用分类观导引研究化合物背景下的问题导学法应用

时间：2022-02-27 理论教育版权反馈

【摘要】：化合物根据其物质的组成元素不同，将进一步划分为氧化物、酸、碱、盐等。在已知的化合物中，绝大部分化合物并不存在金属元素，而是全部由非金属元素组成。水分子对离子化合物的这种破坏作用，犹如洪水冲刷堤坝而使堤坝倒塌的作用。化合物在水溶液或熔融状态下解离成自由移动的离子的过程称为电离。

【教材分析】

在初中阶段，学生已经知道酸、碱、盐、氧化物是最常见的无机化合物，有机物和无机物是化合物的两种重要类别。进入高中后，不仅要求学生通过组成和性质对化合物进行必要的分类，还需要从其他视角进行分类，如离子化合物和共价化合物、电解质和非电解质、强电解质和弱电解质等。因此，在进行高中化学教学时，应注意初高中知识间的衔接，为进一步学习物质的分类搭建桥梁。

【基础回顾】

我们知道，由两种或两种以上元素组成的纯净物称为化合物。化合物根据其物质的组成元素不同，将进一步划分为氧化物、酸、碱、盐等。其中酸是指在水溶液中电离产生的阳离子全部是H＋的化合物，能够与金属、碱性氧化物、碱、某些盐发生反应；碱是指在水溶液中电离产生的阴离子全部是OH－的化合物，它能够与酸、酸性氧化物、某些盐反应；盐在水中能产生金属阳离子（或铵根离子）和酸根离子，酸、碱、盐在工农业生产和日常生活中的广泛应用，促进了人类文明的进步和社会的可持续发展。

地球上的含碳化合物非常多，人们习惯上将含碳的化合物称为有机化合物，如淀粉、酒精、蔗糖等。对于不含碳的化合物，我们把它称为无机化合物，如H2O、Cu SO4、KCl O3等。我们熟悉的CO、CO2、H2CO3、Ca CO3等少数含碳化合物，由于它们的组成和性质与无机化合物很相似，人们就将它们归入无机化合物来研究。

【衔接教学】

1.离子化合物和共价化合物

我们知道活泼金属（如K、Ca、Na、Mg等）的原子结构最外层电子数较少，一般少于4个，与其他元素化合时，容易失去最外层电子而形成8电子相对稳定构型的阳离子；而活泼非金属（如F、O、Cl等）的原子结构最外层电子数较多，一般多于4个，容易得到电子而形成8电子稳定结构的阴离子。因此，当活泼金属与活泼非金属化合时，活泼金属原子失去最外层上的电子形成阳离子，活泼非金属原子结合电子形成阴离子，阴、阳离子间通过静电作用而形成稳定的化合物，我们把这种由阴、阳离子构成的化合物称为离子化合物。

除活泼金属与活泼非金属会形成离子化合物外，带正电荷的原子团（如铵根）与带负电荷的酸根离子（如）也会形成离子化合物。大部分碱和盐、活泼金属氧化物等都是离子化合物。在固体状态下，阴、阳离子间因为有较强的静电作用，所以这些离子均不能自由移动。

在已知的化合物中，绝大部分化合物并不存在金属元素，而是全部由非金属元素组成。当非金属元素与非金属元素相化合时，彼此都有得到电子达到稳定结构的倾向，都不容易失电子，也就不可能形成阴、阳离子，于是它们通过共用电子对的方式形成化合物，这类化合物一般被称为共价化合物，如HCl、H2O、CH4、CO2、HCl O（次氯酸）、C2H5OH（乙醇）等。一般来说，酸、非金属氧化物、绝大多数有机物等都属于共价化合物。共价化合物大都是由分子构成的，如HCl、HCl O，也有极少部分是由原子构成的，如石英（Si O2）、金刚砂（Si C）。

思考与交流

1.非金属元素形成的化合物一定是共价化合物吗？

2.下列物质中，哪些是离子化合物，哪些是共价化合物？

氯化氢（HCl）、硝酸钠（Na NO3）、氢氧化钾（KOH）、葡萄糖（C6H12O6）、硫酸（H2SO4）、氯化铵（NH4Cl）、二氧化碳（CO2）、碳酸钙（Ca CO3）、氨气（NH3）、生石灰（Ca O）。

《义务教育教科书化学》下册第十单元课题1“酸和碱”内容的编排体系为：生活常识（引入）—酸碱指示剂实验—酸和碱（性质分类）—常见酸与碱的性质与用途—相似性质—溶液导电性实验（解释），其编写方式体现了从具体到一般的认知规律。其中，溶液导电性实验的目的是为了解释为什么盐酸、硫酸等酸会有一些相似的化学性质，而氢氧化钠、氢氧化钙等碱也有一些相似的化学性质。实验结论是在前面所述物质的溶液中存在带电的粒子，如HCl在水中会解离出H+和Cl-，Na OH会解离出Na+和OH-。因为酸在水溶液中能解离出H+和酸根离子，即在不同的酸溶液中都含有相同的H+，所以酸有一些相似的性质。同样，得出不同的碱溶液中都含有相同的OH-，所以碱也有一些相似的性质。在初中，酸、碱并没有给出明确的定义，更没有出现电离、电解质、非电解质等较难理解的概念，但也已经为离子反应埋下了伏笔，思考比较深入的学生会在潜意识里留下这方面知识的问号，只要高一化学教师适时对其激发，学生会很快找到知识的衔接点。

