張道年

摘要：Fe³⁺與SO^2-₃;可以發(fā)生氧化還原反應也可以發(fā)生雙水解反應，以研究性學習活動為提升學生化學學科核心素養(yǎng)的重要載體，在化學學科實踐中培養(yǎng)學生“量變引起質(zhì)變”的化學思維方式，引導學生“思辨”型的認知方式。

關鍵詞：化學學科核心素養(yǎng);競爭反應;量變引起質(zhì)變;思辨性

文章編號：1008-0546（2019）04-0071-07

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.04.020

Cu2+、Fe3+和Ag+是較為常見的金屬離子，都具有一定的氧化性，且氧化性逐漸增強。理論上三種離子都可以氧化I-，例如2Cu2++4I-2Cul↓+I2，2Fe3++2I-=2Fe2++I2，三者之中氧化性最強的Ag+卻因為與生成難溶的AgI間接地保護了I-使之不被Ag+氧化。那么Ag+與I-是不是就不發(fā)生氧化還原反應了呢？結(jié)果是否定的，金劍鋒用電化學的方法證明了Ag+與I-之間肯定存在氧化還原反應，只是在程度上較弱而已。因此水溶液中的兩種離子之間可能會同時發(fā)生氧化還原反應、復分解反應，甚至是雙水解反應，且不同反應類型之間存在著競爭，不同反應所占比例隨著外界條件的變化而變化。理論上Fe3+與SO2-3之間的反應既可以是氧化還原反應，也可以是雙水解反應，那么到底這兩種離子之間的反應是如何進行的呢？根據(jù)中學實驗室可以提供簡單的電導率儀等手持儀器作為研究的工具，因此筆者就借助學校高二年級的研究性學習活動這一平臺，帶領一批有興趣的理科班學生進行研究活動，這一活動也成為了培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng)的重要契機。化學學科核心素養(yǎng)包含“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學態(tài)度與社會責任”“證據(jù)推理與模型認知”“變化觀念與平衡思想”“宏觀辨識與微觀探析”等五個方面，本研究活動也是從這五個方面出發(fā)的。

一、科學探究與創(chuàng)新意識

化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗前的推理與實驗現(xiàn)象常存在一定的差距，要根據(jù)實驗現(xiàn)象結(jié)合理論探究判斷出準確的結(jié)論。如何設計探究性實驗是一項非常艱巨的任務，在研究Fe3+與SO2-3反應類型時，活動小組的同學一時找不到頭緒，胡亂地將不同濃度的Fe3+離子與SO2-3離子混在一起，由于兩種離子的濃度差距太大或者差距不大導致得到的現(xiàn)象五彩斑斕（圖1），但正是這種帶探究性質(zhì)實驗的體驗使得同學們用更深刻的眼光來看待實驗，來看待化學學科。同學們明白化學實驗是一種艱苦的學習活動，并非純粹在玩。當然雖然現(xiàn)象“五彩斑斕”，但其內(nèi)部還是存在一定規(guī)律的，這是一種“科學探究與創(chuàng)新意識”化學學習思維。

競爭反應存在著“熱力學控制”和“動力學控制”之分。若兩種離子的反應速度較快，則能迅速得到產(chǎn)物，這類反應屬于動力學控制。但若產(chǎn)物不能長期穩(wěn)定存在，最終還是轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，這就屬于熱力學控制。例如Fe3+與SO2-3的反應類型較為復雜，可以是氧化還原反應，也可以是雙水解反應。反應方程式分別是?與SO2-3+H2O?2Fe2++SO2-4+2H+和2Fe3++3SO2-3+6H2O?2Fe（OH）3↓+3H2SO3，兩者反應現(xiàn)象不完全一樣，前者理論上會生成Fe2*的淺綠色溶液，但是反應前是Fet的淺黃色溶液，實際上由于離子濃度較小，所以可見的基本上都是無色透明溶液。為了使結(jié)果更加科學合理，筆者結(jié)合采用電導率法進行研究。電導率法是研究溶液行為的一種重要的方式，電導率的大小取決于離子的類型、濃度和所帶電荷等因素。當然電導率法不能解決所有的探究性問題，還必須有其他的實驗手段予以配合，例如pH計等。因此活動小組的同學進行下述的實驗。

