蔣新征

摘要：通過(guò)紅酒中的SO2設(shè)計(jì)了一系列問(wèn)題作為硫元素及化合物復(fù)習(xí)的平臺(tái)，又以綜合實(shí)驗(yàn)題作為SO2制備的知識(shí)和方法的補(bǔ)充。嘗試將知識(shí)、方法、思維并行為一體的教學(xué)復(fù)習(xí)。從生活走進(jìn)化學(xué)，激發(fā)興趣，以層次性問(wèn)題為主線、以方法和思維為先導(dǎo)，從定性到定量、從知識(shí)到能力的變化中不斷滲透學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。將SO2的性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算等知識(shí)進(jìn)行逐級(jí)融合，構(gòu)建學(xué)科觀，提升問(wèn)題解決能力。

關(guān)鍵詞：二氧化硫；實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)；發(fā)展思維；問(wèn)題解決

文章編號(hào)：1008-0546（2017）05-0049-04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.015

一、教學(xué)背景及設(shè)計(jì)意圖

這是一節(jié)高三元素及化合物內(nèi)容的復(fù)習(xí)課（蘇教版必修2）。學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)原理、離子反應(yīng)的本質(zhì)及鹵族元素、金屬元素及化合物知識(shí)已有了積累；對(duì)鹵素中的Cl2和HClO及其鹽等強(qiáng)氧化性物質(zhì)的典范，金屬元素及化合物所表現(xiàn)出來(lái)的強(qiáng)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(zhì)，其豐富多變的價(jià)態(tài)及多角度的轉(zhuǎn)化關(guān)系成為了構(gòu)建物質(zhì)轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)、鞏固氧化還原反應(yīng)及離子反應(yīng)的復(fù)習(xí)成果的重要載體，能夠充分體現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)中的元素化合價(jià)思想。本文改變?cè)械膹奈镔|(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備、用途等角度羅列元素及化合物知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)模式，以生活中常見(jiàn)的事物作為新的學(xué)習(xí)載體，深挖角度，提出新的問(wèn)題，層層遞進(jìn)，回歸物質(zhì)本身，全面認(rèn)識(shí)物質(zhì)。以情境化問(wèn)題帶知識(shí)、概念，以分析問(wèn)題帶思考方法，以綜合實(shí)驗(yàn)題帶知識(shí)與方法的彌補(bǔ)，以解決問(wèn)題帶學(xué)生思維能力的發(fā)展，做到知識(shí)、方法、思維并行的教學(xué)復(fù)習(xí)，以期解決復(fù)習(xí)中時(shí)間緊缺和能力滯后的問(wèn)題，從而提升課堂復(fù)習(xí)的實(shí)效性。

二、考試大綱說(shuō)明

關(guān)于“常見(jiàn)無(wú)機(jī)物及其應(yīng)用”，2017年普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試大綱的說(shuō)明作了如下說(shuō)明[1]：

（1）在解決化學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中，運(yùn)用化學(xué)原理和科學(xué)方法，能設(shè)計(jì)合理方案，初步實(shí)踐科學(xué)探究。

（2）了解定量研究方法是化學(xué)發(fā)展為一門(mén)科學(xué)的重要標(biāo)志。

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

（4）了解常見(jiàn)非金屬元素單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境的影響。

三、教學(xué)過(guò)程

1.生活情境中元素化合物與復(fù)習(xí)內(nèi)容的聯(lián)系，注入新的學(xué)習(xí)載體，鞏固知識(shí)點(diǎn)。

師引：SO2氣體的過(guò)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(qǐng)學(xué)生閱讀“葡萄酒中SO2的作用”的資料。

資料：國(guó)際上，絕大部分葡萄酒，在配料表中都會(huì)標(biāo)出含有SO2。據(jù)了解，SO2通常作為保護(hù)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(hù)酒液的天然水果特性的同時(shí)防止酒液老化。開(kāi)瓶倒入酒杯少許輕搖后，酒中所含SO2的30%～40%會(huì)跟空氣作用而被氧化。但同時(shí)，SO2含量過(guò)高時(shí)會(huì)使葡萄酒產(chǎn)生如腐蛋般的難聞氣味，人體飲用后會(huì)引發(fā)急性中毒，嚴(yán)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(cè)中要嚴(yán)格監(jiān)控的檢測(cè)項(xiàng)目。每個(gè)國(guó)家對(duì)釀酒過(guò)程中能加入的SO2最大限度都有專門(mén)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(guó)規(guī)定不超過(guò)250mg/L。