有了初中知识的铺垫，高中化学必修1第二章第二节“离子反应”介绍氯化钠、硝酸钾、氢氧化钠等固体分别加热至熔化后能导电，就比较顺利地引出了电解质的概念。然后，通过多媒体动画介绍氯化钠在水中的溶解和电离，引出电离方程式的书写（对比其与化学方程式的不同），以及经过练习得出盐酸、硫酸、硝酸三种酸的电离方程式，然后从电离的角度得出酸的定义。接着在“思考与交流”的活动中，引导学生得出碱和盐的定义和表示的意义。巩固了电解质、非电解质、电离、溶液导电的原因、电离方程式等知识内容后，便可顺理成章地转到电解质在溶液中所起的反应实质上是离子之间的反应的讨论中，结论的获得是通过学生分组实验：NaCl溶液和CuSO4溶液混合、BaCl2溶液和CuSO4溶液混合、Na2CO3溶液和稀盐酸混合，并通过对这些实验的分析引出离子方程式的定义和书写步骤。然后通过两组四个离子方程式的书写得出离子反应的概念。

离子化合物在固态时，其内部的阴、阳离子不能自由移动。对于那些易溶于水的离子化合物，溶于水形成溶液时，在水分子的作用下，才能解离成自由移动的离子。水分子对离子化合物的这种破坏作用，犹如洪水冲刷堤坝而使堤坝倒塌的作用。此外，离子化合物在熔融状态下也能电离产生自由移动的离子，工业上常利用这一性质用电解氯化钠制备金属钠、电解熔融的三氧化二铝制备金属铝等。

思考与交流

食盐是一种典型的离子化合物，设计简单实验证明在食盐固体中的离子不能自由移动，而在食盐水溶液中的离子可以自由移动。

提示：可在家中选用电池、铅笔芯、贺卡中的发光二极管和导线等设计实验。

大部分共价化合物在水中和熔融状态都不能被离解为自由移动的离子，只有极少部分的共价化合物可以在水中被离解为自由移动的阴、阳离子，如HCl分子可被水分子“拆散”为H＋和Cl－，H2SO4分子可被水分子“拆散”为H＋和。

2.电离。

化合物在水溶液或熔融状态下解离成自由移动的离子的过程称为电离。离子化合物既可以在水中发生电离，也可以在熔融状态下发生电离；共价化合物中一般只有酸分子可以直接在水中发生电离。碱和盐既可在水中，也可在熔融状态下发生电离。电离过程可用电离方程式表示，如不写明条件一般就是指在水中发生电离。

H2SO4=== 2H＋＋

NaOH=== Na＋＋OH－

NaCl=== Na＋＋Cl－

思考与交流

判断下列化合物是否可以发生电离，如果能够电离，则用电离方程式表示电离过程。

氯化氢、氢氧化钡、氢氧化钾、硫酸钠、碳酸钠、二氧化碳、一氧化碳、乙醇、葡萄糖。

3.电解质和非电解质。

通常情况下，我们把能发生电离的化合物称为电解质，不能发生电离的化合物称为非电解质。酸、碱、盐和金属氧化物属于电解质，而非金属氧化物、大部分有机物属于非电解质。

蔗糖、酒精、一氧化碳等化合物，无论是在水溶液中还是在熔融状态下均以分子形式存在，因而不能导电；酸、碱、盐和金属氧化物可以在水中或熔融状态下发生电离，可以导电。习惯上，在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物叫作电解质；在水溶液和熔融状态下都不能导电的化合物叫作非电解质。

正确地分析和判断物质在水溶液中能否发生电离、电离生成哪些离子，有助于研究物质在水溶液中发生的化学反应。

思考与交流

1.金属铜能导电，那么铜是不是电解质？

2.请用干电池、铅笔芯、音乐贺卡中的发光二极管及导线等，设计实验证明食盐、醋酸是电解质，而蔗糖是非电解质。

3.下列物质中，哪些是电解质，哪些是非电解质？

氯化氢（HCl）、硝酸铵（NH4NO3）、氢氧化钡［Ba（OH）2］、葡萄糖（C6H12O6）、硫酸（H2SO4）、氯化钡（Ba Cl2）、碳酸钙（Ca CO3）、三氧化二铝（Al2O3）、二氧化碳（CO2）、明矾［KAl（SO4）2·12H2O］（一种可溶性盐）。

4.到目前为止，你能从哪些角度对化合物进行分类？

4.强电解质和弱电解质。

图3-1 溶液导电性实验

演示如图3-1所示实验，实验表明：连接盐酸溶液、Na OH溶液、Na Cl溶液的灯泡很明亮，而连接CH3COOH溶液、氨水的灯泡相对较暗。灯泡的明暗程度说明溶液中存在的离子浓度有差异。灯泡较亮的，说明溶液中的离子浓度较大，化合物在水中解离成离子的程度较大。大量的精确实验表明：HCl、Na OH、Na Cl等化合物在水中几乎完全电离，溶质以离子形式存在；而CH3COOH、NH3· H2O等在水中部分电离，溶质以分子和离子的形式存在，以分子为主。通常我们把在水中完全电离成离子的电解质称为强电解质，其电离方程式用“===== ”连接；在水中部分电离的电解质称为弱电解质，其电离方程式用“”连接。强电解质和弱电解质的区别如表3-1所示。