田長明

摘要：以“奇妙的碘”為例，從化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)、反應(yīng)的條件、性質(zhì)的差異及化學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用四個層面就如何培養(yǎng)學(xué)生的“物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀”進(jìn)行了嘗試。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)本質(zhì)；反應(yīng)條件；性質(zhì)差異；性質(zhì)應(yīng)用；物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀

文章編號：1005–6629（2016）7–0047–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

“物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀”是化學(xué)學(xué)科觀念之一，化學(xué)的核心問題是物質(zhì)及其相互轉(zhuǎn)化，化學(xué)科學(xué)認(rèn)識活動對其基本問題“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”的認(rèn)識，一是探尋“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”基本規(guī)律，二是建構(gòu)“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”的科學(xué)理論。

如何培養(yǎng)學(xué)生的“物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀”？2015年10月30日，蘇州市高中課改展示課在昆山震川中學(xué)舉行，筆者上了一節(jié)高三化學(xué)的研討課，課題是“奇妙的碘”。筆者以這節(jié)課為案例，談?wù)勛约涸谶@方面的做法。

鹵族元素的性質(zhì)具有相似性，又具有遞變性。相似性：因?yàn)辂u族元素原子最外層都有7個電子，所以都易得到一個電子而達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以它們的單質(zhì)都表現(xiàn)為較強(qiáng)的氧化性和較強(qiáng)的活潑性，都能與氫氣、水、堿發(fā)生反應(yīng)。鹵化氫的水溶液均顯酸性，除HF為弱酸外，其余均為強(qiáng)酸。除F-外，Cl-、Br-、I-均與Ag+生成AgX沉淀，且不溶于稀硝酸。遞變性：鹵族元素原子的核外電子層數(shù)依次增大，原子半徑依次增大，核對核外電子的吸引力依次減小，所以得到電子的能力也就依次減小，它們單質(zhì)的氧化性和活潑性依次減小，與氫氣、水、堿反應(yīng)的程度依次減弱，陰離子的還原性逐漸增強(qiáng)等。

另外蘇教版教材中對碘的特性和用途的描述簡要如下：

（1）碘單質(zhì)是紫黑色的固體，易升華。

（2）淀粉遇碘溶液變成藍(lán)色，該性質(zhì)可用于檢驗(yàn)碘單質(zhì)的存在。

（3）在水溶液中碘離子能與銀離子反應(yīng)，生成難溶于水和稀硝酸的黃色碘化銀沉淀。實(shí)驗(yàn)室常用硝酸銀和稀硝酸來檢驗(yàn)I-。

（4）碘和碘的化合物在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用。碘是一種重要的藥用元素，含碘食品的生產(chǎn)也需要碘元素，碘化銀可用于人工降雨[1]。

通過比較，我們不難發(fā)現(xiàn)，碘的性質(zhì)既有著鹵族的通性，又有著自己鮮明的特性。這些都是我們在教學(xué)過程中探究含碘物質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象及其規(guī)律的重要抓手。

1 探究有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)

[情境]播放電視劇《懸崖》片段

女地下工作者拿出一瓶藥水，拆開一本教科書的紙質(zhì)書套，用毛筆蘸些藥水在書套背面來回地涂，一行行藍(lán)色的字跡便顯現(xiàn)出來。畫外音：“你已經(jīng)被監(jiān)視，老武已受到懷疑，明天我把孩子接走，你伺機(jī)脫身，他要你把狗處理好。另外，明天晚上之前，他們不會動手，保重！”

[問題1]那瓶藥水的主要成是什么，為什么蘸著藥水涂在書套的背面，會有藍(lán)色的字跡顯現(xiàn)？

這個問題學(xué)生回答得很好，他們認(rèn)為藥水的主要成分是碘水，書套背面是用米湯寫的字，米湯干了后字就觀察不到了。書套用碘水涂后，因?yàn)槊诇某煞钟械矸郏矸塾龅馑畷兯{(lán)色。

[問題2]碘遇淀粉一定變藍(lán)嗎？

學(xué)生認(rèn)為碘遇淀粉一定變藍(lán)。筆者沒有直接說錯還是對，而是做了下列兩則演示實(shí)驗(yàn)：

演示實(shí)驗(yàn)1：在試管中加入少許淀粉，往其中加入2毫升酒精后振蕩，再向試管中滴加碘酒2～3滴，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