師問(wèn)：從上述資料中，找出與我們復(fù)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的“SO2物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)”的知識(shí)點(diǎn)。

生答：SO2與水反應(yīng)生成亞硫酸，說(shuō)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(bǔ)：SO2易溶于水，體積比為1∶40；密度比空氣大；SO2的沸點(diǎn)-10℃。

師問(wèn)：作為抗氧化劑時(shí)，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(yīng)條件比較苛刻，常溫常壓下混合時(shí)，不反應(yīng)。所以推斷應(yīng)該是H2SO3被氧化。

師引：請(qǐng)寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式。

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

師問(wèn)：用什么方法可以將“SO2的最高含量160mg/L”轉(zhuǎn)化為SO2的物質(zhì)的量濃度？

生練：（板書(shū)）c（SO2）=0.0025mol/L

師引：SO2性質(zhì)還有一個(gè)顯著特征：漂白性，在上述資料中也有隱藏，但由于含量的關(guān)系沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)（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(qǐng)學(xué)生閱讀“對(duì)比性實(shí)驗(yàn)方案”的資料，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)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(wú)法使紅色素褪去。

2. 化合物含量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的思考，提出新的學(xué)習(xí)問(wèn)題，發(fā)展思維能力。

師問(wèn)：可以采用哪些方法來(lái)測(cè)定樣品酒中極少的SO2含量？

生討論：可以考慮滴定法或質(zhì)量、體積等物理量的表征來(lái)測(cè)定物質(zhì)的含量，因?yàn)殡娮犹炱?、酸堿滴定管、量氣管等儀器的精確度高，可以測(cè)定微量的物質(zhì)（毫克等級(jí)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(gè)實(shí)際的問(wèn)題，大家不得不考慮，樣品酒中除了微量的SO2，還有其它物質(zhì)。請(qǐng)學(xué)生閱讀“葡萄酒中化學(xué)成分”的資料。

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

師引：這些物質(zhì)對(duì)SO2含量的測(cè)定將產(chǎn)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(huì)與維生素C反應(yīng)，造成結(jié)果偏大；若用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，也會(huì)消耗其它酸，造成結(jié)果偏大等。那該怎么辦呢？

生討論：利用SO2的沸點(diǎn)低，將SO2蒸餾出來(lái)，收集，液化等，再測(cè)其含量。

師問(wèn)：非常好，能靈活應(yīng)用物質(zhì)間沸點(diǎn)的差異，使用正確的分離物質(zhì)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(jiàn)的強(qiáng)氧化劑可以是O2、X2（鹵素單質(zhì)）、KMnO4（H2SO4）、FeCl3、H2O2、HNO3等物質(zhì)。氣體使用起來(lái)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(zhì)來(lái)氧化吸收SO2氣體。

師引：接下來(lái)，我們來(lái)選擇適當(dāng)?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(jì)、牛角管、錐形瓶。

師質(zhì)疑：此套蒸餾裝置可以蒸餾出SO2氣體，但同學(xué)們忽略了剛才的兩個(gè)信息：①SO2的沸點(diǎn)-10℃，很低，只需稍微加熱即可；②資料顯示酒中還有很多有機(jī)物，其沸點(diǎn)也很低，所以加熱過(guò)程，也會(huì)隨著SO2氣體逸出。這樣，分離的目標(biāo)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。怎么改進(jìn)呢？

生討論：SO2與其它有機(jī)物分離，可以利用冷凝回流的辦法，讓有機(jī)物質(zhì)流回圓底燒瓶。同時(shí)，溫度計(jì)也可以不用，因?yàn)椴恍枰獪y(cè)物質(zhì)的溫度。

師總結(jié)：很棒，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的細(xì)節(jié)考慮的越來(lái)越合理。下面給出裝置圖，僅供參考。

