基于價-類二維模型的“二氧化硫性質辨析”復習課例

韋小云　羅偉杰

［摘 要］基于價-類二維模型的“二氧化硫性質辨析”復習教學由真實的問題情境引入，通過微型實驗辨析SO2的多重性質，培養(yǎng)學生的“科學探究與創(chuàng)新意識”“證據(jù)推理與模型認知”等化學學科核心素養(yǎng)。具體地，以不同情境中的問題為驅動，帶領學生設計工業(yè)尾氣SO2的處理方案及葡萄酒中SO2的含量測定方案，引導學生學會多角度思考問題，自主運用價-類二維模型解決問題，提升研究物質性質與相互轉化的能力，形成能遷移應用的問題解決思路和認知模型。

［關鍵詞］價-類二維模型；二氧化硫；復習課例

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）29-0061-04

一、教學內容

人教版高中化學教材（2019年版）在介紹硫時，從元素周期表中的位置入手，分析硫原子結構，預測其基本性質，注重體現(xiàn)“位、構、性”之間的內在聯(lián)系；接著，介紹SO2是一種大氣污染物，也是一種重要的化工原料，我們應正確認識其“功與過”。本節(jié)復習課通過辨析SO2在不同情境中的性質，指導學生構建價-類二維模型，進而提升學生分析問題、解決問題的能力；同時，關注生產生活中與化學相關的問題，體現(xiàn)了課程標準中培養(yǎng)學生的社會責任感、參與意識和決策能力的要求［1］。

二、學情分析

學生已經(jīng)學習了物質分類、氧化還原反應、離子反應及部分元素化合物等理論知識，對物質性質的研究有了初步的認識。在化學實驗方面，學生已經(jīng)有一定的實驗操作能力和觀察分析能力，對化學實驗興趣濃厚，但是綜合實驗操作能力、分析能力以及實驗方案設計能力還有待提高。

三、教學目標

為了達成課程標準提出的“立德樹人”“培養(yǎng)必備知識、關鍵能力”等培養(yǎng)目標，本節(jié)課設計不同的情境，引導學生以問題解決者的身份去思考和構建解決問題所需的基本策略及方法，從物質類別和元素化合價的角度辨析SO2的性質，促進學生“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)的發(fā)展。如處理工業(yè)尾氣SO2的問題，設計方案測定葡萄酒中SO2的含量，進而建構“物質分類觀”和“氧化還原觀”這兩個化學學科核心大概念［2］。并在進行微型實驗時，解決氣體泄漏問題，通過實驗創(chuàng)新，讓學生形成科學的探究意識，培養(yǎng)社會責任感。

四、教學重難點

教學重點：二氧化硫性質辨析。

教學難點：價-類二維模型的構建和應用。

五、教學思路

以不同情境中的“二氧化硫性質辨析”為主題展開復習教學，從不同生產生活的情境到知識概念的轉化，讓學生在問題解決中進一步構建硫元素及其化合物的價-類二維模型，形成高中化學重要的價類思維（同價態(tài)轉化和不同價態(tài)轉化）學科大概念［3］。在介紹二氧化硫給環(huán)境、健康帶來的負面影響的同時，引導學生認識二氧化硫在生產生活中的重要作用，辯證認識事物的兩面性，有助于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和價值觀，彰顯學科價值，滲透哲學思想。

在教學中穿插以二氧化硫性質探析為主題的多樣式情境，促進情境與知識概念的相互轉化，推進問題解決，以構建硫及其化合物價-類二維模型，使學生形成基于學科大概念的價類思維。在介紹二氧化硫多面性的同時，滲透哲學思想，并引導學生樹立正確、辯證的問題觀與價值觀。具體的教學思路如圖1所示。

六、教學過程

環(huán)節(jié)一：辨識SO2

【引課】化學與生活息息相關，今天我們的主角是SO2。

【播放視頻】介紹SO2是大氣污染物，是形成酸雨的主要成分，有毒且屬于三類致癌物；SO2在生產生活中可用作漂白劑、殺蟲劑、防腐劑、抗氧化劑，也應用于農藥、紡織、染料、潤滑油等方面。

