讓學(xué)生體會化學(xué)有功于人類——《二氧化硫的性質(zhì)和作用》教學(xué)設(shè)計

魯衍旭 楊華文 黃愛民

（1寶應(yīng)縣安宜高中 江蘇 寶應(yīng) 225800；2寶應(yīng)縣教育局教研室 江蘇 寶應(yīng) 225800）

一、教學(xué)背景

由于預(yù)習(xí)、由于資料、由于媒體、由于網(wǎng)絡(luò)，把許多原先認(rèn)為需要探究，學(xué)生才能知道的內(nèi)容，變成了己知，以至于許多探究演變?yōu)榱恕爸乐i底來猜謎”，很難真正從心、智、情三方面體驗(yàn)探究。如果把本課定位于酸雨的探究，就可能陷入上述窘境；本課（蘇教版）相對簡單的化學(xué)知識，卻能在人類生態(tài)災(zāi)難之一的酸雨問題中發(fā)揮重大作用；最近重讀宋心琦教授《什么是化學(xué)學(xué)科的大問題》一文中“盡管環(huán)境問題的產(chǎn)生和作為自然科學(xué)之一的化學(xué)并無直接的關(guān)系，但是由于人們在談及污染問題時，多以污染物的存在和危害性為依據(jù)（例如上個世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)的與臭氧空洞生成有關(guān)的氟里昂和近日由有毒奶粉引出的三聚氰胺事件），自然會聯(lián)想到與研究和合成物質(zhì)密切相關(guān)的化學(xué)，當(dāng)人們不能嚴(yán)格分清化學(xué)學(xué)科和包含著化學(xué)過程的物質(zhì)生產(chǎn)過程之間的差別時，把環(huán)境污染問題更多地歸因于化學(xué)，應(yīng)當(dāng)是一種可以理解的誤解。所以，依據(jù)一切（化學(xué)）物質(zhì)都是化學(xué)的研究對象，因而簡單地把化學(xué)物質(zhì)的存在等同于化學(xué)，即由所謂“處處有化學(xué)”推衍出來的“因?yàn)槲覀兩钤谝粋€物質(zhì)世界中，化學(xué)不可須臾別離，所以化學(xué)是最重要的基礎(chǔ)學(xué)科”和 “因?yàn)樗械奈廴疚锒际腔瘜W(xué)物質(zhì)，所以化學(xué)是環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)住眱煞N極端而片面的看法的同時存在，就不足為奇了。”這些都給我極大的觸動，產(chǎn)生了“用酸雨中化學(xué)知識為素材，讓學(xué)生真實(shí)體會化學(xué)有功于人類”的設(shè)計構(gòu)想。

當(dāng)確定了上述構(gòu)想后，另一個問題又冒出來：用酸雨來承載教材（蘇教版）中二氧化硫的性質(zhì)是合適的，但教材中二氧化硫的性質(zhì)要比多年以考定教所圈定的內(nèi)容要少許多，如：SO2易液化，SO2不能使石蕊試液褪色，SO2有氧化性、與H2S反應(yīng)方程式，氯氣與SO2和H2O或H2SO3反應(yīng)方程式，溴水與SO2的反應(yīng)方程式，高錳酸鉀與SO2的反應(yīng)現(xiàn)象……這些內(nèi)容要補(bǔ)充嗎？最后，考慮到必修課程的性質(zhì)、課堂的容量、學(xué)生的可接受及本課的上述設(shè)計構(gòu)想，舍棄了；新授課，不能急于求全。

二、設(shè)計思路

將SO2性質(zhì)的學(xué)習(xí)與酸雨問題的思考進(jìn)行有機(jī)融合，以尋找和設(shè)計驗(yàn)證酸雨問題解決中所用化學(xué)知識的方式，讓學(xué)生體會化學(xué)是如何在其中發(fā)揮作用的，感受有功于人類的化學(xué)，從理性層面上，形成對化學(xué)學(xué)科穩(wěn)定、持久的美好情感；并以此美好情感來促進(jìn)對SO2性質(zhì)的學(xué)習(xí)。具體流程如下：

三、教學(xué)目標(biāo)

知識與技能：知道硫酸型酸雨的形成原因、過程；掌握SO2主要性質(zhì)。

過程與方法：通過閱讀、思考、交流、討論，理解在解決酸雨問題中發(fā)揮作用的化學(xué)知識，并用實(shí)證的方法驗(yàn)證這些知識的可信度。

情感態(tài)度與價值觀：通過“酸雨產(chǎn)生不是化學(xué)之過，酸雨解決化學(xué)在發(fā)揮積極作用”的體驗(yàn)，讓學(xué)生體會化學(xué)有功于人類社會，形成對化學(xué)的美好情感。