演示實(shí)驗(yàn)2：在試管中加入少許淀粉，往其中加入2毫升蒸餾水后振蕩，再向試管中滴加碘酒2～3滴，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[問題3]通過上述實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，淀粉中加酒精，再加碘酒，無現(xiàn)象。而淀粉中加蒸餾水，再加碘酒，淀粉溶液會變藍(lán)。這是什么原因呢？

筆者進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考，上述兩則實(shí)驗(yàn)的區(qū)別在于在淀粉中加了不同的溶劑，其中酒精與碘不會發(fā)生反應(yīng)，而水會和碘發(fā)生反應(yīng)生成I-離子。實(shí)驗(yàn)證明淀粉遇碘變藍(lán)必須有I-離子存在，并且I-離子的濃度越高則顯色的靈敏度也越高。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：在淀粉溶液中滴加碘水，將溶液稀釋20倍左右，取兩支試管各加入2mL左右稀釋后的溶液，在其中一份中滴加少量KI固體，對比兩份溶液的顏色，發(fā)現(xiàn)滴加KI固體的那份溶液的藍(lán)色明顯加深（如圖2）。

[學(xué)習(xí)資料]

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用碘遇可溶性淀粉呈深藍(lán)色的反應(yīng)，這“反應(yīng)”的實(shí)質(zhì)是直鏈淀粉的螺旋狀柱形剛好能容納碘鉆入并吸附成包合物（如圖 3）[2]。

2 研討有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的條件

有人說：“化學(xué)反應(yīng)條件的控制是實(shí)驗(yàn)的靈魂?！闭J(rèn)識反應(yīng)條件對化學(xué)反應(yīng)的影響，對學(xué)好化學(xué)具有重要意義。我們知道在不同的反應(yīng)條件下，化學(xué)反應(yīng)的速率可能不同；在不同的反應(yīng)條件下，反應(yīng)產(chǎn)物也有可能不同；反應(yīng)條件還可以控制反應(yīng)能否發(fā)生和化學(xué)反應(yīng)的方向。因此在研究化學(xué)反應(yīng)的過程中，必須強(qiáng)調(diào)條件的影響。為此筆者設(shè)計(jì)了如下問題。

[問題4]碘遇淀粉溶液一定變藍(lán)嗎？

學(xué)生對這個問題不置可否，筆者做了第3個演示實(shí)驗(yàn)。

演示實(shí)驗(yàn)3：取一支試管將演示實(shí)驗(yàn)2加碘酒后的淀粉溶液一分為二，取其中一份逐滴加入氫氧化鈉溶液。將另一份放在酒精燈上加熱，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，再將試管中的混合液冷卻，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（如圖4）。

通過演示實(shí)驗(yàn)3學(xué)生可以觀察到在加碘酒后的淀粉溶液中逐滴加入氫氧化鈉溶液，試管中溶液的藍(lán)色會逐漸褪去；將加碘酒后的淀粉溶液在酒精燈上加熱，藍(lán)色也會褪去，冷卻后藍(lán)色復(fù)現(xiàn)。endprint

學(xué)生感到很奇怪，仔細(xì)一想，加堿溶液，藍(lán)色褪去可以理解，因?yàn)榈庠趬A性條件下可以發(fā)生歧化反應(yīng)。但加熱為什么會褪色，冷卻后藍(lán)色又復(fù)現(xiàn)呢？筆者提供了下列資料。

[學(xué)習(xí)資料]

碘遇淀粉變藍(lán)色與淀粉的復(fù)雜結(jié)構(gòu)有關(guān)，加熱后，淀粉分子鏈伸直，所以藍(lán)色會褪去，冷卻后，淀粉分子恢復(fù)為螺旋狀，因此藍(lán)色復(fù)現(xiàn)。

通過演示實(shí)驗(yàn)3我們可以得出淀粉溶液遇碘變藍(lán)是有條件的，它會受到溫度和酸堿度的影響，在堿性或加熱的條件下，藍(lán)色會褪去。

3 比較鹵族元素化學(xué)性質(zhì)的差異

鹵族元素的性質(zhì)既有相似性，又有遞變性。我們教學(xué)中可以多利用對比分析的方法，會使各鹵族元素的性質(zhì)及其化合物的性質(zhì)由于結(jié)構(gòu)的相似而體現(xiàn)相似的性質(zhì)，又由于結(jié)構(gòu)的差異而體現(xiàn)了性質(zhì)的遞變性這一規(guī)律一目了然，也使雜亂的元素化合物知識變得系統(tǒng)化、規(guī)律化，從而提高課堂教學(xué)的效率。