[實驗一]固定Fe2濃度，改變SO2-3分離子濃度，完成11組系列實驗，觀察實驗現(xiàn)象。

1.儀器及藥品

儀器：250mL燒杯（若干）、小試管（若干）、10mL移液管（3支）、三量程電導率傳感器（0-20，000μs/cm）、pH傳感器（0-14）;

藥品：FeCl3溶液（0.32mol/L）、Na2SO3溶液（0.04mol/L）、NaOH溶液（1.0mol/L）、KSCN溶液（0.1mol/L）、蒸餾水。

2.實驗步驟

（1）配制Na2SO3（0.04mol/L）溶液，F(xiàn)eCl3溶液（0.32mol/L）。

（2）***按V（SO2-3）/V（Fe3+）為0.5、1.0、2.0、2.5、4.0、5.0、7.5、10.0、11.0、12.0和13.0等11組混合溶液分別于小燒杯中，編號為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10和11等，溶液總體積40.0mL（詳見表1）。

（3）使用“三量程電導率傳感器”和“pH傳感器”分別測量各組溶液及去離子水的電導率（k）和pH值，記錄數(shù)據(jù);

（4）將各組溶液靜置6小時，觀察現(xiàn)象。

（5）取8.9號試管內(nèi)上層清液，都分成兩份，分別滴加2-3滴KSCN溶液和1.0mol/LNaOH溶液，觀察現(xiàn)象。

[小結(jié)]大量實驗摸索后小組同學最終確定了用簡單的試管實驗方案探知離子反應類型，其本質(zhì)是“實驗探究和創(chuàng)新意識”的理念。實驗過程中，小組同學運用了重要的化學方法“控制變量法”，1-11號試管中的Fe+的物質(zhì)的量是固定的，不斷改變加入的SO個離子的濃度，為了維持Fe+濃度相同，而SO號濃度不斷變化的規(guī)律，在實驗中通過1-11號試管中加入不同體積的水，使得反應溶液的總體積固定。

二、宏觀辨識與微觀探析

經(jīng)過艱苦的系列實驗之后，現(xiàn)象是令人振奮的。小組的同學感到非常滿意的原因是實驗現(xiàn)象具有可比性，觀察1-11號試管，在剛反應時1-7號試管仍然呈無色，而8-11號試管則出現(xiàn)黃褐色顆粒狀物質(zhì)，而且顏色存在愈來愈深的趨勢（圖2）。將所有試管靜置6小時后的1-7號試管仍然無色，而8-11號試管上層無色，底部出現(xiàn)紅褐色沉淀（圖3），根據(jù)基礎知識和試管中的元素種類基本上可以判斷8-11號試管中生成的是氫氧化鐵[Fe（OH）3]。

教材中沒有出現(xiàn)過的實驗步驟或?qū)嶒灛F(xiàn)象也大大激發(fā)了學生的探究熱情，這也就是化學學科核心素養(yǎng)在教學中的要求和體現(xiàn)。出現(xiàn)的宏觀現(xiàn)象可以從微觀角度出發(fā)尋找原因，通過宏觀現(xiàn)象可以基本判斷出8-11號試管中生成了Fe（OH）3，那么為什么1-7號沒有出現(xiàn)（或者生成氫氧化鐵的現(xiàn)象不明顯）紅褐色呢？“1-7號”與“8-11號”現(xiàn)象不同的深層原因是什么呢？表觀現(xiàn)象等感性認識不足以探究清楚整個實驗的本質(zhì)，要想客觀地和理性地厘清整個實驗現(xiàn)象背后包含的為什么必須采用更多的物理和化學方法。因此本實驗中活動小組采用測量溶液的電導率以及pH值的方案。立足實驗，建立模型，運用證據(jù)去理性推導出實驗現(xiàn)象背后的未知原因。