四、教學(xué)過程

1．感受酸雨危害之烈

酸雨污染每年給我國造成損失超過1100億元：

據(jù)新華社北京2004年10月9日電：中國環(huán)境科學(xué)研究院、清華大學(xué)等單位的研究結(jié)果表明，由二氧化硫等導(dǎo)致的酸雨污染每年給我國造成損失超過1100億元，整個大氣污染所造成的損失每年約占我國GDP的2%至3%。 （投影l(fā)）

酸雨襲擊南極：

令人震驚的是，南極也觀測到了酸雨，而且是比較強(qiáng)的酸雨。例如，中國南極長城站1998年4月曾先后8次觀測到酸雨，其中最低pH值只有4．45。長城站的鐵質(zhì)房屋和塔臺被銹蝕得成層剝落，有的不得不進(jìn)行更新。為了減緩腐蝕，每年要刷2－3次油漆。（投影2）

知識回顧：

初中我們己經(jīng)知道 “人們通常把pH小于5．6的降雨稱為酸雨”?！拔覈哪茉聪闹?，燃煤約占70%，燃煤排放的二氧化硫進(jìn)入大氣后，形成硫酸型酸雨”；“20世紀(jì)90年代末，我國酸雨區(qū)面積高達(dá)200萬平方千米，是世界三大酸雨區(qū)之一?！保ㄍ队?）

“酸雨危害很大，它進(jìn)入湖泊、江河會導(dǎo)致魚類死亡，影響水生生物的生長和繁殖；它進(jìn)入農(nóng)田會使土壤酸化，導(dǎo)致礦物營養(yǎng)元素流失，破壞農(nóng)作物和森林的生長；酸雨還能使橋梁、藝術(shù)品、建筑物、機(jī)器等腐蝕損壞；酸雨更會危害人體的健康?！保ㄍ队?）

設(shè)計意圖：讓學(xué)生對酸雨的危害有較為深切的感受，為深入思考下面的“在解決酸雨問題的過程中，化學(xué)是怎樣發(fā)揮積極作用的？”營造心理層面的動機(jī)驅(qū)動。

2．創(chuàng)設(shè)情境，從整體上尋找在解決酸雨問題中化學(xué)可發(fā)揮作用的環(huán)節(jié)

師：酸雨是一種環(huán)境災(zāi)難，人類社會是一定要解決酸雨問題的；請大家設(shè)想一下：在人類解決酸雨問題的過程中，如果你是化學(xué)家，你可以在哪些環(huán)節(jié)上運(yùn)用化學(xué)知識，參與其中呢？閱讀教材P88－89中有關(guān)酸雨的內(nèi)容，會對你有所啟發(fā)。

師板書課題：二氧化硫的性質(zhì)和作用

生：思考、閱讀、討論、交流、歸納整理如下：

在解決酸雨問題的過程中，化學(xué)知識可以在以下環(huán)節(jié)上發(fā)揮作用：

環(huán)節(jié)1：化學(xué)幫助我們界定了酸雨的概念，并提供了判斷酸雨的實(shí)驗(yàn)方法。

環(huán)節(jié)2：化學(xué)幫助我們尋找酸雨中的危害物（具體以我國的硫酸型為例，下同）。

環(huán)節(jié)3：化學(xué)幫助我們尋找酸雨中的危害物的來源

環(huán)節(jié)4：從化學(xué)角度制定了酸雨防和治的思路

師：大家的設(shè)想很好！好在這些環(huán)節(jié)的前后順序體現(xiàn)了問題的研究序：是什么（環(huán)節(jié)1）→為什么（環(huán)節(jié)2、3、4）→怎么辦（環(huán)節(jié)5），好在能充分的運(yùn)用化學(xué)視角來研究問題。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在具體的情境中，以“解決酸雨問題中的化學(xué)家”的身份，從化學(xué)視角切入問題，可極大地發(fā)揮學(xué)生主體作用，在幫助學(xué)生歸納后，采用了言之有物的激勵評價，既可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，又可幫助學(xué)生深化對問題的理解。

3．進(jìn)入解決酸雨問題中化學(xué)可發(fā)揮作用的具體環(huán)節(jié)教學(xué)

