河南 熊建飛 吳利敏

在氮元素及其化合物的復(fù)習(xí)中，以氮元素化合價(jià)為中心，須貫穿氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)分類(lèi)兩個(gè)觀(guān)念，從氧化還原反應(yīng)的角度分析各物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，從物質(zhì)分類(lèi)的角度，利用同類(lèi)物質(zhì)的共性進(jìn)行類(lèi)比分析，然后再同中求異，分析特殊性。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是學(xué)生在一定的情景中，借助教師或?qū)W習(xí)伙伴的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過(guò)意義建構(gòu)的方式獲得知識(shí)的過(guò)程。教學(xué)不僅是知識(shí)的傳遞，也是知識(shí)的處理和轉(zhuǎn)換，教師要引導(dǎo)學(xué)生從原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)中，生出新的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。本文擬引導(dǎo)學(xué)生用已有的知識(shí)對(duì)非金屬元素及其化合物進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)，以氮元素及其化合物的復(fù)習(xí)為例，幫助學(xué)生建立起一種有效的學(xué)習(xí)方法。根據(jù)非金屬元素及其化合物的特點(diǎn)，提出了“一中心兩觀(guān)念”的建構(gòu)策略。

一、以化合價(jià)為中心，構(gòu)建關(guān)系圖

繪制類(lèi)—價(jià)二維坐標(biāo)圖，以氮元素化合價(jià)為縱坐標(biāo)，以物質(zhì)類(lèi)別為橫坐標(biāo)。引導(dǎo)學(xué)生在相應(yīng)的位置上寫(xiě)出物質(zhì)的化學(xué)式，根據(jù)所掌握的知識(shí)，用箭頭標(biāo)出各物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。通過(guò)坐標(biāo)圖，可以清晰地看到規(guī)律：從最低價(jià)的氫化物(NH3)到最高價(jià)的含氧酸(HNO3)，化合價(jià)呈逐漸上升趨勢(shì)，讓學(xué)生從整體上對(duì)氮元素及其化合物有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

注：NH4NO3中氮元素有兩種化合價(jià)，但其為銨鹽，故將其放在化合價(jià)為-3的位置

二、依據(jù)氧化還反原應(yīng)原理，尋找轉(zhuǎn)化關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生對(duì)類(lèi)—價(jià)二維坐標(biāo)圖進(jìn)行探究

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題1：從圖中，能夠發(fā)現(xiàn)哪些氧化還原反應(yīng)規(guī)律？

思考交流：NH3中氮元素處于最低價(jià)，只具有還原性；HNO3中氮元素處于最高價(jià)，只具有氧化性；N2、NO、NO2中氮元素均處于中間價(jià)態(tài)，既有氧化性又有還原性?？梢缘贸?，氧化還原反應(yīng)規(guī)律為最低價(jià)具有還原性，最高價(jià)具有氧化性，中間價(jià)態(tài)既有氧化性又有還原性。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題2：根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，用已有的知識(shí)寫(xiě)出類(lèi)—價(jià)二維坐標(biāo)圖中轉(zhuǎn)化關(guān)系1～7的化學(xué)方程式。

思考交流：完成化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)，書(shū)寫(xiě)依據(jù)為氧化還原反應(yīng)規(guī)律。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題3：N2能反應(yīng)生成NH3、NO，思考NH3、NO能生成N2嗎？

思考交流：從氧化還原反應(yīng)規(guī)律來(lái)看，可以。但教材中只給出N2與H2反應(yīng)生成NH3是可逆反應(yīng)，NH3能分解生成N2。

教師趁機(jī)引導(dǎo)：從氧化還原反應(yīng)規(guī)律來(lái)看，NH3和NO可以反應(yīng)生成N2，只不過(guò)需要特定的條件，例如在一定條件下，用氨氣可將氮氧化合物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒氣體。寫(xiě)出NH3分別與NO、NO2反應(yīng)的化學(xué)方程式。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題4：稀硝酸與銅、濃硝酸與銅反應(yīng)產(chǎn)物有何不同，可以說(shuō)明什么問(wèn)題？

思考交流：化學(xué)反應(yīng)與反應(yīng)條件有關(guān)，當(dāng)反應(yīng)條件發(fā)生改變時(shí)化學(xué)反應(yīng)可能發(fā)生改變。

教師趁機(jī)引導(dǎo)濃硝酸在常溫下能使鐵、鋁等鈍化，在加熱條件下呢？此時(shí)教師可安排學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)或觀(guān)看實(shí)驗(yàn)視頻，觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論，并用化學(xué)方程式表示所發(fā)生的反應(yīng)，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)方法，加深對(duì)反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)影響的理解。

