元素及其化合物学习的方法指导

元素及其化合物的学习方法指导元素及其化合物的学习方法指导第4页共12页第3页共12页元素及其化合物的学习方法指导海南东坡学校陈芳华（单位：海南省儋州市海南东坡学校，地址：海南省儋州市中心大道30号，邮编：571700）[摘要]：元素及其化合物的知识是构成中学化学知识的基础和骨架。本文主要针对学生在学习元素及其化合物的过程中存在的问题，探讨出的一套“知识网络”的学习方法，是把元素及其化合物的知识点用线条连接起来，并逐渐扩大，构成了一个知识网络，使元素及其化合物的知识条理化、系统化，便于学生记忆和掌握。[关键词]：学习方法；元素；化合物在元素及其化合物的学习过程中，学生往往遇到很多困惑：一是元素及其化合物知识包含物质的性质、用途、制法、反应条件等各种知识点，繁复庞杂，记忆量大而且易混淆，学生在学习时什么都想记住，结果会因为抓不住重点，而什么都没记住；二是知识点零散而在应用时却思维跨度又较大，使学生在学习的时候往往会感到“碎、散、多、繁”，甚至有一打开课本就懂，一关上课本就忘，一做题就出错的情况，知识记忆和理论应用非常困难，而且不容易掌握重点难点。上述问题的主要原因是：学生通常会沿着初中化学的学习经验，用死记硬背的方式机械地积累知识，不会对知识进行科学的、系统地归纳和整理，不会通过有效的复习方法把各个零碎的知识点整合在一起，如果单纯的依靠机械记忆去死记硬背是很难凑效的，应利用存在的规律去指导对性质的理解从而加深记忆[1]，所以我们要找到一种方法，把具有联系的知识点连结起来，形成知识网络，从而达到便于理解、利于记忆[2]。化学是一门研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的基础自然学科。这里所说的物质就是元素及其化合物，这些物质的知识在工农业生产、国防、现在科学技术和日常生活中都有着广泛的应用，是学生关心和了解能源、环境、卫生健康等现代社会问题时必不可少的知识基础[3]。元素及其化合物的知识是中学化学基础知识的重要组成部分，是整个化学知识结构的基本要素，是其他各类化学知识构成的基础，它占的比重较大，在数量上约占整个教材的五分之三，在化学教学中具有十分重要的意义，这部分学习的好坏对整个中学化学的学习有着重大的影响[4]。学好元素及其化合物的知识，对加深理解和运用化学概念、理论、规律，正确的使用化学用语及进行化学实验和化学计算等有着极其重要的作用，所以充分重视元素及其化合物知识的学习是最重要的。基本概念和理论、化学实验、化学计算等其它知识的学习都离不开元素化合物的基础知识，所以说元素及其化合物知识是其它化学知识的主要载体。元素及其化合物的内容包括物质的性质、存在、制法、用途，其中最关键是性质，在教学中一般突出的重点是物质的性质，性质决定存在、制法跟用途，例如铁，铁的性质较活泼，所以铁在自然界中是以化合物的形式存在，日常生活中见到的通常也不是纯铁，铁的冶炼是在高温的条件下用还原剂还原铁的化合物，利用铁的导热性可以用做炊具。在教学中，元素的位置、结构和性质体现了“三角”关系，物质的结构突出物质的化学性质，例如，氨为极性分子，易形成氢键，因此氨易液化，也极易溶于水，氨分子中的氮有一孤对电子对，可以和其他有空轨道的原子或原子团形成配位键，因此氨可以和水、酸等发生反应。元素及其化合物的知识涉及的内容较多，知识面广，易懂难记，但物质的结构、性质、存在、制法以及用途等知识是有机地连在一起的，有系统、有组织的学习会更容易记忆与理解，因此，系统化是学习这部分的一个重要方法[3]。把新旧知识系统化，按知识点到知识线，以串联主线为基础，根据物质的各种化学性质，把元素及其化合物的知识点用线条连接起来，并逐渐扩大，构成了一个元素及其化合物的知识网络，这样可以“简约化”地、提纲挈领地了解各种重要物质的的主要知识，使元素及其化合物的知识条理化、系统化，突出基本结构，舍弃多余的枝蔓[3]。