師引：實(shí)驗(yàn)最終測(cè)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(shè)法先來(lái)逐一分析吸收過(guò)程的反應(yīng)現(xiàn)象及溶液的成分問(wèn)題。當(dāng)然，為了充分吸收氣體，試劑是過(guò)量的。請(qǐng)學(xué)生按照“試劑”資料逐一討論。

資料：假設(shè)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(méi)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(méi)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(méi)有現(xiàn)象，不發(fā)生反應(yīng)，即SO2氣體無(wú)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(cè)定的實(shí)驗(yàn)方法。我們先觀察后3種方案。

生答：顯然，⑥、⑦、⑧可以使用質(zhì)量法來(lái)測(cè)定，將體系過(guò)濾后，烘干，使用電子天平稱其固體的質(zhì)量，從而依據(jù)硫元素守恒計(jì)算SO2的物質(zhì)的量，再除以前面蒸餾時(shí)所用酒樣品的體積，即可得到SO2的濃度。

師疑：對(duì)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(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中稱出來(lái)的質(zhì)量將會(huì)偏高，存在誤差。而⑧中，還存在著一個(gè)自身矛盾的問(wèn)題，是什么呢？

生答：看出來(lái)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(huì)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(huì)造成誤差偏大。

師總結(jié)：所以，質(zhì)量法只有⑥方案可行。大家思考問(wèn)題時(shí)，千萬(wàn)不能籠統(tǒng)、模糊，而要具體化和細(xì)節(jié)化，找出矛盾點(diǎn)（即物質(zhì)間的反應(yīng)），提升思維的準(zhǔn)確性。

師引：（滴定法的難度較大，學(xué)生在思考其方案方面較薄弱，尤其是終點(diǎn)現(xiàn)象的判斷和干擾試劑的處理兩方面都很不準(zhǔn)確，可以說(shuō)是集知識(shí)、方法和思維為一體的難點(diǎn)，教師給予必要的引導(dǎo)和幫助）①～④方案都可以采用滴定法來(lái)測(cè)定SO2的物質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)HCl溶液滴定至終點(diǎn)，出現(xiàn)紅色變?yōu)闊o(wú)色，此過(guò)程，只有剩余的NaOH被HCl滴定，Na2SO3不會(huì)被HCl滴定。

方案②中由于H2SO4、HI和I2均會(huì)與NaOH溶液反應(yīng)，離子反應(yīng)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(zhì)，用CCl4溶液萃取分液法，可以分離出剩余的碘單質(zhì)，再以酚酞為指示劑，用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定水溶液中的H+的物質(zhì)的量，終點(diǎn)顏色由無(wú)色變?yōu)榈t色。（或者，以淀粉溶液為指示劑，用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定碘單質(zhì)的物質(zhì)的量，終點(diǎn)顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色。）

方案③中由于H2O2存在將會(huì)氧化酚酞而破壞終點(diǎn)的指示，所以先通過(guò)加熱方法來(lái)除去剩余的H2O2，再以酚酞為指示劑，用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定H2SO4的物質(zhì)的量，終點(diǎn)顏色由無(wú)色變?yōu)榈t色。

方案④可以用FeSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液來(lái)滴定剩余的KMnO4溶液，終點(diǎn)時(shí)紫紅色剛好褪去。

師總結(jié)：有些方案乍看起來(lái)行不通，但是經(jīng)過(guò)思考，巧妙利用物質(zhì)的分離方法，綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，還是可以準(zhǔn)確測(cè)定物質(zhì)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(jì)算公式，讓學(xué)生深入理解反應(yīng)原理。

3.化合物的制備與性質(zhì)的綜合實(shí)驗(yàn)思考，彌補(bǔ)知識(shí)與方法，提升問(wèn)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(xué)習(xí)資料中無(wú)法體現(xiàn)，還需選擇其它載體來(lái)復(fù)習(xí)。請(qǐng)學(xué)生思考一道“綜合實(shí)驗(yàn)題”的資料。

資料：某研究性學(xué)習(xí)小組欲探究SO2與可溶性鋇的強(qiáng)酸鹽能否反應(yīng)生成白色BaSO3沉淀，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。已知濃硫酸的沸點(diǎn)為338℃，加熱時(shí)酒精燈火焰的溫度為400℃～500℃。