師：下面我們依次進(jìn)入上述各環(huán)節(jié)，具體了解化學(xué)知識發(fā)揮作用的過程。環(huán)節(jié)1中，提到化學(xué)幫助我們界定了酸雨的概念：人們通常把pH小于5．6的降雨稱為酸雨。這個概念的具體來歷在書上并沒有，不過從化學(xué)角度看可由兩條路徑，其一是實(shí)驗(yàn)測量雨水的PH，記錄對應(yīng)危害情況，找出造成危害的臨界值并以此為界，但這種方法因危害情況難以調(diào)查，無法實(shí)施；另一方法是先合理推想：地球生態(tài)系統(tǒng)，就是在有空氣中CO2溶解雨水參與下形成的，故有空氣中CO2溶解的雨水盡管呈酸性，卻不會造成生態(tài)災(zāi)難，因此它不是酸雨，是正常降雨；可見酸雨之酸性應(yīng)比正常降雨強(qiáng)；再采用實(shí)驗(yàn)法，測出空氣中CO2溶解水形成飽和液的pH并以此為界。顯然后一思路是可行的，因此，請大家設(shè)計實(shí)驗(yàn)測出這個pH。

生：收集潔凈空氣通入蒸餾水中到飽和，測飽和液pH。

師：如何收集潔凈空氣？如何讓它順利通入水中？怎么知道飽和？幾個組測出的數(shù)據(jù)不同怎么辦？有沒有更簡便的方法？

生思考、交流、討論，師參與、點(diǎn)撥，最后師生共同選定兩法：①用大注射器吸入少量蒸餾水后，針尖朝下吸氣，針尖朝上排氣，反復(fù)二十次后，開始用pH試紙測量pH，以后每十次吸、排氣測1次，直到pH幾乎相同為止；②將養(yǎng)金魚的小壓縮機(jī)出氣管，插入盛放在小燒杯中的蒸餾水（20mL）中（注意氣管洗凈和固定，防止通氣后氣管滑出），接通電源、打開開關(guān)通氣，通氣2分鐘開始測量pH，以后每30秒測1次，直到pH幾乎相同為止。幾個組測出的數(shù)據(jù)不同，可以像“中央臺青歌賽”上一樣，去掉最高、最低值后，算均值。

生實(shí)施實(shí)驗(yàn)：由于儀器準(zhǔn)備不足的原因，選擇了前一種方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

師：酸雨概念的界定由化學(xué)完成了，那么對真實(shí)的降雨來說，判定它是否為酸雨，用什么化學(xué)方法來做？

生齊答：用pH試紙測pH值。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在探究酸雨界定的“思路形成→實(shí)驗(yàn)原理→實(shí)驗(yàn)方案”過程中，體驗(yàn)探究的科學(xué)本質(zhì)是依據(jù)（界定思路的合理、可行）和證據(jù)（最好有實(shí)驗(yàn)支撐），感受實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方案巨大差異，讓學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)方案可行和簡約；通過環(huán)節(jié)一，驗(yàn)證了初中的知識，清楚了這個界定的由來，也體會了化學(xué)在酸雨是什么的問題解決立了第一功。

師：對于環(huán)節(jié)二和環(huán)節(jié)三的結(jié)論，大家可以從書上的圖讀出，請大家全面有條理的將結(jié)論表達(dá)出來。

生思考、交流、討論、展示：酸雨中的危害物是H2SO4，來源是化石燃料燃燒、含硫金屬礦物的冶煉、硫酸的生產(chǎn)中產(chǎn)生的釋放到空氣中的SO2，從來源物SO2到危害物H2SO4的變化過程，有兩個并行的途徑①SO2+H2O=H2SO3、2H2SO3+O2=2H2SO4②2SO2+O2=2SO3、SO3+H2O=H2SO4

師：容易體會到，上述化學(xué)知識成功地解釋了硫酸型酸雨中的危害物及其產(chǎn)生過程；如果我們能模擬出這個過程，那上述解釋就更為可信了。請大家嘗試設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

生思考、交流、討論，師參與、點(diǎn)撥，最后師生共同擬定下列驗(yàn)證點(diǎn)：

①證實(shí)老師提供的氣體確為SO2。

②用雙氧水代替氧氣，來模擬SO2被氧化為H2SO4的過程，特別注意檢出是否有SO42-生成。

師：請大家閱讀書P88-89二氧化硫相關(guān)內(nèi)容后，就上述內(nèi)容設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案。

生思考、交流、討論，師參與、點(diǎn)撥，最后師生共同認(rèn)定書上P88頁的觀察與思考中的實(shí)驗(yàn)1、2、3，只要對其稍加改動，就是很好的方案；改動后的敘述如下：