[小結(jié)]實驗現(xiàn)象差異性較大，具有很強的對比性，這樣的結(jié)果令我和同學們感到振奮，我們隱隱的感覺到現(xiàn)象的背后必定會有一股不一樣的力量在支撐著，激發(fā)了同學們繼續(xù)進行實驗探究和理論探討的熱情。我也感覺到前期的研究是卓有成效的，應該繼續(xù)帶領同學們通過補充實驗和理論研究完成整個探究實驗的過程。

三、變化觀念與平衡思想

在實際的中學化學教學中，有很多教師認為競爭反應是有先后次序的。講到Cl2與FeBr溶液的反應時，很多教師說Cl2是先與Fe2+反應，后與Br2反應的。講到Cl2與KI和NaBr混合溶液的反應時，很多教師說Cl2先與I-反應，后與Br-反應的。講到銅粉和鐵粉的混合物與FeCl3溶液的反應時，很多教師說Fe3+是先與鐵粉反應，再與銅粉反應的。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？其實是教師同行對競爭反應認識的誤區(qū)。中學化學一般不講化學反應歷程，只講化學方程式。除了極少數(shù)本身就是基元反應的化學方程式（或離子方程式）之外，化學方程式一般只表示反應物和產(chǎn)物之間的最終結(jié)果，不表示化學反應的實際過程（或歷程）。有些中學教師不清楚反應過程與反應結(jié)果的關系，所以常常會出現(xiàn)誤將化學方程式當成反應過程的現(xiàn)象，這種錯誤直接導致了教師認為競爭反應是有先后順序的[2]。Fe3+與SO2-3反應類型出現(xiàn)遞變的最主要因素是離子濃度之比發(fā)生變化，本質(zhì)上就是化學學科思維中的“量變引起質(zhì)變”。量變之所以可以引起質(zhì)變的原因在于無論是“雙水解反應”還是“氧化還原反應”都是可逆反應，一旦某種離子的濃度發(fā)生了變化，平衡就會發(fā)生正向或者逆向的移動，體現(xiàn)“變化觀念與平衡思想”的化學學科核心素養(yǎng)觀。但是僅僅是依靠推測是不科學的，因此我又指導同學們補充實驗，用化學學科實踐的方式將推理固化。

[實驗二]互滴方式的不同對反應類型的影響取兩支試管，分別加入5mLNa2SO3（0.04mol/L）溶液和FeCl3溶液（0.32mol/L），再分別向其中滴加少量的FeCl3溶液（0.32mol/L）和Na2SO3（0.04mol/L）溶液，觀察現(xiàn)象。

Fe（OH）3↓+H2SO3←Fe3++SO2-3+H2O→Fe2++SO2-4+H+

“將少量Fe3+與SO2-3離子溶液中逐滴滴加”和“將少量SO2-3與Fe3+離子溶液中逐滴滴加”的現(xiàn)象是有區(qū)別的，因此離子滴加順序（見圖4）不同，實驗現(xiàn)象也大不相同。前者馬上出現(xiàn)紅褐色難溶物Fe（OH）3，而后者并沒有出現(xiàn)，仍然是澄清透明的溶液。因此可以推知“Fe3+與SO2-3離子溶液中滴加”發(fā)生的是雙水解反應，而“SO2-3與Fe3+離子溶液中滴加”發(fā)生的是氧化還原反應。原因在于在Fe3+溶液中隨著c（SO2-3）濃度的增大，溶液的堿性在增強，直接導致c（Fe3+）的氧化能力減弱，所以氧化還原反應的程度在減弱，而雙水解反應的程度在增大。原因也可想而知，F(xiàn)e*t離子進入溶液后在堿性環(huán)境中，F(xiàn)e3+離子的氧化性減弱，難以氧化SO2-3離子，在堿性環(huán)境中Fe3+會與OH-反應生成Fe（OH）3。同時在實驗中會發(fā)現(xiàn)當逐漸向Fe3+離子溶液中滴加SO2-3離子時就會出現(xiàn)試管中“酸性逐漸增強，而堿性逐漸減弱”的結(jié)果。類似的案例有很多，“Fe3++與SO2-3的反應”因為Fe3+溶液顯酸性，而SO2-3溶液顯堿性，所以將SO2-3離子向Fe3+離子溶液中滴加時發(fā)生的是氧化還原反應，S2-+2Fe3+-2Fe2++S↓;將Fe3+離子向S2-離子溶液中滴加時發(fā)生的是雙水解反應，3S2-+2Fe3++6H2O=2Fe（OH）3↓+3H2S↑。

