蔣新征

摘要：通過紅酒中的SO2設計了一系列問題作為硫元素及化合物復習的平臺，又以綜合實驗題作為SO2制備的知識和方法的補充。嘗試將知識、方法、思維并行為一體的教學復習。從生活走進化學，激發(fā)興趣，以層次性問題為主線、以方法和思維為先導，從定性到定量、從知識到能力的變化中不斷滲透學生科學探究能力的培養(yǎng)。將SO2的性質、氧化還原反應、實驗、計算等知識進行逐級融合，構建學科觀，提升問題解決能力。

關鍵詞：二氧化硫；實驗方案設計；發(fā)展思維；問題解決

文章編號：1008-0546（2017）05-0049-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.015

一、教學背景及設計意圖

這是一節(jié)高三元素及化合物內容的復習課（蘇教版必修2）。學生對氧化還原反應原理、離子反應的本質及鹵族元素、金屬元素及化合物知識已有了積累；對鹵素中的Cl2和HClO及其鹽等強氧化性物質的典范，金屬元素及化合物所表現(xiàn)出來的強還原性、堿性及在水溶液中離子顏色的多樣性也有一定的了解。本節(jié)涉及的SO2是典型的還原性物質，其豐富多變的價態(tài)及多角度的轉化關系成為了構建物質轉化網(wǎng)絡、鞏固氧化還原反應及離子反應的復習成果的重要載體，能夠充分體現(xiàn)學科素養(yǎng)中的元素化合價思想。本文改變原有的從物質結構、性質、制備、用途等角度羅列元素及化合物知識點復習模式，以生活中常見的事物作為新的學習載體，深挖角度，提出新的問題，層層遞進，回歸物質本身，全面認識物質。以情境化問題帶知識、概念，以分析問題帶思考方法，以綜合實驗題帶知識與方法的彌補，以解決問題帶學生思維能力的發(fā)展，做到知識、方法、思維并行的教學復習，以期解決復習中時間緊缺和能力滯后的問題，從而提升課堂復習的實效性。

二、考試大綱說明

關于“常見無機物及其應用”，2017年普通高等學校招生統(tǒng)一考試大綱的說明作了如下說明[1]：

（1）在解決化學問題的過程中，運用化學原理和科學方法，能設計合理方案，初步實踐科學探究。

（2）了解定量研究方法是化學發(fā)展為一門科學的重要標志。

（3）了解常見非金屬元素單質及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質及其應用。

（4）了解常見非金屬元素單質及其重要化合物對環(huán)境的影響。

三、教學過程

1.生活情境中元素化合物與復習內容的聯(lián)系，注入新的學習載體，鞏固知識點。

師引：SO2氣體的過量排放，的確引起酸雨等環(huán)境的危害[2]。但是，SO2也有殺菌的作用。請學生閱讀“葡萄酒中SO2的作用”的資料。

資料：國際上，絕大部分葡萄酒，在配料表中都會標出含有SO2。據(jù)了解，SO2通常作為保護劑添加到葡萄酒中，部分生成亞硫酸，而亞硫酸的酸性具有殺死葡萄皮表面雜菌的作用。它也是一種抗氧化劑，在保護酒液的天然水果特性的同時防止酒液老化。開瓶倒入酒杯少許輕搖后，酒中所含SO2的30%～40%會跟空氣作用而被氧化。但同時，SO2含量過高時會使葡萄酒產生如腐蛋般的難聞氣味，人體飲用后會引發(fā)急性中毒，嚴重的還可能引起肺水腫、室息、昏迷。因此，葡萄酒中的SO2含量一直屬于葡萄酒檢測中要嚴格監(jiān)控的檢測項目。每個國家對釀酒過程中能加入的SO2最大限度都有專門的法律規(guī)定。歐盟規(guī)定紅葡萄酒中SO2的最高含量為160mg/L，白葡萄酒和粉紅葡萄酒為210mg/L，我國規(guī)定不超過250mg/L。

