元素化合物学习模型的教学初探

颜标峰

（江西师范大学附属中学 江西南昌 330046）

摘要：元素化合物知识在知识分类上属于陈述性知识或事实性知识，在中学化学知识中约占比60%，繁多而杂乱的元素化学是重要的知识分化点。基于此问题，作者在微观层面上尝试建立了一些元素化学知识学习和体验的模型，并付诸于教学实际，取得了一定成效。

关键词：元素化合物；学习模型；案例

元素化合物知识是构成中学化学知识的骨架，有人将其称为“真正意义上的化学”［1］。元素化合物知识在高中阶段是重要的知识分化点，分化原因主要是元素化合物呈现的知识庞杂琐碎，需要记忆的内容较多，且容易混淆。笔者在元素化合物教学过程中发现，看似章法甚少的元素化学蕴含着丰富的物质研究范式和知识学习模型。现将一些具体模型案例分享。

一、金属单质的学习与“水氧模型”

金属是人类发展进程中一种极其重要的材料，人类的发展史就是一部金属的应用史，金属的重要性毋庸置疑。地球是一个“水球”，也是一个“氧球”，暴露在空气中的金属易被水及氧气侵蚀。为了更好地防止金属材料的侵蚀，研究金属与水、金属与氧气反应的必要性不言而喻，这也正是“水氧模型”在金属单质学习中的现实意义。

图1 水氧模型

“水氧模型”，顾名思义，就是指与水，与氧气反应的范式。人教版教材中，选取研究的代表金属单质为钠、镁、铝、铁，笔者将教材中体现这些金属单质“水氧模型”的相关内容在下表中予以呈现。

表1 一些金属单质“水氧模型”相关内容

金属单质1 2 3 4钠镁铝铁模型内容钠与水的反应；钠在空气中露置；钠在空气中加热镁与热水的反应；镁条打磨；镁条燃烧铝与热水的反应；铝片打磨；加热铝箔铁与水蒸气的反应模型呈现形式演示实验、化学方程式演示实验、化学方程式演示实验、化学方程式探究实验、化学方程式

从列表中不难看出，四种代表物无一例外地融合了“水氧模型”，当然，不同金属单质的“水氧模型”渲染程度不同。

在教材中，钠的“水氧模型”是体现得最直接的，钠与水的实验、钠与氧气的实验占据了很大篇幅；镁与水的反应出现在必修二的元素周期律一节中，镁条燃烧则以一张图片的形式予以回顾；铝与水的反应也出现在元素周期律一节中，铝箔的加热是演示实验；铁与水蒸气的反应作为探究实验出现，铁与氧气的反应初中阶段已重点研究，故高中教材内并未重现。

值得一提的是，“水氧模型”不仅体现了金属单质性质的相似，也体现了金属单质性质的递变，具有重要的学科价值。

二、金属化合物的学习与“关键化合物模型”

教材选取的金属元素承载着展现金属不同特征的教学任务。人教版教材中选取研究的金属分别是钠、铝、铁。钠作为活泼金属代表，铝作为两性金属代表，铁作为变价金属代表。钠的氧化物中存在过氧化物的事实，能很好地体现钠的活泼；偏铝酸钠的相关内容则彰显了铝的两性；铁盐和亚铁盐的相互转化，无疑是铁的变价的重要载体。

图2 关键化合物模型

表2 一些金属“关键化合物模型”相关内容

金属特征关键化合物1 2 3钠铝铁活泼过氧化钠两性偏铝酸钠变价铁盐和亚铁盐关键化合物的研究内容过氧化钠的生成,过氧化钠与水、二氧化碳的反应偏铝酸钠的生成,偏铝酸钠与酸的反应铁盐和亚铁盐的生成,铁盐与亚铁盐的相互转化

“关键化合物模型”在一定程度上聚焦了研究要点，有利于对金属化合物的特性进行系统研究。学习者在体验“关键化合物模型”时，能较好地深化对金属特征的认识，甚至可依据“关键化合物模型”预测其他金属的特征。