【教師提問】同學們眼中的SO2是魔鬼還是天使？

【學生回答】是魔鬼也是天使。

【追問引導】為什么二氧化硫是魔鬼也是天使呢？這是由于SO2有著多重性質。現(xiàn)在，讓我們通過實驗辨析SO2的性質。

【微型實驗】這是一個包含SO2制備及性質檢驗的微型實驗。將點滴板放入培養(yǎng)皿內，在點滴板上分別滴入滴有酚酞的NaOH溶液、紫色石蕊溶液、酸性KMnO4溶液、Na2S溶液、品紅溶液；向培養(yǎng)皿中的Na2SO3固體滴幾滴濃硫酸，立即用另一培養(yǎng)皿扣在上面，防止SO2泄漏。

【學生實驗】學生分組進行實驗，觀察實驗現(xiàn)象并記錄。

【實驗現(xiàn)象】實驗現(xiàn)象如圖2所示。

【引導】通過實驗現(xiàn)象辨析SO2體現(xiàn)出的不同性質（見表1）。

【板書】

【核心問題】如何快速辨析SO2在不同情境中的性質？

【核心技巧】運用價-類二維模型來準確辨析。

設計意圖：通過短視頻，讓學生直觀地認識到SO2在生產生活中的“功與過”，學會辯證地看待事物；通過微型實驗辨析SO2的多重性質，培養(yǎng)學生的科學探究與創(chuàng)新意識、證據(jù)推理等學科核心素養(yǎng)，明確同價態(tài)、不同價態(tài)硫元素及其化合物之間的轉化，引導學生從物質類別、元素化合價的角度構建認知模型；通過SO2多重性質的微觀實驗，體現(xiàn)宏觀辨識、微觀探析與科學探究等學科核心素養(yǎng)，讓學生切身體會物質轉化以及元素價態(tài)變化在宏觀現(xiàn)象中的映射，促進價類變化和物質變化在化學教學中交融生根、思維模型在科學探究中落地。

環(huán)節(jié)二：辨析不同情境中SO2的性質

情境1：工業(yè)尾氣中的SO2

【創(chuàng)設情境】在我們的印象里，柳州是一座環(huán)境優(yōu)美的工業(yè)城市。但同學們，你們是否知道柳州曾一度被貼上“酸雨之都”的標簽？作為老牌西南工業(yè)重鎮(zhèn)，柳州在發(fā)展進程中也曾走過彎路。二十世紀八九十年代的柳州，煙囪林立、濃煙滾滾，曾有“十雨九酸”的說法，而后柳州以壯士斷腕的決心，打響了環(huán)境保衛(wèi)戰(zhàn)。如今，柳州蛻變?yōu)橐蛔白锨G滿城”、號稱“水質冠軍”的優(yōu)美城市。你們知道形成酸雨的原因是什么嗎？

【學生回答】煤和石油等化石燃料的燃燒會產生SO2，工業(yè)生產中也會產生SO2廢氣，而SO2會導致酸雨的形成。

【任務1】如果你是一名工業(yè)設計師，你會選擇什么試劑吸收工業(yè)尾氣中的SO2呢？小組討論，設計方案，并分享方案。

【學生討論】小組討論得出吸收SO2的方案并分享方案：選擇的吸收試劑有NaOH溶液、石灰乳、氨水、生石灰、酸性KMnO4溶液、碘水、過氧化氫、Na2S溶液等。如果應用于工業(yè)生產，更傾向于使用石灰乳和生石灰，因為價格相對便宜。

【評價學生方案】學生在設計方案時，不僅考慮到了這些物質可以與SO2發(fā)生反應，還考慮到了其他因素，如原料成本、經(jīng)濟效益等。

【引導】在實際的工業(yè)應用中，同樣要綜合考慮各方因素來選擇吸收方案。工業(yè)上常見的SO2處理方法有鈉堿脫硫法、氨水脫硫法、石灰-石膏脫硫法、鈣基固硫法等。

【任務2】思考上述工業(yè)治理方案的反應原理，試著寫一寫相應的反應方程式。

【書寫方程式】讓學生根據(jù)提供的信息書寫工業(yè)上常見的吸收SO2尾氣的化學反應方程式。

（1）以燒堿為吸收液：2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O；

（2）以濃氨水為吸收液：SO2+2NH3·H2O=（NH4）2SO3 +H2O；

（3）以石灰漿液為吸收液：SO2+Ca（OH）2=CaSO3+H2O；

（4）以生石灰為固硫劑：SO2+CaO=CaSO3。

【啟示】以上反應體現(xiàn)了SO2酸性氧化物的通性，即可與堿或堿性氧化物反應，S元素化合價不變。由此，我們可以得到這樣一條物質轉化規(guī)律：酸性物質+堿性物質[→] 鹽，實現(xiàn)相同價態(tài)物質的轉化。