三、依據(jù)物質(zhì)分類(lèi)，尋找共性，同中求異

根據(jù)物質(zhì)分類(lèi)，可以把氮元素及其化合物分為六個(gè)種類(lèi)：氫化物、單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽。同類(lèi)物質(zhì)具有相似的性質(zhì)，如HNO3屬于無(wú)機(jī)含氧酸，具有酸的性質(zhì)；NH3·H2O屬于堿，具有堿的性質(zhì)。同類(lèi)物質(zhì)除了具有相似的性質(zhì)外，每種物質(zhì)還具有自己的特性，如HNO3的氧化性較強(qiáng)與活潑金屬反應(yīng)不能生成H2。因此在復(fù)習(xí)的時(shí)候，可以采用類(lèi)比思想，尋找相似性，注意特殊性質(zhì)。

1.氫化物——NH3

NH3在教材中占有重要的地位，無(wú)論物理性質(zhì)還是化學(xué)性質(zhì)都是高頻考點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途的角度梳理出以NH3為中心的思維導(dǎo)圖。然后聯(lián)系常見(jiàn)的氫化物H2O、H2S、HF、CH4的性質(zhì)，找出相似性與特殊性質(zhì)。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題1：同學(xué)們經(jīng)常聽(tīng)老師說(shuō)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”，到底結(jié)構(gòu)是怎樣決定性質(zhì)，性質(zhì)怎樣決定用途的呢？請(qǐng)同學(xué)們展開(kāi)豐富的聯(lián)想，用已有的知識(shí)完成思維導(dǎo)圖①～⑤空。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題2：通過(guò)以上分析，找出氫化物的相似性，從分子極性、還原性等角度考慮尋找NH3與H2O、H2S、HF、HCl、CH4的相似性質(zhì)。

思考交流：NH3與H2O、H2S、HF都是極性分子而CH4為非極性分子，NH3、H2O、HF分子間能形成氫鍵，沸點(diǎn)比同族氫化物的高；NH3、H2S、CH4及濃鹽酸都具有還原性。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題3：尋找NH3的特殊性，與其他氫化物相比有什么特殊性質(zhì)？怎樣利用其特殊性質(zhì)檢驗(yàn)NH3？

思考交流：NH3是中學(xué)階段唯一的一種堿性氣體。檢驗(yàn)氨氣可利用氨氣的特征反應(yīng)和特殊現(xiàn)象，氨氣與濃鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生白煙、氨氣能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)。

2.單質(zhì)——N2

同學(xué)們對(duì)非金屬單質(zhì)了解的比較多，如O2、H2、Si、S、Cl2等，以上幾種單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)各不相同，各有各的特殊性質(zhì)。因此在復(fù)習(xí)N2時(shí)，重在了解它的特性。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題1：從氧化還原反應(yīng)的角度思考O2、H2、Si、S、Cl2、N2應(yīng)具有什么樣的相似性？

思考交流：因?yàn)橐陨蠋追N單質(zhì)化合價(jià)都為0，處于中間價(jià)態(tài)，在一定條件下既具有氧化性，又具有還原性。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題2：比較以上幾種單質(zhì)，思考N2具有哪些特殊性質(zhì)？

思考交流：N2的化學(xué)性質(zhì)不活潑，但在一定條件下能發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)，如與H2在催化劑加熱條件下可以合成NH3，即工業(yè)合成氨；在放電或高溫條件下可以與O2反應(yīng)生成NO。

3.氧化物——NO、NO2

學(xué)生對(duì)非金屬氧化物也比較熟悉，如CO、CO2、SO2、SO3、SiO2等。其中CO2和SO2的某些性質(zhì)極為相似，如都可以使澄清的石灰水變渾濁；CO2、SO2、SO3均為酸性氧化物，都能與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸，而NO2雖然也能與水反應(yīng)，但其不是酸性氧化物。SO2、NO、NO2都是空氣污染物，能形成酸雨。相比較而言，學(xué)生應(yīng)掌握的NO、NO2更多的是特殊性質(zhì)。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題1：氮的氧化物有哪些物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，找出它們的特性。

思考交流：物理性質(zhì)方面，NO為無(wú)色無(wú)味的氣體，NO2在高溫下為紅棕色氣體，常溫下NO2與N2O4混合而共存；化學(xué)性質(zhì)方面，NO與O2反應(yīng)生成NO2，有紅棕色氣體生成，NO2與水反應(yīng)可生成HNO3及NO。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題2：大氣污染物有哪些，對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？

思考交流：首先，SO2、氮氧化合物NOx(主要有NO、NO2、N2O等)可以形成酸雨。其次，氮氧化合物與碳?xì)浠衔镌谧贤饩€(xiàn)作用下發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一種有毒的光化學(xué)煙霧。