经过这样简约化的整理，变成了条理分明、有系统的知识，学生不仅可以简便、明确的掌握学习内容，还可以发挥迁移力，预测未知的事物，在学生的头脑中建立起元素化合物知识学习的方法与框架，使化学不再成为易学难记没有规律的学科[5]，特别是在阶段总结和复习的时候，不会出现机械重复的枯燥和效率低，使学生可以从不同的角度串联多方面的知识，改变只能被动获得知识地位，用新的刺激，帮组他们抓住重点和关键，得到新的收获。高一必修1的课本中，主要涉及到的元素及其化合物有硫及其化合物、氮及其化合物、氯及其化合物、硅及其化合物、铁及其化合物、钠及其氧化物、铝及刺激性气味、有毒的气体，密度比空气大，可溶于水，其水溶液称为氯水，难溶于饱和食盐水，收集氯气的方法即可用向上排空气法，也可用排饱和食盐水法。氯气是一种强氧化剂，能跟所有具有还原性的金属和某些非金属反应[15]。3.1氯气的化学性质①与H2的反应氯气与氢气在常温下反应是很缓慢的，但是遇到强光或是加热时，反应激烈，甚至是爆炸，Cl2+H2=2HCl。②与金属反应氯气能与几乎所有金属化合而生成金属氯化物，在300℃时跟金、铂也能化合，因为氯气具有强氧化性，一般金属在加热后放入氯气中就能使金属在氯气中燃烧，当氯气与变价金属直接化合时，一般都能形成该金属高价态的氯化物，如：Cu+Cl2=CuCl2③与非金属反应氯气能与多种非金属直接化合而生成非金属氯化物（碳除外），如：2P+3Cl2(不足量)=2PCl3（无色液体）。④与水反应氯气在水中可以部分发生歧化反应，反应慢，生成盐酸和次氯酸。Cl2+H2O↔HCl+HClO，次氯酸有很强的氧化性，因此次氯酸具有漂白、杀菌以及消毒作用[16]。⑤与碱反应在常温下，氯气与碱反应生成氯化物和次氯酸盐，2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。⑥与其他卤化物反应氯、溴、碘非金属性逐渐减弱，因此氯气能把溴、碘从它们的卤化物溶液或氢化物溶液中置换出来，Cl2+2Br-=2Cl-+Br2Cl2+2I-=2Cl-+I2。3.2氯气的制法①实验室制法实验室常用强氧化剂氧化浓盐酸来制取氯气，如MnO2,MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O。②工业制法电解食盐水或电解熔融的氯化物如CuCl2（熔融）=Cu+Cl2↑。3.3重要的化合物氯化氢是无色有刺激性气味的气体，极性分子，极易溶于水，干燥的氯化氢气体化学性质不活泼，只有在高温时才可以发生一些反应，主要表现还原性，不显酸性[17]，不导电，可由食盐和浓硫酸反应制得，常温下遇到氨气可形成白色的NH4Cl而生成白烟，这是氯化氢气体和氨气互相检验的常用方法。盐酸是氯化氢的水溶液，是均一状态的混合物，纯盐酸是无色的，具有腐蚀性和挥发性，盐酸是一种强酸，具有酸的通性，跟碱反应生成氯化盐，跟硝酸银溶液反应生成氯化银沉淀。氯化银是氯的一种盐，难溶于水，见光会分解成Cl2和Ag。SO2+H2OCuCl2H2SO4CH4，光 H2SCHCl3SCu,C2H4 KBr电解点燃ClCH2-CH2ClBr2 H2,点燃或光照PCl3,PCl5 Cl2 HClCl2+AgMnO2,△Ca(OH)2AgNO3光照NaOH浓Ca(ClO)2H2ONaOHH2SO4,AgClHCl电解饱和△NaClAgNO3O2CO2+H2OHClONaCl4硅及其化合物硅原子最外层有4个电子，电子构型为3S23P2，既不易失去也不易得到电子，主要形成四价化合物，常温下，硅的化学性质不活泼，除了氟气、氢氟酸或强碱外反应外，硅几乎不跟其他物质反应，如氯气、硫酸、硝酸等，但可在加热的条件下跟氧气或金属氧化物（如FeO）反应生成二氧化硅，硅和强碱溶液反应，放出氢气，和氢氟酸反应生成盐和水[18]。