筆者在教學(xué)中設(shè)計(jì)了下列兩個問題：

[問題5]在一定條件下，F(xiàn)e在Cl2中燃燒生成Fe3Cl8，請問該化合物中Fe的化合價(jià)？

[問題6]將鐵粉與碘加水進(jìn)行研磨反應(yīng)劇烈，生成Fe3I8，即“滴水生煙”。請問“煙”是什么，該化合物中Fe的化合價(jià)？

對于問題5，學(xué)生很容易聯(lián)想到Fe3O4，F(xiàn)e3O4可以看作FeO·Fe2O3，因此Fe3O4中Fe的化合價(jià)為+2、+3。Fe3Cl8也可以看作FeCl2·2FeCl3，F(xiàn)e3Cl8中Fe的化合價(jià)同樣為+2、+3。

問題6學(xué)生容易不假思索地認(rèn)為“煙”是Fe3Cl8，根據(jù)Fe3Cl8的組成類推Fe3I8的組成為FeI2·2FeI3，從而引起錯解。錯解原因是認(rèn)為“煙”一定是產(chǎn)物，其實(shí)“煙”是碘蒸氣，是因?yàn)殍F粉和碘在水做催化劑的條件下劇烈反應(yīng)放熱，使碘升華。另外學(xué)生還忽視了Fe3+的氧化性，F(xiàn)e的化合價(jià)主要有Fe2+、Fe3+，但是Fe3+具有強(qiáng)氧化性，而I-具有強(qiáng)還原性，二者不能共存，發(fā)生反應(yīng)：2Fe3++ 2I-=2Fe2++I2，因此Fe3I8可以看作為3FeI2·I2，F(xiàn)e3I8中Fe的化合價(jià)應(yīng)為+2。

學(xué)生動手做了如下實(shí)驗(yàn)：

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：在研缽中加入鐵粉和碘，充分研磨，將研磨后的粉末加入到試管中，向試管中滴少量水，可以發(fā)現(xiàn)試管上方出現(xiàn)紫色蒸氣。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)3：在試管中加入2mL FeSO4溶液，在其中加入幾滴KSCN溶液，先向其中滴加碘水，無現(xiàn)象，再向其中滴加氯水，溶液變成血紅色。

4 學(xué)會應(yīng)用碘的化學(xué)性質(zhì)

化學(xué)是一門自然科學(xué)，我們研究化學(xué)的目的就要利用化學(xué)為人類更好地服務(wù)。在課堂教學(xué)中，體現(xiàn)化學(xué)的應(yīng)用價(jià)值是很重要的內(nèi)容，我們要讓學(xué)生不僅能學(xué)到知識，更要學(xué)會如何運(yùn)用知識來解決問題。

筆者在這節(jié)課上對碘的化學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了如下問題。

[學(xué)生實(shí)踐]如何證明食鹽中含有碘元素？

我們常用的加碘食鹽的包裝袋見圖5，我們?nèi)绾卫脤W(xué)到的知識來證明食鹽中含有碘元素，學(xué)生經(jīng)過討論，提出了下列實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）在試管中加入少量食鹽；

（2）向試管中加入2mL蒸餾水，振蕩，直至食鹽溶解；

（3）向試管中滴加0.5mL KI溶液，振蕩；

（4）再向試管中滴加0.5mL稀硫酸，振蕩；

（5）最后向試管中加入少量淀粉。

在試管中加入淀粉后，如果溶液變藍(lán)，證明食鹽中含有碘元素。

美國課程專家艾里克森提出“觀念為本的課程與教學(xué)”，認(rèn)為“提高學(xué)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更多的是要求思維能力的提高，而不是掌握更多的事實(shí)內(nèi)容?！瓕W(xué)習(xí)重心應(yīng)該從記憶事實(shí)轉(zhuǎn)移到可遷移的核心觀念和對更為根本的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行深層理解，培養(yǎng)和發(fā)展思維能力”。從化學(xué)研究的對象看，最能體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)和核心內(nèi)容的觀念是：微粒觀、元素觀、轉(zhuǎn)化觀、結(jié)構(gòu)觀和能量觀等，它們共同構(gòu)成化學(xué)研究物質(zhì)的認(rèn)識視角。為此，我們應(yīng)關(guān)注并圍繞這些觀念開展化學(xué)教學(xué)實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1[M].南京：江蘇教育出版社，2014：47.

[2]曾昭瓊.有機(jī)化學(xué)（下冊）[M].北京：高等教育出版社，2001：608.endprint