實(shí)驗(yàn)1：用針筒抽取老師提供的氣體85 mL后，再吸入15mL蒸餾水，用橡皮塞堵住針筒前端，振蕩（這比直接向集氣瓶中加水振蕩要環(huán)保，但老師提供的氣體瓶子最好是質(zhì)地較軟的塑料瓶，以方便抽氣），然后將5mL水溶液加入小燒杯，用pH試紙測其pH值，記錄，待下課后再測其pH（目的是通過pH變化，反映H+濃度變化，進(jìn)而分析其中是否有弱酸H2SO3向強(qiáng)酸H2SO4的轉(zhuǎn)化，這個比下面“用雙氧水代替氧氣，來模擬SO2被氧化為H2SO4的過程”更真實(shí)，但因耗時過多而被淡化處理）。

實(shí)驗(yàn)2：向試管中加入5mL水溶液，滴加品紅溶液，振蕩，然后套上小氣球加熱試管，觀察加熱前后溶液顏色的變化 （目的是用SO2的漂白性鑒定老師提供的氣體是否為 SO2）。

實(shí)驗(yàn)3：向另一試管加入最后5mL水溶液，滴加氯化鋇溶液，再滴加0.5mL3%的過氧化氫溶液，振蕩，觀察過氧化氫加入前后的現(xiàn)象（目的是通過過氧化氫加入前無沉淀、后有沉淀，說明在過氧化氫的氧化下確實(shí)有硫酸生成，增加了酸雨生成解釋的可信度）。

設(shè)計意圖：能自學(xué)的內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)，但要重視自學(xué)結(jié)果的評價（沒用再現(xiàn)，而用了展示和應(yīng)用于酸雨問題的方法），這樣才能做到學(xué)生主體作用發(fā)揮的有效、高效。對知識進(jìn)行實(shí)證，是一種學(xué)習(xí)方法，也是批判、質(zhì)疑、不盲從的科學(xué)態(tài)度，因此，輕視對知識進(jìn)行驗(yàn)證，貶低驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的價值是沒有什么道理的。

師：對于酸雨防和治，既需要包括化學(xué)在類的各種自然科學(xué)的理論和技術(shù)支撐，又需要人的環(huán)保意識的提高，還需要國家的立法、執(zhí)法，最后還要國際合作。不過化學(xué)既然可以出力，那么請大家從化學(xué)的視角出發(fā)，提出自己的想法，也是應(yīng)該的，大家討論吧！

生思考、交流、討論，師參與、點(diǎn)撥，最后師生共同擬定了下列防和治的思路：

（1）基于元素守恒，如果在燃料中沒有硫元素，就不會產(chǎn)生硫酸型酸雨，因此可以①開發(fā)新能源，不用含硫燃料②對含硫燃料進(jìn)行脫硫處理。

（2）阻斷SO2進(jìn)入大氣，使生成硫酸的反應(yīng)因反應(yīng)物缺失，無法進(jìn)行①固硫——將SO2變?yōu)榱蛩猁}②分離出SO2加以綜合利用，如制硫酸。

（3）化學(xué)方法中和酸雨帶來的酸性。

4.歸納解決酸雨問題中發(fā)揮作用的化學(xué)知識

師：酸雨并不是化學(xué)、化學(xué)家造成的，但日常生活中卻常常把環(huán)境污染歸罪于化學(xué)，通過以上分析，我們又知道了酸雨問題的解決是需要化學(xué)發(fā)揮作用的，也就是環(huán)境問題的解決還要依靠化學(xué)，這樣看來：把環(huán)境污染歸罪于化學(xué)是一種誤解，化學(xué)對于人類社會有功，化學(xué)將還會在包括環(huán)境保護(hù)在內(nèi)的各個方面發(fā)揮其巨大作用。下面請大家把在酸雨問題解決中發(fā)揮作用的化學(xué)知識歸納一下。

生思考、交流、討論、展示：

①SO2無色、有刺激性氣味的氣體，有毒。

②SO2易溶于水，與水的反應(yīng)為：SO2+H2O=H2SO3水溶液呈酸性，SO2是酸性氧化物。

③SO2能漂白某些有色物質(zhì)（如能漂白品紅溶液，不能漂白pH試紙），漂白是因?yàn)樯晌餆o色，加熱后恢復(fù)原色則說明生成物不穩(wěn)定；這與HClO、H2O2以及活性炭的漂白原理有本質(zhì)的不同。

④SO2能與 O2反應(yīng)：2SO2+O2=2SO3， 體現(xiàn)了 SO2的還原性。

⑤H2SO3能與O2、H2O2反應(yīng)，體現(xiàn)了H2SO3的還原性，其中與O2的反應(yīng)為2H2SO3+O2=2H2SO4。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在回味有功于人類的化學(xué)的同時，對化學(xué)知識進(jìn)行梳理，有美好感情支配下的知識梳理，應(yīng)該高效。