二氧化硅是硅的最重要化合物，其化学性质不活泼，不能与水反应，也不能与酸（氢氟酸除外）起反应，但能与碱性氧化物或强碱起反应生成盐；二氧化硅是一种酸性氧化物，但不能与水反应生成硅酸（H2SiO3）[19]，硅酸不可由二氧化硅直接制得，只有通过可溶性硅酸盐与酸反应制取，硅酸不能溶于水，是一种弱酸，其酸性比碳酸还弱。硅酸钠：硅酸钠是俗称的水玻璃，与盐酸或碳酸等酸反应生成硅酸，与氯化钙作用生成硅酸钙凝胶；硅酸钠是的化学性质比较稳定，只要避开二氧化碳等酸性气体就可稳定存在；硅酸钠可以用作玻璃、陶瓷之类的材料合成。Na2SiO3CaSiO3NaOH+H2ONa2CO3CaCO3CaOCa2+O2，FeOSiSiO2NaSiO3CF2HFHF△H+CO2+H2O-H2OSiF4H2SiO3H4SiO45铁及其化合物铁是第四周期、Ⅷ族过渡元素，纯铁为银白色金属，熔点高，有磁性，硬度大，可塑造性好，有良好的导热性和导电性。铁最外层有2个电子，化学反应中通常可以失去最外层的2个4S电子行成Fe2+，也可以再失去次外层1个3d电子形成Fe+3，铁是一种具有较强活泼性的金属，铁的常见化合价主要有+2、+3价，在加热的条件下可被非金属氧化，遇强氧化剂，可以生成Fe3+(如铁跟稀硝酸、热的浓硫酸等反应生成三价铁盐)，遇弱氧化剂可以生成Fe2+。铁在与一般的酸反应中显+2价，Fe+2H﹢=Fe2++H2↑，铁与强氧化性的酸（稀硝酸）反应中显+3价。铁的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4，氧化亚铁和氧化铁均为不溶于水的碱性氧化物，FeO为黑色，与氧气作用可生成Fe3O4，Fe3O4是具有磁性的蓝黑色晶体，不溶于水，Fe2O3为棕红色，是铁锈的主要成分，可用作红色涂料和制造铜盐的原料[20]。铁的氢氧化物有Fe(OH)2、Fe(OH)3两种，均为难溶于水的弱碱，Fe(OH)2为白色，Fe(OH)3为红褐色。Fe3+的检验：①加入KSCN溶液，成血红色溶液；②加入亚铁氰化钾有蓝色沉淀生成；③加入NaOH溶液，有红褐色沉淀生成。Fe2+的检验：①加入KSCN溶液，无血红色出现，再加入氯水，溶液出现血红色；②加入铁氰化钾，有蓝色沉淀生成；③加入NaOH溶液，有白色的絮状沉淀生成。Fe3O4O2O2C,Al,COH2OO2Fe2O3FeFeO紫色溶液Cl2,C,Si,AlHNO3H+,Cu2+,SKSCNFe、Cu、H2S、I-、SO2Fe3+Fe2+C6H5OHCl2,O2,Br2,HNO3,KMnO4OH-H+H+红色溶液O2+H2OFe(OH)3Fe(OH)2（红褐）灰绿(白)6钠及其化合物钠是重要的碱金属元素，最外层只有一个电子，易失去一个电子呈+1价，具有很强的还原性。可用电解熔融的NaCl制取钠单质，由于钠的活动性强，易于空气中的氧、水等作用，所以一般保存在煤油里与空气和水分隔开，钠与水反应时，反应激烈，生成氢氧化钠和氢气。常温下，钠与氧气反应时生成氧化钠，在加热的条件下与氧气反应生成的是过氧化钠[21]。钠的最重要化合物是NaOH，俗名又称烧碱、火碱、苛性钠，纯的无水氢氧化钠是白色半透明的结晶状固体。氢氧化钠极易溶于水，溶解时能放出大量的热量，溶液呈强碱性，具备碱的一切通性，它有很强的吸湿性，可用做碱性干燥剂。较浓的氢氧化钠溶液溅到皮肤上时，会腐蚀表皮，造成烧伤，所以在使用时要小心。在保存固体氢氧化钠时要注意把试剂瓶口封严，以防止暴露在空气中吸收水分潮解或与二氧化碳反应而变质。氢氧化钠可通过电解食盐溶液或通过碳酸钠与石灰乳反应制得。