設計意圖：引導學生設計工業(yè)尾氣中SO2的吸收方案，學會利用SO2酸性氧化物的性質將其與堿性物質反應轉化為鹽進行吸收，或加入氧化劑、還原劑通過氧化還原反應進行轉化吸收。在實際的化工生產中還需要綜合各方因素來選擇最佳方案，這個過程可培養(yǎng)學生綜合分析問題與解決問題的能力。二氧化硫吸收方法和原理的分析以及相關方程式的書寫，可強化學生對相同價態(tài)物質轉化的分析思路，建立“類別轉化”的學科概念［4］。讓學生運用所學知識解決實際問題，體會化學知識之于環(huán)境保護的重要作用，可培養(yǎng)學生的社會責任感。

情境2：葡萄酒中的SO2

【創(chuàng)設情境】在控制含量的情況下，SO2可被添加到食品中作為漂白劑、防腐劑和抗氧化劑。如當葡萄酒釀好后，為使其能夠保存較長時間，通入SO2可起到抑菌和抗氧化的作用。為保障消費者健康，我國在食品添加劑標準中規(guī)定了SO2類物質在食品中的使用范圍、使用量及允許最大殘留量。

【任務3】假設你是一名葡萄酒檢測員，你該如何測定葡萄酒中SO2的含量呢？請選擇你認為可行的試劑設計測定方案，并寫出相應的方程式。可供選擇的試劑有：酸性KMnO4溶液、過氧化氫、碘水、氫硫酸、Ba（OH）2溶液等。

【學生討論】學生根據(jù)SO2的性質分組討論測定方案并書寫相應的化學反應方程式。

（1）酸性KMnO4溶液：5SO2+2KMnO4+2H2O= K2SO4 + 2MnSO4+2H2SO4；

（2）過氧化氫：H2O2+SO2=H2SO4；

（3）碘水：I2+SO2+2H2O=H2SO4+2HI；

（4）氫硫酸：2H2S+SO2=3S↓+2H2O；

（5）Ba（OH）2溶液：Ba（OH）2+SO2=BaSO3+H2O。

【啟示】SO2中S元素呈+4價，處于S元素的中間價，其既有還原性又有氧化性。將SO2與氧化劑反應，S元素價態(tài)升高，轉化為更高價態(tài)的含硫物質；將SO2與還原劑反應，S元素價態(tài)降低，轉化為更低價態(tài)的含硫物質。因此，向SO2中加入氧化劑和還原劑均可以實現(xiàn)不同價態(tài)物質的轉化。

【評價學生方案】從原理上分析學生方案的可行性：我們在設計測定方案時以SO2的水溶液為理想模型，而真實的情境是測定葡萄酒中的SO2。對比分析發(fā)現(xiàn)二者存在差異，如葡萄酒中含有乙醇等還原性物質，葡萄酒中SO2含量較低等。因此，我們需要對方案進行優(yōu)化。經(jīng)查閱資料，將方案改進為先把葡萄酒中的SO2蒸出來，再用高靈敏度的滴定法（如碘量法）進行測定。

【資料卡片】碘量法是一種氧化還原滴定法，以碘作為氧化劑，或以碘化物（如碘化鉀）作為還原劑進行滴定的方法，用于測定物質含量。

【任務4】定量計算：取20.00 mL的葡萄酒，通過碘量法進行測定，消耗0.002 mol/L碘水標準液的體積為25.00 mL。請通過計算判斷該葡萄酒中SO2的含量是否達標。