①甲同學(xué)用裝置I進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(qǐng)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(xué)認(rèn)為甲同學(xué)的裝置不完善，設(shè)計(jì)了改進(jìn)裝置II進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（夾持裝置和A中加熱裝置已略，氣密性已檢查）。

ⅰ.打開(kāi)彈簧夾通入N2，一段時(shí)間后關(guān)閉彈簧夾；

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

③丙同學(xué)取乙實(shí)驗(yàn)后的C中溶液少許，滴加一種無(wú)色溶液，產(chǎn)生不溶于鹽酸的白色沉淀，丙同學(xué)滴加的試劑可能是 （填字母編號(hào)）。

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(dǎo)管連接的是硬質(zhì)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(shí)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(jié)：（能力提升）通過(guò)實(shí)驗(yàn)綜合題的思考和解答，可以復(fù)習(xí)SO2的實(shí)驗(yàn)室制備和工業(yè)制備，實(shí)驗(yàn)室制備可以是Cu與濃硫酸加熱反應(yīng)，也可以是Na2SO3固體與濃硫酸加熱反應(yīng)。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(fù)習(xí)SO2不與BaCl2為代表的可溶性強(qiáng)酸鹽反應(yīng)生成白色沉淀的這個(gè)難點(diǎn)知識(shí)原理，讓學(xué)生在思考過(guò)程中得到深刻理解和體會(huì)“只見(jiàn)樹(shù)葉不見(jiàn)森林”或“只看現(xiàn)象不注重原理”的片面認(rèn)識(shí)；同時(shí)，復(fù)習(xí)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(yùn)輸不方便等。這些復(fù)習(xí)有效地彌補(bǔ)了SO2的知識(shí)和方法，在解題過(guò)程中也提升了學(xué)生問(wèn)題解決的能力。

四、教學(xué)反思

（1）深入挖掘物質(zhì)的應(yīng)用價(jià)值，在新的學(xué)習(xí)載體中復(fù)習(xí)知識(shí)、提出問(wèn)題，運(yùn)用方法，提升思維能力，從而達(dá)到激發(fā)興趣、鞏固知識(shí)、靈活遷移方法，發(fā)展發(fā)散和邏輯的思維能力，內(nèi)化學(xué)科素養(yǎng)和學(xué)科觀。嘗試解決高三普遍存在的復(fù)習(xí)時(shí)間緊缺問(wèn)題和能力提升緩慢的問(wèn)題，避免陷入效率低下的“題海戰(zhàn)術(shù)”和復(fù)習(xí)中常見(jiàn)的“炒冷飯”問(wèn)題。

（2）SO2可用作食物的殺菌劑和防腐劑，學(xué)生也會(huì)改觀SO2不好的方面，類似NO也會(huì)成為“明星分子”的良好效應(yīng)。這說(shuō)明物質(zhì)具有兩面性，學(xué)生學(xué)會(huì)辯證看待問(wèn)題，多角度分析問(wèn)題。學(xué)生也會(huì)體會(huì)到量變引起質(zhì)變，通過(guò)實(shí)驗(yàn)條件控制，化害為利，實(shí)現(xiàn)自然與社會(huì)的和諧發(fā)展。

（3）本節(jié)課以紅酒中的SO2為背景設(shè)計(jì)一連串的問(wèn)題作為平臺(tái)，豐富學(xué)生的有效復(fù)習(xí)方法和提高思維能力，通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)題中相關(guān)SO2問(wèn)題的解決以提升學(xué)生思維的靈活性和信息遷移能力。這樣的設(shè)計(jì)是集知識(shí)、方法、思維為一體的復(fù)習(xí)模式的一種嘗試，其問(wèn)題的創(chuàng)新還需周密考慮，實(shí)驗(yàn)方案還需重復(fù)實(shí)踐，學(xué)生討論時(shí)間的掌握、學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力和解決問(wèn)題能力的提高還需要進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)

[1] 教育部考試中心.2017年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試大綱的說(shuō)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)1[M].南京：江蘇教育出版社，2014