碳酸钠是一种强碱弱酸盐，易溶于水，溶于水后会发生水解反应，使溶液显碱性，具有一定的腐蚀性，能与酸进行中和反应，生成相应的盐并放出二氧化碳，高温条件下可分解成氧化钠和二氧化碳，长期暴露在空气中能吸收空气中的水分和二氧化碳，生成碳酸氢钠，并结成硬块，吸湿性很强，很容易结成硬块，在高温下也不分解，是重要的化工原料之一，常用于制化学品、清洗剂、洗涤剂、也用于照像术和制医药品等。Na2OH2OO2O2O2,△H2OCO2NaNa2O2NaOHNa2CO3(纯碱)Ca(OH)2H2O电解H2OCl2电解NaClC6H5ONa7铝及其化合物铝是第三周期ⅢA族元素，最外层有3个电子，结构为3S²3P¹，化学反应中已失去3个电子呈+3价，常温下，在潮湿的空气中，表面易生成致密的氧化膜从而保护里层的铝不被腐蚀，铝与酸反应生成铝盐和氢气，与强碱反应生成偏铝酸盐和氢气[22]，与冷的浓硫酸、浓硝酸钝化，因此可以铝罐盛装浓硝酸和浓硫酸；铝单质可跟Cl2、HCl、CuCl2等氯化物反应生成氯化铝。铝大量用于制造导线和合金[23]。氧化铝（Al2O3）是铝的重要化合物之一，纯的氧化铝是一种白色难溶于水、难熔化的粉末状固体，熔点高，可用做炼铝的材料。氧化铝是两性氧化物。可与酸反应偏铝酸盐，也可与碱反应铝盐。氢氧化铝（Al(OH)3）也是铝的重要化合物，是一难溶于水的白色固体，有吸附色素的能力，因此可用作脱色剂，其化学性质不稳定，在加热的条件下分解成氧化铝跟水。氢氧化铝是两性的氢氧化物，有酸性和碱性，与酸反应生成铝盐和水，与碱反应生成偏铝酸盐和水，可溶于强碱和碱性较强的溶液如Na2CO3等，但不溶于弱碱或碱性较弱的溶液（如氨水、NaHCO3溶液等），实验室可用铝盐跟弱酸反应制得氢氧化铝，氢氧化铝可用做胃药中和胃酸[24]。NaAlO2CO2+H2OHClNaOH+H2ONaOHNaOHAlCl3O2,Fe2O3△AlAl2O3Al(OH)3电解，冰晶石Cl2,HClHClNH3.H2O(H2O)HCl,NaOH（净水）CuCl2NaHCO3AlCl3NaAlO2KAl(SO4)2·12H2O8结论以上就是在实习过程中，总结出来的一套易懂易记的学习方法，即“知识网络”的学习方法，按单质→氢化物或氧化物→氢氧化物或酸→相应盐的顺序进行总结归纳[25]，构成的体系框架图。元素及其化合物的知识是中学化学基础知识的重要组成部分，是整个化学知识结构的基本要素，是其他各类化学知识构成的基础，其中最重要的是物质的性质，性质是研究物质的中心，物质的存在、制法和用途都与性质有关，所以在学习元素及其化合物的过程中，应该注重掌握学习性质的学习方法，认识物质要从它的性质开始去研究，用途和制法则围绕性质做介绍。把元素及其化合物的知识用知识框架图把它概括起来，新旧知识系统化，按知识点到知识线，以串联主线为基础，根据物质的各种化学性质，把元素及其化合物的知识点用线条连接起来，并逐渐扩大，构成了一个元素及其化合物的知识网络，这样可以“简约化”地、提纲挈领地了解各种重要物质的的主要知识，使元素及其化合物的知识条理化、系统化，突出基本结构，舍弃多余的枝蔓。经过这样简约化的整理，变成了条理分明、有系统的知识，使学生学习起来就不会感到“碎、散、多、繁”，反而会更好的掌握这方面的知识，为今后学习化学打下基础。参考文献[1]王建.结构与记忆—兼论化学学习方法[J].新疆师范大学报,2003,22(3):112-116.[2]钟宪新.浅谈中学化学学习方法[J].青海教育,2010,(8):72-75.[3]杨崇龙.中学化学教材分析[M].昆明:云南教育出版社,2000:156-177.[4]郭卓群.中学化学教学法[M].北京:教育科学出版社,1985:190-195.[5]崔子建.元素及其化合物知识的复习[J].化学教育,2002,(2):20-25.[6]化学课程教材研发中心编著.普通高中课程标准实验教科书—化学必修1[M].北京:人民教育出版社,2007.46