但是在分析Fe3+和SO2-3反應類型是哪一種的思考和實踐過程中出現(xiàn)了思辨性的問題。根據(jù)上述實驗組中基本可以判定8號試管中出現(xiàn)明顯的紅褐色沉淀肯定是發(fā)生了雙水解反應，那么此時有沒有發(fā)生氧化還原反應呢？在研究的過程中需要厘清的事實是在上述關于兩種離子發(fā)生哪種反應類型的推理判斷不能絕對化，推斷某個時刻到底是哪一種化學反應類型這種思路本身就是錯誤的，因為只要溶液中存在Fe3+和SO2-3兩種離子，無論氧化還原反應還是雙水解反應都是客觀存在的，只不過反應的程度不同而已。為了證明這個思辨的學科實踐，活動小組的同學們作了兩個補充實驗，一個是“用鐵氰化鉀進行定性實驗”，另一個是“電化學實驗”，證明氧化還原反應和雙水解反應不是絕對的，而是“你中有我，我中有你”的格局。

[實驗三]取8-11號試管中的上層清液少量于小試管中，再滴加1-2滴鐵氰化鉀溶液，觀察到藍色沉淀，說明的確8號試管中雖然主要是雙水解反應，但是的確也有氧化還原反應，生成了Fe3+。

[實驗四]以第8-11號試管中的溶液為研究對象，用石墨作電極材料設計為原電池，分別測量剛剛搭建好原電池裝置時的電壓值和放置兩天后的原電池電壓值。

按照不同c（Fe3+）：c（SO2-3）的濃度比進行原電池實驗（圖5），觀察到8-11號試管均出現(xiàn)了電流表指針的偏轉(zhuǎn)（圖6），只是指針偏轉(zhuǎn)的程度不同而已。因此，簡單的鐵氰化鉀定性實驗和電化學方法證明無論溶液的酸堿性如何，氧化還原反應和雙水解反應都是同時存在的。

[小結(jié)]在第一部分猜測實驗1-7號主要發(fā)生的是氧化還原反應，而8-11號主要發(fā)生的是雙水解反應。該猜測有宏觀現(xiàn)象的支撐，但其背后的理論依據(jù)是什么？筆者用平衡的思想進行解讀，并做了三個實驗，現(xiàn)象也支持這種想法，體現(xiàn)了“變化觀念與平衡思想”。但是上述實驗仍然較為粗糙，需要進一步的進行“打磨”，力爭建立模型。

四、證據(jù)推理與模型認知

1-7號試管內(nèi)是澄清溶液，8-11號試管經(jīng)過6小時沉降之后在底部出現(xiàn)難溶物Fe（OH）3，而上層溶液也是澄清的，采用電導率法測定各組溶液的電導率，將數(shù)據(jù)列于表1。從表1發(fā)現(xiàn)1-11號試管中溶液的電導率是存在一定規(guī)律的，呈先減小后增大的趨勢，以c（SO2-3）/c（Fe3+）-電導率”作出圖7，該曲線給了小組同學巨大的喜悅和鼓勵。因為所呈現(xiàn)的曲線看起來非常的優(yōu)美，將圖7中數(shù)據(jù)進行計算機模擬線性回歸，曲線方程式是y=2681.8x2-5199.9x+6625.5，R=0.9841，即當c（SO2-3）/c（Fe3+）=0.9695時Fe3+和SO2-3兩種離子的濃度約為1：1時曲線出現(xiàn)最低點，此時溶液的電導率數(shù)值最低。出現(xiàn)這種情況后我與同學們根據(jù)先前的分析大膽地推測，此時就是兩種反應類型的轉(zhuǎn)折點，由于前部分溶液近乎無色，所以發(fā)生的反應以氧化還原反應為主，而轉(zhuǎn)折點后由于溶液中出現(xiàn)紅褐色難溶物，因此以雙水解反應為主。Fe3+與SO2-3離子的反應是可逆反應，因此隨著離子濃度的變化，水溶液的酸堿性發(fā)生變化，進而會導致反應類型的變化，伴隨的現(xiàn)象是電導率的變化。