表3 根据“关键化合物模型”预测其他金属特征

金属1 2 3 4钾镁锌铜关键化合物超氧化钾氮化镁偏锌酸钠氧化亚铜特征预测钾:活泼镁:活泼锌:两性铜:变价

三、非金属化合物的学习与“类价物模型”

“类价物模型”中有三个关键字需要作解释：类，基于物质分类的类别通性；价，基于氧化还原的价态通性；物，基于具体情况具体分析这一哲学思想的物质特性。

图3 类价物模型

非金属元素的价态众多，非金属化合物的类别多样，相较于更为单纯的金属化合物，非金属化合物利用“类价物模型”构建知识体系显得更有必要。人教版教材中，选取的代表非金属元素有硅、氯、硫、氮，这些核心元素对应的代表化合物有二氧化硅、次氯酸、二氧化硫、浓硫酸、氨气、硝酸，笔者将教材中体现这些物质“类价物模型”的相关内容整理如下表。

表4 非金属化合物类价物模型相关内容

1 2 3 4 5 6非金属化合物二氧化硅次氯酸二氧化硫浓硫酸氨气硝酸类别通性弱酸性（硅酸）弱酸性弱酸性（亚硫酸）强酸性弱碱性（氨水）强酸性价态通性氧化性强氧化性弱氧化性、强还原性强氧化性弱还原性强氧化性物质特性与氢氟酸反应不稳定性暂时漂白性吸水性、脱水性极强水溶性不稳定性

表5 非金属化合物类别通性相关内容

1 2 3 4 5 6非金属化合物二氧化硅次氯酸二氧化硫浓硫酸氨气硝酸类别通性弱酸性（硅酸）弱酸性弱酸性（亚硫酸）强酸性弱碱性（氨水）强酸性具体内容与碱、碱性氧化物反应强酸制弱酸（碳酸制次氯酸）与水、碱、碱性氧化物反应与铜反应与水、酸、酸性气体反应与铜反应

表6 非金属化合物价态通性相关内容

非金属化合物二氧化硅次氯酸1 2 3 4 5 6价态通性氧化性强氧化性二氧化硫浓硫酸氨气硝酸弱氧化性、强还原性强氧化性弱还原性强氧化性具体内容与碳反应漂白性与硫化氢反应,与氧气反应与铜、碳反应与氧气反应与铜反应

“类价物”模型中，类别通性和价态通性在应用过程中，可逐步由理解层次提升到预测层次：由物质类别预测典型的反应（大部分为酸碱中和反应）；由核心元素价态预测典型的反应，当然，这个过程中需要利用到常见氧化剂和还原剂作为素材铺垫。

“类价物”模型中，物质特性几乎没有规律可言，需要做格外的突破。教材中利用了不同策略化解物质特性这一易混点。

表7 教材中突破物质特性策略

12 3 4 5 6非金属化合物二氧化硅次氯酸二氧化硫浓硫酸氨气硝酸物质特性与氢氟酸反应不稳定性暂时漂白性吸水性、脱水性极强水溶性不稳定性突破策略（教材素材）生活应用:刻蚀玻璃直接给出演示实验:品红加入二氧化硫水溶液演示实验:黑面包实验演示实验:喷泉实验样品展示

教师在突破物质特性这一易混点时，可融合更加多样的素材。笔者在实际教学过程中，尝试了以下的突破策略，取得了不错的成效。

表8 实践中突破策略

物质特性与氢氟酸反应不稳定性浓硫酸二氧化硫1 2 3 4 5 6非金属化合物二氧化硅次氯酸氨气硝酸暂时漂白性吸水性、脱水性极强水溶性不稳定性突破策略（开发素材）课外活动:刻蚀玻璃化学史料:含氯漂白剂的发展史视频实验:硫磺熏纸工艺演示实验:浓硫酸与五水硫酸铜混合演示实验:塑料瓶极速变瘪说文解字:“肖”,同“消”

参考文献

［1］ 姜言霞，王磊，支瑶.元素化合物知识的教学价值分析及教学策略研究［J］.课程·教材·教法，2012（9）：106-112