4.酸、堿、鹽——HNO3、NH3·H2O、銨鹽

HNO3、NH3·H2O、銨鹽在高中化學(xué)中占有極其重要的地位。同學(xué)們對(duì)酸、堿、鹽的概念了解比較多，HNO3、NH3·H2O、銨鹽都具有其所屬類(lèi)別的性質(zhì)，但它們都具有很多特殊性。

(1)HNO3硝酸

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：對(duì)比其他酸，思考HNO3具有哪些特殊性質(zhì)？

思考交流：教師從濃硫酸、濃鹽酸性質(zhì)的角度加以引導(dǎo)，與硝酸對(duì)比分析。首先，硝酸具有強(qiáng)氧化性，濃H2SO4、HNO3都具有強(qiáng)氧化性，相似點(diǎn)為濃硫酸、濃硝酸常溫下都能使Fe、Al鈍化；不同點(diǎn)為稀H2SO4不具有氧化性，而稀HNO3具有強(qiáng)氧化性，HNO3能與不活潑金屬反應(yīng)，而且HNO3與活潑金屬反應(yīng)不生成H2，氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)及配平是此部分知識(shí)的重難點(diǎn)。其次，硝酸具有不穩(wěn)定性，見(jiàn)光易分解，而且硝酸具有揮發(fā)性。

(2)NH3·H2O

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：對(duì)比其他堿，NH3·H2O有哪些特殊性質(zhì)？

(3)銨鹽

四、遷移拓展，促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)

高中化學(xué)學(xué)習(xí)的非金屬元素及其化合物主要有硅元素、氯元素、硫元素、氮元素。其他三種元素的知識(shí)建構(gòu)方法與氮元素及其化合物相似，以化合價(jià)為中心，貫穿兩個(gè)觀(guān)念。在復(fù)習(xí)時(shí)注意運(yùn)用分類(lèi)觀(guān)，找出四種元素的相似性及特殊性。在高考題中，元素及其化合物知識(shí)通常與元素周期律相結(jié)合，通過(guò)典型例題的剖析，提升知識(shí)遷移并應(yīng)用的能力，反過(guò)來(lái)促進(jìn)知識(shí)的建構(gòu)，加深對(duì)知識(shí)的理解。以?xún)傻栏呖碱}為例，通過(guò)遷移應(yīng)用完善和深化知識(shí)構(gòu)建：

【例1】(2018·全國(guó)卷Ⅱ·10)W、X、Y和Z為原子序數(shù)依次增大的四種短周期元素。W與X可生成一種紅棕色有刺激性氣味的氣體；Y的周期數(shù)是族序數(shù)的3倍；Z原子最外層的電子數(shù)與W的電子總數(shù)相同。下列敘述正確的是

( )

A.X與其他三種元素均可形成兩種或兩種以上的二元化合物

B.Y與其他三種元素分別形成的化合物中只含有離子鍵

C.四種元素的簡(jiǎn)單離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)

D.W的氧化物對(duì)應(yīng)的水化物均為強(qiáng)酸

【答案】A

【解析】根據(jù)分析可知W、X、Y和Z分別是N、O、Na、Cl。O與N、Na、Cl三種元素均可形成兩種或兩種以上的二元化合物，例如NO、NO2、Na2O、Na2O2、Cl2O7、ClO2等，A正確；過(guò)氧化鈉中含有離子鍵和共價(jià)鍵，B錯(cuò)誤；N、O、Na三種元素的簡(jiǎn)單離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，均是10電子微粒，氯離子是18電子微粒，C錯(cuò)誤；亞硝酸為弱酸，D錯(cuò)誤。

【例2】(2019·全國(guó)卷Ⅱ·9)今年是門(mén)捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律150周年。下表是元素周期表的一部分，W、X、Y、Z為短周期主族元素，W與X的最高化合價(jià)之和為8。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

( )

A.原子半徑：W

B.常溫常壓下，Y單質(zhì)為固態(tài)

C.氣態(tài)氫化物熱穩(wěn)定性：Z

D.X的最高價(jià)氧化物的水化物是強(qiáng)堿

【答案】D

【解析】由“W與X的最高化合價(jià)之和為8”可知，W為N，X為Al，Y為Si，Z為P。原子半徑：N

此類(lèi)題的特點(diǎn)是將元素及其化合物與元素周期律相結(jié)合，綜合性較強(qiáng)，在復(fù)習(xí)的時(shí)候要注意二者之間的聯(lián)系，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)。借助元素周期律可以使元素及其化合物更有規(guī)律可循；根據(jù)元素周期表的遞變規(guī)律，使元素及其化合物性質(zhì)更容易理解和掌握。