1.熱力學研究

Fe3+與SO2-3的反應類型辨析其實就是對反應建立模型，到底是哪種類型的反應是需要證據(jù)的，證據(jù)首先源于實驗數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)再進行推理?；顒有〗M從理論計算出發(fā)分別計算兩種不同反應類型的K值，對反應類型進行初步推理。

2Fe3++SO2-3+H2O?2Fe2++SO2-4+2H+①

K=c3（H2SO3）/c2（Fe3+）c3（SO2-3）=K6w/ksp，F(xiàn)e（OH）3（Ka1Ka2）3=2.844788348x1020

2Fe3++3SO2-3+6H2O?2Fe（OH）3↓+3H2SO3②

△G=（-95.3）x2+（-1267）+76.7x2-[96.7x2-1002-237]=-258.6kJ·mol-1

△G=-RTlnK=-258.6kJ·mol-1，K=2.027231x1045

從吉布斯自由能的計算數(shù)據(jù)上來看，F(xiàn)e3+與SO2-3的反應無論是氧化還原反應還是雙水解反應，其△G的數(shù)據(jù)均很小，因此兩種類型反應的平衡常數(shù)都很大。從熱力學的觀點來看，雖然氧化還原反應的K值要遠遠大于雙水解反應的K值，但總的來說兩者均是較大的數(shù)值，所以在實際的反應中兩種類型的反應是同時并存在理論上是合理的。

2.兩種反應類型的電化學計算

溶液的酸堿性對Fe3+的氧化能力很有影響，隨著Na2SO，物質(zhì)的量的增多，溶液堿性在增強，能斯特方程式計算分析可得Fe3+的氧化能力在降低，因此會生成越來越多的Fe（OH）3。所以從氧化還原反應的角度也可以得出Fe3+和SO2-3兩種離子的反應由氧化還原反應逐漸遞變?yōu)殡p水解反應。設定Fe3+、Fe2+的起始濃度為10-2mol/L，電極電勢φ（Fe3+/Fe2+）隨pH變化關系如下圖所示[3]。

線①：pH=0-2.2時，電極電勢為：Fe3++e-==Fe2+;φ（Fe3+/Fe2+）=φ（Fe3+/Fe2+）=0.717V;

線②：pH=2.2-7.45時，電極電勢為：Fe（OH）3+3H++e-==Fe2++3H2O;φ（Fe3+/Fe2+）=1.18-0.18pH。

（1）酸性條件下正、負極的電極方程式：

（+）Fe3++e-=Fe2+

φ=0.717V

（-）H2SO3-e-+H2O==SO2-4+4H+

φ=-0.20V

酸性環(huán)境下正負極的電極電勢計算

（+）Fe3++e-=Fe2+

φ=0.717V;

