以“二氧化硫性质”为例的高中化学学科素养课堂设计探究

以“二氧化硫性质”为例的高中化学学科素养课堂设计探究

易华玉,张东贵 ,陈淑伟,罗元,董和均

泸州老窖天府中学 646000

摘要：本文以“二氧化硫性质”为例，引发学生认知冲突，通过SO2的价态—类别二维图及SO2的性质探究一体化实验设计进行教学设计，探究基于化学学科素养为本的课堂教学设计实践，实施“教、学、评”一体化教学。

关键词：核心素养；二氧化硫；教学设计

一、实施背景及教学设计

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中提及，需要教师结合真实情境的创设和实验探究活动，进行课堂教学的结构化设计，激发学生学习的兴趣及促进学生学习方式的改变，培养学生的创新精神和实践能力[1]。此外，引入情境的教学方式已经是教育领域落实核心素养和测评学科能力的重要手段和实现形式[2]。在学科素养为本的课堂教学实践与设计中融入情境教学和实验探究，加强师生之间的互动，学生与学生之间的交流，有利于真正做到师生互动、生生互动，不断完善知识结构。基于此，本文以“二氧化硫性质”为例，将化学学科核心素养融入到课堂探究过程中。教学设计流程如下：

图1. SO2的性质探究教学设计流程

二、课堂设计实例

   （一）SO2水溶性探究

[情境引入] 带领学生欣赏唐代王翰的《凉州词》“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催......”，并结合图片“葡萄酒的配料”，引出二氧化硫可以加入葡萄酒中。

[学生]“二氧化硫有毒，为何可以加入到葡萄酒中呢？”

[追问] SO2可溶于葡萄酒中，那它在水中的溶解性如何呢?

[实验] 向盛满SO2的矿泉水瓶中加入少量的水，并震荡。

[学生] 观察SO2的状态，颜色及总结实验现象。

[现象] 矿泉水瓶变瘪。

[微观探析结论] 矿泉水瓶变瘪，说明SO2溶于水，瓶内SO2分子数减少，瓶内压强小于大气压强。继续加入水，瓶子不会随着水量的增加继续变瘪，说明SO2在水中的溶解具有一定的限度。

（二）、SO2主要化学性质探究

[问题情境]  通过上述实验，请大家思考：SO2仅仅是溶于水吗？还是和水发生了化学反应？二氧化硫有哪些化学性质呢？请大家根据构建价态—类别二维图（价—类二维图）进行分析。

[学生] 小组讨论并构建硫元素的价—类二维图（见图2），推测含硫物质之间的相互转化。

图2. SO2的价态—类别二维图及物质之间的转化

[预测] SO2中硫元素化合价为+4，既可以升高，又可以降低，预测二氧化硫的化学性质：同时具有氧化性与还原性。

[探究] 为了探究二氧化硫的相关化学性质，现在为大家准备了如下的仪器和药品。

仪器：铁架台、分液漏斗、圆底烧瓶、导管若干、硬质玻璃管、球形干燥管、脱脂棉等；

药品：70%的浓硫酸、Na2SO3固体、品红溶液、紫色石蕊试液、硫化钠（Na2S）溶液、酸性高锰酸钾（KMnO4）溶液、氢氧化钠（NaOH）溶液、酚酞等。请大家选择合适的仪器和药品，组装一套绿色环保的一体化的实验装置，进行二氧化硫的化学性质的探究。

[学生] 思考并分组讨论，进行实验装置的设计与方案的评价，小组汇报实验设计方案，见图3。

图3. SO2的性质探究一体化实验设计装置图

[实验] 连接好装置，进行气密性检查；在硬质玻璃管中依次装入蘸有品红溶液、紫色石蕊试液、Na2S溶液、酸性KMnO4溶液和滴有酚酞的NaOH溶液的脱脂棉；打开分液漏斗活塞，将70%的浓硫酸注入圆底烧瓶中，观察硬质玻璃管中的实验现象。最后用NaOH溶液进行尾气处理。