師問：從上述資料中，找出與我們復習內容相關的“SO2物理性質和化學性質”的知識點。

生答：SO2與水反應生成亞硫酸，說明SO2是酸性氧化物，溶于水；殺菌作用；還原劑；刺激性氣味；有毒。

師補：SO2易溶于水，體積比為1∶40；密度比空氣大；SO2的沸點-10℃。

師問：作為抗氧化劑時，被空氣氧化的是SO2氣體？還是SO2化合后的H2SO3？

生答：SO2與O2的作用需要催化劑且加熱，反應條件比較苛刻，常溫常壓下混合時，不反應。所以推斷應該是H2SO3被氧化。

師引：請寫出反應的化學方程式。

生練：（板書）2SO2+O2 2SO3；SO2+H2OH2SO3，2H2SO3+O22H2SO4。

師問：用什么方法可以將“SO2的最高含量160mg/L”轉化為SO2的物質的量濃度？

生練：（板書）c（SO2）=0.0025mol/L

師引：SO2性質還有一個顯著特征：漂白性，在上述資料中也有隱藏，但由于含量的關系沒有表現(xiàn)出來（葡萄皮中含有花色素苷，一定含量的SO2可以使花色素苷褪色）。請學生閱讀“對比性實驗方案”的資料，學習實驗方案設計中的思維方法。

生答：干白葡萄酒不能使品紅溶液褪色的原因是酒中SO2或H2SO3的含量太少，同樣，紅酒中的亞硫酸含量也很少，無法使紅色素褪去。

2. 化合物含量測定的實驗方案設計的思考，提出新的學習問題，發(fā)展思維能力。

師問：可以采用哪些方法來測定樣品酒中極少的SO2含量？

生討論：可以考慮滴定法或質量、體積等物理量的表征來測定物質的含量，因為電子天平、酸堿滴定管、量氣管等儀器的精確度高，可以測定微量的物質（毫克等級的含量）。

師引：很好。滴定法、沉淀法和體積法都可以采用。但是，有個實際的問題，大家不得不考慮，樣品酒中除了微量的SO2，還有其它物質。請學生閱讀“葡萄酒中化學成分”的資料。

資料：葡萄酒中主要化學成分是水和乙醇以及少量酒石酸、檸檬酸、蘋果酸、乳酸、醋酸、酚類物質、氨基酸、維生素C等。

師引：這些物質對SO2含量的測定將產生極大的影響。例如，用碘水作滴定劑直接滴定SO2，淀粉作指示劑，碘水也會與維生素C反應，造成結果偏大；若用氫氧化鈉標準溶液滴定，也會消耗其它酸，造成結果偏大等。那該怎么辦呢？

生討論：利用SO2的沸點低，將SO2蒸餾出來，收集，液化等，再測其含量。

師問：非常好，能靈活應用物質間沸點的差異，使用正確的分離物質的方法。那么，有哪些氧化劑可以氧化SO2，從而收集SO2？

生討論：常見的強氧化劑可以是O2、X2（鹵素單質）、KMnO4（H2SO4）、FeCl3、H2O2、HNO3等物質。氣體使用起來不方便，可以用碘水、酸性高錳酸鉀溶液、氯化鐵溶液、雙氧水、硝酸等液態(tài)物質來氧化吸收SO2氣體。

師引：接下來，我們來選擇適當?shù)膬x器組裝一套蒸餾、收集SO2氣體的裝置。

生討論：蒸餾燒瓶、冷凝管、溫度計、牛角管、錐形瓶。

師質疑：此套蒸餾裝置可以蒸餾出SO2氣體，但同學們忽略了剛才的兩個信息：①SO2的沸點-10℃，很低，只需稍微加熱即可；②資料顯示酒中還有很多有機物，其沸點也很低，所以加熱過程，也會隨著SO2氣體逸出。這樣，分離的目標就無法實現(xiàn)。怎么改進呢？

生討論：SO2與其它有機物分離，可以利用冷凝回流的辦法，讓有機物質流回圓底燒瓶。同時，溫度計也可以不用，因為不需要測物質的溫度。

師總結：很棒，實驗過程的細節(jié)考慮的越來越合理。下面給出裝置圖，僅供參考。

師引：實驗最終測定的物理量是隨著吸收SO2試劑的變化而變化的。我們可以嘗試用假設法先來逐一分析吸收過程的反應現(xiàn)象及溶液的成分問題。當然，為了充分吸收氣體，試劑是過量的。請學生按照“試劑”資料逐一討論。