【資料卡片】國家食品添加劑使用標準中葡萄酒中SO2的最大使用量為0.25 g/L。

【思考與計算】書寫化學反應方程式，并列式計算葡萄酒中SO2的濃度。

設計意圖：通過葡萄酒中SO2含量的測定方案設計，強化學生的價類思維；在方案評價中對比理論模型與實際模型進而優(yōu)化方案，培養(yǎng)學生的思辨能力；通過葡萄酒中SO2的含量是否超標的計算，從“定性”到“定量”，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)幕瘜W學科研究思維。從化學走向社會，引導學生觀察生活并將所學知識應用到實際中，可培養(yǎng)學生辯證看待事物的態(tài)度，體會“善用之則為福，不能用之則為禍”的哲學思想，增強學生的社會責任感。

環(huán)節(jié)三：總結提升

【引導總結】通過本節(jié)課的學習，你收獲了哪些分析問題的方法？談談你的感想。

【學生自由表達】從價-類二維角度辨析SO2的多重性質并進行應用；當面對陌生物質時，也可以從價-類二維角度去分析其性質；當相同價態(tài)、不同價態(tài)的物質之間相互轉化時，也可以從價-類二維角度進行分析；等等。

【核心技巧】運用價-類二維模型（如圖3）來準確辨析。

【遷移應用】

連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）也稱保險粉，該物質不溶于乙醇，溶于氫氧化鈉溶液，遇少量水或暴露在潮濕的空氣中會發(fā)生劇烈反應并燃燒，且有刺激性氣味氣體產生。下列說法錯誤的是（）。

A. Na2S2O4中S元素化合價為+3價

B. Na2S2O4屬于鹽，既有氧化性又有還原性

C. Na2S2O4能和新制氯水反應，但不能和酸性高錳酸鉀反應

D. 將產生的氣體通入品紅溶液中可使品紅溶液褪色

【學生分析】運用價-類二維模型分析物質性質并解決問題。

設計意圖：給予學生自由發(fā)揮的空間，讓學生鞏固SO2的多重性質等知識，并掌握物質性質的學習方法，學會運用價-類二維模型辨析性質、解決問題。同時關注情感教育，落實立德樹人根本任務，將學科知識的學習和學習態(tài)度、健全人格的培養(yǎng)等相結合，使知識與情感融合，培智與育人一體化。

七、教學反思

本節(jié)課以基于真實情境的問題解決為主線，指向學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，通過“工業(yè)尾氣中SO2的處理”與“葡萄酒中SO2的測定”兩個實例，將物質的學習置于問題的解決過程中，充分利用價-類二維模型進行實驗探究、性質辨析與方案設計，形成二氧化硫的性質知識體系及元素化合物的學習方法，構建價-類二維模型及學科大概念，讓學生對物質的研究形成更深刻、更本質的認識，提升學生的學科素養(yǎng)。在小組實驗及方案探討中，師生交流、生生交流的頻次變高，學生學習熱情高漲，學習能力與動手能力得到了增強，同時也培養(yǎng)了科學探究精神和團隊合作意識。

SO2雖然是一種大氣污染物，但也是一種重要的化工原料，在生產生活中有著廣泛的用途。本教學圍繞“立德樹人”的教育宗旨，通過探討SO2的“功與過”，引導學生樹立辯證看待事物的世界觀。

本節(jié)復習課充分融合了大概念教學視域下物質性質的一般學習思路，將價-類二維模型充分應用到實驗探究中，形成以化學問題情境為引導、真實情境為主線、模型構建為思路、科學探究為手段的思維教學，輔助學科核心素養(yǎng)的落地與具體化，讓學生在物質性質的學習中掌握知識、拓展思維、強化能力、升華觀念。

誠然，學生所需的不僅僅是一類知識，更是使用知識的方法。“善用之則為福，不能用之則為禍?！睂W生是否能“善用之”取決于學習過程中是否以問題解決及觀念建構穿插始終，故學科核心素養(yǎng)的落地必須根植于真實的問題情境，以觀念建構為“養(yǎng)料”方能開出“善用”之花。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社， 2020.

［2］? 石磊，李德前.研讀課程標準 關注教材變化：以“二氧化硫的性質和應用”教學為例［J］.化學教學， 2020（8）：43-48.

［3］? 鄒國華，童文昭，楊梓生.基于真實問題情境 指向學科核心素養(yǎng)：“酸雨及其防治”教學實錄［J］.中小學實驗與裝備，2022（13）：34-38.

［4］? 楊春寧.指向深度學習的“二氧化硫的性質”教學設計［J］.中學化學教學參考，2022（2）：39-41.