[现象] 随着浓硫酸的滴入，圆底烧瓶中产生气泡，气体通过硬质玻璃管，并与硬质玻璃管中的物质反应，观察到品红溶液褪色，紫色石蕊试液变红，蘸有硫化钠溶液的脱脂棉上有淡黄色物质生成，酸性KMnO4溶液褪色、滴有酚酞的NaOH溶液也褪色。见图4。

          通入SO2之前                           通入SO2之后

图4. 将SO2通过硬质玻璃管中不同脱脂棉的实验现象变化

[问题] 请根据实验现象及SO2的价态—类别二维图，分析产生对应实验现象的本质原因，尝试写出对应的化学方程式？

[学生] 思考并书写相关化学方程式：

      ①Na2SO3+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2↑+H2O

      ②SO2+H2O=H2SO3

③3SO2+2Na2S=2Na2SO3+3S↓

      ④5SO2+2KMnO4+2H2O=2K2SO4+2MnSO4+H2SO4

⑤SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

[追问] 结合实验现象及写出的反应原理，你能否总结出二氧化硫的化学性质？

[学生] 二氧化硫具有的化学性质：

     ②⑤说明二氧化硫为酸性氧化物；

     ③说明二氧化硫具有氧化性；

     ④说明二氧化硫具有还原性

    [追问] 二氧化硫使品红溶液褪色，体现了二氧化硫的什么性质呢？

    [阅读] 引导学生阅读教材第90页。

    [学生] 二氧化硫具有漂白性。

    [问题] 二氧化硫具有漂白性，常用于漂白纸张，草帽等，但是一段时间后，漂白后的纸张或草帽会变黄，这说明了什么？

[学生] 二氧化硫的漂白性具有暂时性的特点。

[问题] 你能否进行实验验证说明呢？请同学们思考，在刚完成的二氧化硫性质一体化实验中，品红溶液褪色了，若我们对它进行加热，又会有什么现象发生呢？

[实验] 用酒精灯对褪色后的品红加热，观察实验现象。

[现象] 品红恢复红色。

[追问] 请同学们再次对已经变红的紫色石蕊、褪色的酸性高锰酸钾（KMnO4）溶液以及已经褪色的滴有酚酞的NaOH溶液的脱脂棉分别进行加热，观察实验现象。

[现象] 变红的紫色石蕊、褪色的酸性高锰酸钾（KMnO4）溶液以及已经褪色的滴有酚酞的NaOH溶液的脱脂棉均不变色。见图5。

图4. 对硬质玻璃管中已变色脱脂棉进行加热后的实验现象

[追问] 你能由此得出什么结论呢？

    [学生] 二氧化硫使品红为暂时性漂白，且褪色的原理和SO2使酸性高锰酸钾，滴有酚酞的氢氧化钠褪色的原理不同。

[追问] 由此实验，我们已经总结出了二氧化硫的主要化学性质，请同学们观看《葡萄酒中添加二氧化硫是干嘛的》视频，思考，为何葡萄酒成分中有二氧化硫呢？它在葡萄酒中的作用体现了二氧化硫的什么化学性质？

[学生] 观看视频并总结：二氧化硫起抗氧化的作用，体现了SO2的还原性。

[总结] SO2存在于葡萄酒中，若适量能杀死杂菌，防止酒液老化；若过量会使人急性中毒，甚至破坏肝脏。因此，我们得认识事物的两面性。

三、设计反思

基于学科素养的课堂设计与教学需要有效的情境引入，有趣的实验探究及活跃的师生互动，可以最大限度地提高学生的学习兴趣。此外，通过实验方案的讨论与设计，强化学生学科思维培养，提高学生分析问题与解决问题的能力。

参考文献

[1]. 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订）[S].北京:人民教育出版社,2020.

[2]. 单旭峰.基于高考评价体系的化学科考试内容改革实施路径[J].中国考试,2019(12):45-52.