資料：假設的試劑有NaOH溶液、碘水、雙氧水、酸性高錳酸鉀溶液、BaCl2溶液、Ba（OH）2溶液、雙氧水和BaCl2溶液、酸性高錳酸鉀和BaCl2溶液等8種。

生討論：（做筆記）

① 若用NaOH溶液，沒有明顯的現(xiàn)象，生成Na2SO3，溶液中含有Na2SO3和NaOH。

② 若用碘水，深黃色溶液變淺，生成H2SO4，溶液中含有H2SO4、HI和I2。

③ 若用雙氧水，沒有明顯現(xiàn)象，生成H2O，溶液中含有H2SO4和H2O2。

④ 若用酸性高錳酸鉀溶液，紫紅色變淺，生成MnSO4，溶液中含有MnSO4、K2SO4、H2SO4和KMnO4。

⑤ 若用BaCl2溶液，沒有現(xiàn)象，不發(fā)生反應，即SO2氣體無法被吸收。

⑥ 若用Ba（OH）2溶液，有白色沉淀，生成BaSO3固體，溶液中含有Ba（OH）2。

⑦ 若用雙氧水和BaCl2溶液，有白色沉淀，生成BaSO4固體，溶液中含有H2O2和BaCl2。

⑧ 若用酸性高錳酸鉀和BaCl2溶液，有白色沉淀，生成BaSO4固體，溶液中含有H2SO4、KMnO4 和BaCl2（存在矛盾）。

師引：由①～⑧（⑤除外）體系中的組成成分可以確定最終物理量測定的實驗方法。我們先觀察后3種方案。

生答：顯然，⑥、⑦、⑧可以使用質量法來測定，將體系過濾后，烘干，使用電子天平稱其固體的質量，從而依據(jù)硫元素守恒計算SO2的物質的量，再除以前面蒸餾時所用酒樣品的體積，即可得到SO2的濃度。

師疑：對嗎？⑥中亞硫酸鹽具有還原性，容易被空氣氧化為硫酸鋇，所以實驗操作過程中稱出來的質量將會偏高，存在誤差。而⑧中，還存在著一個自身矛盾的問題，是什么呢？

生答：看出來了，混合試劑本身存在著矛盾，酸性高錳酸鉀所用的酸為硫酸，而H2SO4會與BaCl2生成BaSO4白色沉淀，這部分沉淀不是由SO2氧化而得到的，會造成誤差偏大。

師總結：所以，質量法只有⑥方案可行。大家思考問題時，千萬不能籠統(tǒng)、模糊，而要具體化和細節(jié)化，找出矛盾點（即物質間的反應），提升思維的準確性。

師引：（滴定法的難度較大，學生在思考其方案方面較薄弱，尤其是終點現(xiàn)象的判斷和干擾試劑的處理兩方面都很不準確，可以說是集知識、方法和思維為一體的難點，教師給予必要的引導和幫助）①～④方案都可以采用滴定法來測定SO2的物質的量，但是，處理方法上各有不同。

生討論：

方案①中滴加酚酞為指示劑，用標準HCl溶液滴定至終點，出現(xiàn)紅色變?yōu)闊o色，此過程，只有剩余的NaOH被HCl滴定，Na2SO3不會被HCl滴定。

方案②中由于H2SO4、HI和I2均會與NaOH溶液反應，離子反應式為：SO2+I2+2H2O4H++SO42-+2I-，3I2+6OH-5I-+IO3-+3H2O。所以先考慮除去剩余的I2單質，用CCl4溶液萃取分液法，可以分離出剩余的碘單質，再以酚酞為指示劑，用NaOH標準溶液滴定水溶液中的H+的物質的量，終點顏色由無色變?yōu)榈t色。（或者，以淀粉溶液為指示劑，用Na2S2O3標準溶液測定碘單質的物質的量，終點顏色由藍色變?yōu)闊o色。）

方案③中由于H2O2存在將會氧化酚酞而破壞終點的指示，所以先通過加熱方法來除去剩余的H2O2，再以酚酞為指示劑，用NaOH標準溶液滴定H2SO4的物質的量，終點顏色由無色變?yōu)榈t色。

方案④可以用FeSO4標準溶液來滴定剩余的KMnO4溶液，終點時紫紅色剛好褪去。

師總結：有些方案乍看起來行不通，但是經過思考，巧妙利用物質的分離方法，綜合運用所學的知識，還是可以準確測定物質的含量，這種收獲可謂是“柳暗花明又一村”。下面列出了①～④方案的計算公式，讓學生深入理解反應原理。