（-）SO2-4+4H++2e-=H2SO3+H2O

φ（SO2-4/H2SO3）=φ（SO2-4/H2SO3）+0.0591/2lg

c（SO2-4）/c4（H+）=-0.20+0.0591lg（10-28）4=-0.53096V

因此在酸性條件下，該電池電動勢為E=φ（Fe3+/Fe2+）-φ（SO2-4/H2SO3）=0.717-（-0.53096）=1.24796V

（2）堿性條件下的正、負極的電極方程式：

（+）Fe（OH）3+3H++e-=Fe2++3H2O

（-）SO2-3-2e-+H2O=SO2-4+2H+

堿性環(huán)境下電極電勢的計算：

（+）Fe（OH）3+3H++e-=Fe2++3H2O

當pH=5.4，φ（Fe3+/Fe2+）=1.18-0.18pH=1.18-=-0.18x5.4=0.208V

（-）SO2-4+H2O+2e-==SO2-3+4OH-

φ=-0.92V

φ（SO2-4/SO2-3）=φ（SO2-4/SO2-3）+0.0591/2

lgc（SO2-4）/c（SO2-3）c（OH-）=-0.92+0.0591/2lg1/（10-8.6）4

=-0.92+1.01652

=0.09652V

<0.2V

從上述計算可以看出，在酸性條件下（pH=2.8）構(gòu)成的原電池電池電動勢是1.24796V，說明氧化還原反應的趨勢很強。而當弱酸性環(huán)境下（pH=5.4）構(gòu)成的原電池電池電動勢是0.09652V。所以隨著酸性增強，該電池的電動勢更大，氧化還原的趨勢更強;而隨著溶液的堿性增強，電池電動勢更小，氧化還原反應的趨勢更小。所以符合溶液的pH值越大，F(xiàn)e+和SO3的反應類型從氧化還原反應向雙水解反應遞變。

3.溶液pH值變化的微觀分析

根據(jù)實驗步驟，該溶液的電導率和pH值發(fā)生變化是由于兩種離子的物質(zhì)的量之比發(fā)生變化導致的，因此從宏觀現(xiàn)象出發(fā)探討現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)。試管中發(fā)生的化學反應包括：

Fe3++3H2O?Fe（OH）3↓+3H+①

2Fe3++SO2-3+H2O?2Fe2++SO2-4+2H+

2Fe3++3SO2-3+6H2O?2Fe（OH）3↓+3H2SO3③

SO2-3+2H2O?H2SO3+2OH-④

當向Fe3+溶液中逐漸滴加SO？溶液時，剛開始溶液的pH值變化不大，1.7.1.8、2.0、2.1、2.8等，當從7號到8號試管“過渡”時溶液的pH值出現(xiàn)5.4、5.8、6.0和6.2等數(shù)值。一方面，F(xiàn)e3+發(fā)生了氧化還原反應，所以水解的Fe3+的濃度在減少，所以pH值在增大，F(xiàn)e3++3H2O?2Fe（OH）3↓+3H+;另一方面，F(xiàn)e3+發(fā)生了氧化還原反應，生成了H+，溶液的pH值在減小，2Fe3++SO2-3+H2O?2Fe2++SO2-4+2H+。在8號和9號實驗中所測量的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)pH值發(fā)生“突變”，由2.8增長到5.4。這是由于發(fā)生了雙水解反應，2Fe3++3SO2-3+6H2O?2Fe（OH）3↓+3H2SO3，因為沒有再生成H+，所以一旦能夠水解生成H+的Fe3+減少了，溶液pH值就會增大。

4.溶液電導率變化微觀分析

溶液的電導率高低不僅與溶液中的離子類型有關，而且還與離子濃度、溶液溫度等有關，因為該實驗中所有的測量都是在室溫下進行的，本文采用摩爾電導率數(shù)據(jù)（表2）對實驗現(xiàn)象進行科學的解釋。從摩爾電導率的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，H+和OH-兩種離子的摩爾電導率遠遠大于Fe2+、Fe3+、SO2-3等，而Fe（OH）3;和H2SO;等是弱電解質(zhì)，對溶液的導電能力暫且忽略不計。因此本人認為溶液的導電能力大小與溶液的H或者OH的濃度有很大的相關關系，因此做如下分析。

