么不同？從元素價態(tài)的角度分析過氧化鈉的性質(zhì)。

【分組討論】O為-1價，既能被氧化又能被還原。

【引導(dǎo)】從元素化合價變化的角度出發(fā)，同學(xué)們判斷一下：過氧化鈉與水反應(yīng)的產(chǎn)物。

【分組討論】過氧化鈉中氧元素的化合價為-1，化合價降低，生成氫氧化鈉，化合價升高，生成氧氣。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)分類與元素價態(tài)的角度考慮物質(zhì)的性質(zhì)，形成分類觀與價態(tài)觀。

【問題解決】如何設(shè)計實驗檢驗預(yù)測的產(chǎn)物是否正確？

【展示】研究物質(zhì)性質(zhì)的思路：

預(yù)測性質(zhì)→設(shè)計方案→實驗驗證

【分組實驗】過氧化鈉與水反應(yīng)（見圖3）。

現(xiàn)象：固體溶解，有氣泡產(chǎn)生，試管壁發(fā)熱，帶火星的木條復(fù)燃，滴加2滴酚酞后酚酞先變紅后褪色。

【引導(dǎo)】你能根據(jù)實驗現(xiàn)象寫出過氧化鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎？

【結(jié)論】2Na₂O₂+2H₂O===4NaOH+O₂↑，氧氣使帶火星木條復(fù)燃，生成氫氧化鈉使酚酞變紅。

設(shè)計意圖：形成驗證物質(zhì)性質(zhì)的思路，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識。通過控制變量排除干擾，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。

【問題解決】為什么酚酞變紅后會褪色？

【介紹】資料：酚酞在濃的堿溶液中因生成鈉鹽而呈無色。

【分組討論】（1）因為反應(yīng)后試管很熱，所以可能是溶液溫度較高使紅色褪去。（2）實驗所加水較少，紅色褪去可能是生成的NaOH濃度較大的緣故。（3）過氧化鈉具有強(qiáng)氧化性，生成物中O₂、H₂O（可能產(chǎn)物）也具有強(qiáng)氧化性，可能使紅色物質(zhì)被氧化漂白。

設(shè)計比較性實驗進(jìn)行驗證（圖4）。

【觀察】（1）、（2）變紅不褪色，（3）中直接通入氧氣變紅不褪色，但是加入二氧化錳的試管中，生成使木條復(fù)燃的氧氣，繼續(xù)滴加酚酞，溶液變紅。

【結(jié)論】中間產(chǎn)物過氧化氫使酚酞褪色。

設(shè)計意圖：進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識以及學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。

3.學(xué)以致用

【問題解決】怎么理解“滴水生煙”的實驗？

【回答】反應(yīng)放熱，達(dá)到棉花著火點，同時生成氧氣有利于燃燒。

【引導(dǎo)】水為非金屬氧化物，二氧化碳也屬于非金屬氧化物，根據(jù)過氧化鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式，能寫出過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎？

【回答】2Na₂O₂+2CO₂===2Na₂CO₃+O₂↑

【問題解決】怎么理解“吹氣生火”的實驗？

【分組討論】人體呼出氣體主要是CO₂。

【投影】

2Na₂O₂+2H₂O===4NaOH+O₂↑

2Na₂O₂+2CO₂===2Na₂CO₃+O₂↑

【提問】過氧化鈉有什么用途？

【回答】供氧劑與漂白劑。

【提問】燃燒都能用水和二氧化碳滅火嗎？過氧化鈉著火怎么辦？

【回答】用沙土蓋滅。

【展示】過氧化鈉的用途：供氧劑與漂白劑。

設(shè)計意圖：燃燒不一定能用水和二氧化碳滅火，使學(xué)生能夠從物質(zhì)性質(zhì)理解其相應(yīng)的應(yīng)用。

三、教學(xué)反思

1.基于真實情境組織教學(xué)，問題層層遞進(jìn)，知識螺旋式上升，在不斷反思中實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

2.引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)視角看待和解決實際問題，促進(jìn)學(xué)生辯證看待問題，鼓勵學(xué)生參與社會決策的意識。

將物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)融入有關(guān)的生活現(xiàn)象和社會問題的分析解決活動中，體現(xiàn)其社會應(yīng)用價值，充分體現(xiàn)元素化合物與自然界和社會生活的密切聯(lián)系。

參考文獻(xiàn)

[1]國務(wù)院辦公廳.關(guān)于新時代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見[EB/OL]. http：//www.gov.cn/zhengce/content/2019-06/19/content₅401568.htm.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[3]人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書（化學(xué)必修第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2019.