3.化合物的制備與性質的綜合實驗思考，彌補知識與方法，提升問題解決能力。

師引：由于SO2的制備和酸性氧化物的表現(xiàn)在上述學習資料中無法體現(xiàn)，還需選擇其它載體來復習。請學生思考一道“綜合實驗題”的資料。

資料：某研究性學習小組欲探究SO2與可溶性鋇的強酸鹽能否反應生成白色BaSO3沉淀，進行如下實驗。已知濃硫酸的沸點為338℃，加熱時酒精燈火焰的溫度為400℃～500℃。

①甲同學用裝置I進行實驗，發(fā)現(xiàn)BaCl2溶液中出現(xiàn)白色沉淀，且白色沉淀不溶于鹽酸，請解釋生成該白色沉淀的可能原因 ， （用離子方程式表示）。

②乙同學認為甲同學的裝置不完善，設計了改進裝置II進行實驗（夾持裝置和A中加熱裝置已略，氣密性已檢查）。

ⅰ.打開彈簧夾通入N2，一段時間后關閉彈簧夾；

ⅱ.滴加一定量濃硫酸，加熱A，一段時間后，A中有白霧生成，銅片表面產生氣泡。B中有氣泡冒出。C中未見沉淀生成。操作ⅰ的目的是 ；裝置B中的試劑 。

③丙同學取乙實驗后的C中溶液少許，滴加一種無色溶液，產生不溶于鹽酸的白色沉淀，丙同學滴加的試劑可能是 （填字母編號）。

A.NaOH溶液 B.H2O2溶液

C.新制氯水 D.酸性KMnO4溶液

④裝置D中與導管連接的是硬質玻璃管，則裝置D的作用是 。

參考答案：

①Ba2++SO42-BaSO4↓

2Ba2++2SO2+O2+2H2O2BaSO4↓+4H+

②通N2一段時間，排除裝置的空氣；飽和NaHSO3溶液

③B

④吸收多余的SO2，防止倒吸

師總結：（能力提升）通過實驗綜合題的思考和解答，可以復習SO2的實驗室制備和工業(yè)制備，實驗室制備可以是Cu與濃硫酸加熱反應，也可以是Na2SO3固體與濃硫酸加熱反應。工業(yè)制備可以是黃鐵礦在沸騰爐中的煅燒，也可以是硫磺直接燃燒等；可以復習SO2不與BaCl2為代表的可溶性強酸鹽反應生成白色沉淀的這個難點知識原理，讓學生在思考過程中得到深刻理解和體會“只見樹葉不見森林”或“只看現(xiàn)象不注重原理”的片面認識；同時，復習SO2可以被堿液吸收，若用NaOH，其成本較高，但吸收效率高；若用石灰乳，生成石膏，成本低；還可以用氨水吸收，得到銨態(tài)氮肥，但成本較高、運輸不方便等。這些復習有效地彌補了SO2的知識和方法，在解題過程中也提升了學生問題解決的能力。

四、教學反思

（1）深入挖掘物質的應用價值，在新的學習載體中復習知識、提出問題，運用方法，提升思維能力，從而達到激發(fā)興趣、鞏固知識、靈活遷移方法，發(fā)展發(fā)散和邏輯的思維能力，內化學科素養(yǎng)和學科觀。嘗試解決高三普遍存在的復習時間緊缺問題和能力提升緩慢的問題，避免陷入效率低下的“題海戰(zhàn)術”和復習中常見的“炒冷飯”問題。

（2）SO2可用作食物的殺菌劑和防腐劑，學生也會改觀SO2不好的方面，類似NO也會成為“明星分子”的良好效應。這說明物質具有兩面性，學生學會辯證看待問題，多角度分析問題。學生也會體會到量變引起質變，通過實驗條件控制，化害為利，實現(xiàn)自然與社會的和諧發(fā)展。

（3）本節(jié)課以紅酒中的SO2為背景設計一連串的問題作為平臺，豐富學生的有效復習方法和提高思維能力，通過綜合實驗題中相關SO2問題的解決以提升學生思維的靈活性和信息遷移能力。這樣的設計是集知識、方法、思維為一體的復習模式的一種嘗試，其問題的創(chuàng)新還需周密考慮，實驗方案還需重復實踐，學生討論時間的掌握、學生發(fā)現(xiàn)問題的能力和解決問題能力的提高還需要進一步探索。

參考文獻

[1] 教育部考試中心.2017年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試大綱的說明（理科）[M].北京：高等教育出版社，2015

[2] 王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M].南京：江蘇教育出版社，2014