為什么1-7號試管溶液的電導率在持續(xù)降低，而8-11號試管中溶液的電導率又在持續(xù)增大呢？主要原因在于1-7號試管中加入的SO2-3的物質(zhì)的量較少，溶液的酸堿性主要還是考慮Fe3+的水解，因此溶液呈酸性。特別是1號試管，反應的Fe3+最少，剩下的Fe3+濃度是各試管中最大的，所以水解生成的H+物質(zhì)的量最多，溶液的電導率較大。但隨著SO2-3的不斷增多，被消耗掉的Fe3+越來越多，因此水解生成的H+濃度降低，溶液的電導率在下降。但是1-7號試管中發(fā)生的是氧化還原反應，生成的Fe3+也會水解生成H+，所以必須要考慮到Fe3+水解產(chǎn)生H+的物質(zhì)的量的問題。

Fe3++3H2O?Fe（OH）3↓+3H+

K1=c3（H+）/c（Fe3+）=K3/Ksp[Fe（OH）3]=（10-14）3/4×10-38=2.5×10-5

Fe2++2H2O?Fe（OH）2↓+2H+

K2=c2（H+）/c（Fe3+）=K3/Ksp[Fe（OH）3]=（10-14）2/8×10-16=1.25×10-13

從水解平衡常數(shù)的計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相同濃度的Fe2+和Fe3+，F(xiàn)e3+水解生成的H+較多，而Fe2+的水解程度相比之下小的多，因此不需要考慮這部分水解生成的H+。而當逐漸增加SO2-3離子后，反應由氧化還原反應逐漸遞變?yōu)殡p水解反應，繼續(xù)增加SO2-3，溶液的堿性將增強，c（OH-）增加，溶液的電導率又呈增加的趨勢。

五、科學態(tài)度和社會責任

培養(yǎng)高中學生化學學科素養(yǎng)的終極目標就是培養(yǎng)學生“科學態(tài)度和社會責任”，也是提升學生思辨能力的過程。什么是思辨性？萬物要經(jīng)辨識，才會區(qū)別物與物之間的差異;萬事要用辯證眼光看，方能分清事與事之間的聯(lián)系。然而，辨識能力的高低和辯證思維的巧拙，世上就出現(xiàn)爭論不休的事物，剛澄清一個問題，又會冒出難以定論的事物，人類歷史就是這樣在不斷認識事物和不斷創(chuàng)造事物的過程中前進的。學生經(jīng)常會遇到競爭性反應的問題，例如金屬離子Fe3+、Ag+、Cu2+與非金屬離子（或酸根離子）I-、S2-、SO2-3個間在理論上既可以發(fā)生氧化還原反應，也可以發(fā)生復分解反應，甚至是雙水解反應，到底是哪一種是隨條件改變而改變的。再例如，SO2-3與Ag+可以在堿性條件下發(fā)生可逆的氧化還原反應，2Ag++3SO2-3+2OH-?2Ag↓+SO2-4+H2O，雖然從熱力學角度正向反應進行的程度較大，但反應速率較慢，使得反應速率較快的Ag+與SO2-3之間的沉淀反應成為主要因素，即2Ag++3SO2-3?Ag2SO3↓。因此，競爭反應其實就是反應速率和反應物轉(zhuǎn)化率之間的“博弈”。少量S2-滴入Fe3+離子溶液中，溶液此時呈酸性，溶液中立即生成黃色渾濁，發(fā)生的是氧化還原反應，即2Fe3++S2-=2Fe2++S;若少量Fe3+滴入S2-離子溶液中，溶液此時呈堿性，立即生成大量黑色難溶物，2Fe3++3S2-=2Fe2S3↓。當溶液的酸堿性發(fā)生變化時，金屬離子的氧化能力也會出現(xiàn)變化，其實也就是當溶液的酸堿性發(fā)生變化時造成金屬離子的濃度發(fā)生變化，根據(jù)能斯特方程式，金屬離子的氧化能力就會發(fā)生變化。除此之外，當外界條件不同時，最終的結(jié)果也將不同。案例包括，一是在H+、OH-或H2O不同條件下，MnO-4的氧化能力是不同的，最終的產(chǎn)物也是不同的;二是NaOH與CO2的物質(zhì)的量之比不同，最終的產(chǎn)物也是不同的，可能是Na2CO3，也有可能是NaHCO3，或是它們的混合物;三是HCl與Na2CO3的互滴、Br2與苯酚的互滴最終的現(xiàn)象是不同的。這些案例都是可以作為培養(yǎng)學生辯證思維的好素材。從競爭反應可以看出，化學反應是非常奇妙的，需要從“辯證”的觀點去分析。物質(zhì)的量的改變會引起反應類型的改變，也就是“量變引起質(zhì)變”的化學思維。而Fe3+與SO2-3的反應作為高中化學經(jīng)常遇到的例子，將此反應作為研究對象更具典型性。帶領學生研究Fe3+與SO2-3反應類型就是要促使學生在實驗探究的過程中明晰兩者任何濃度比的情況下，該反應只是以某種反應的類型為主，而不是僅僅以某一反應類型進行反應。

在一項研究中不同的化學核心觀念會融入其中，“Fe3+和SO2-3反應類型探究”探究的過程就是一個不錯的培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng)的素材。

1-7號試管沒有出現(xiàn)紅褐色的沉淀物，而8-11號試管卻出現(xiàn)紅褐色的難溶物。宏觀的現(xiàn)象通過分析體現(xiàn)的“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科素養(yǎng)。所體現(xiàn)出的化學核心觀念是“物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀”“量變引起質(zhì)變”的辯證學科思維。包括動手實驗的能力與技巧。包括基本的實驗操作方法;選擇合適的實驗方法的能力;電導率法的學習等。本實驗的研究思路就是正交實驗，重復配制溶液是學生在整個實驗過程中的最主要工作，這最能鍛煉學生的耐心。百折不撓的實驗精神。在實驗過程中枯燥乏味成百次上千次配制溶液，可能會面臨失敗，失敗了還要從頭再來。責任擔當意識，分析思考的能力。出現(xiàn)的現(xiàn)象與自己本來的想象是不同的，如何去解決這個矛盾問題就是關鍵。分析的過程中是否科學。計算、推理、實驗等多種方法接連使用;運用分析和綜合、歸納與演繹、抽象與概括、假設和建模等化學學科的思維方式進行推斷。

化學學科核心素養(yǎng)的形成并非一朝一夕能夠達成，也不僅僅只是在課堂上形成的。化學核心觀念包括微粒觀.元素觀、分類觀、物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀、能量觀、反應限度觀等，這些學科觀念需要學科的思維方法去支撐，需要學科實踐去探究。但課堂教學迫于考評的壓力，往往用理論作為最主要的方式去處理問題。但是在本實驗的探究活動中以研究性學習的形式出現(xiàn)，學生不但學習了化學知識，還培養(yǎng)了學生的動手能力，更重要的是培養(yǎng)學生的化學學科素養(yǎng)，讓學生明白化學實驗研究是非常艱苦的，因此將來要將化學作為自己的終身職業(yè)要做好一定的心理準備。當然對于那些習慣于挑戰(zhàn)自我的學生而言，化學也是可以讓他們大顯身手的好機會。運用實驗方式和接下來的探究也讓學生明晰了“度”的問題，沒有一定如何變化的反應，反應類型如何存在多種，一般來說反應肯定是在這些類型的“綜合體”?；瘜W學科及學習活動需要濃厚持久的化學學習與化學探究興趣等?？茖W技術(shù)領域普遍需要的重要品格，例如嚴謹?shù)睦硇?、智慧的靈活性，實證精神，敢于質(zhì)疑、創(chuàng)新，不怕困難的科學精神;積極、認真、實事求是的態(tài)度等。各領域廣泛需要的重要品格，例如學習的自主性、自覺性，合作互助精神，強烈、持久的社會責任心、對人民群眾的關愛心;社會生存素養(yǎng)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神、積極情感、家國情懷及國際視野。

參考文獻

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