“硫住好丰光”：硫及其化合物的一轮复习

摘要

以“硫及其化合物”为复习主题，结合“硫肥”这一真实情境，设计了一堂高三一轮复习课例。课例通过“认识硫对水稻的影响”“追踪硫酸盐型硫肥”“探究硫黄型硫肥”“解密硫代硫酸盐型硫肥”共4个环节，将硫及其化合物的知识应用于实际问题的解决之中。课例创新性地将“硫肥”情境与“价-类”二维图相结合，引导学生从物质类别和化合价角度探究含硫物质的转化规律，同时以实验驱动认知发展，有效培养了学生在陌生情境中解决实际问题的能力。

Graphical abstract

关键词

硫肥 / 硫及其化合物转化 / “价-类”二维图 / 核心素养 / 一轮复习

硫及其化合物是元素化合物知识体系的核心组成部分，是建构元素观、变化观和化学价值观的关键教学内容之一，对发展“变化观念和平衡思想”“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养有重要价值。《普通高中化学课程标准（2017年版）》对硫元素的学业要求为：“能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测硫及其化合物的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，能分析、解释相关实验现象。”^［1］

高三学生有一定的元素化合物知识储备，已能熟练运用重要元素的“价-类”二维图，但他们仍缺少在陌生情境中综合运用物质结构和化学反应原理知识处理实际问题的能力。在高三一轮复习中，应融合物质结构和化学反应原理，创设陌生情境，从物质类别和化合价角度，对硫及其化合物进行系统复习，促进学生在知识上向关联化、思路上向结构化和观念上向核心化方向发展。以“硫及其化合物”“高三一轮”为关键词检索知网，发现相关复习教学设计数量众多。代表性课例包括唐云波^［2］采取了从“知识本位”走向“素养为重”的元素化合物教学设计；曾文锋^［3］提出了引导建构、注重融合、贯穿评价的复习教学设计；朱成东等^［4］从三维视角认识元素化合物开展单元教学设计；刘婷^［5］则基于“价-类”二维图的认知模型，开展高三元素化合物复习的结构化教学设计。笔者设计的课例吸收已有课例优点并进行了一定程度的创新，以期达到一轮复习的全面化、系统化和结构化的目的。

1 创新之处

1.1 情境创设：突破常规，赋予硫元素正面形象

在复习硫及其化合物这一主题时，传统教学多围绕脱硫情境展开，而笔者的课例突破常规，巧妙选取硫肥作为主题情境，并精心设计“认识硫元素对水稻的作用”“追踪硫酸盐型硫肥”“探究硫黄型硫肥”“解密硫代硫酸盐型硫肥”等4个环环相扣的教学环节。这一创新情境打破了二氧化硫是污染物的认知定式，赋予硫元素正面形象，拉近化学与日常生活的距离，极大地增强了课堂的趣味性，有效提升了复习效率。

1.2 核心聚焦：以硫元素统摄，建构知识网络

传统教学设计常以二氧化硫为单一主线，聚焦其性质应用。笔者的课例则以硫元素为核心，基于物质类别与化合价变化规律，系统梳理含硫物质的转化关系，凸显元素化合物知识的内在关联，助力学生建构完整的元素化合物知识网络。在教学过程中，通过对比分析、模型建构等策略，引导学生关注微粒结构、反应物浓度、环境因素对物质性质的影响，培养学生从多角度分析问题的能力，提高知识迁移与陌生情境下解决问题的能力。

1.3 实验驱动：以探究激活认知，强化深度学习

传统复习课堂常陷入“教师讲解+学生刷题”的模式，学生动手实践机会匮乏，对知识的感知较为间接。在笔者设计的课例中，三大教学环节均嵌入实验：通过实验现象引发认知冲突；以实验验证预测的现象，深化规律理解；用实验探究串联知识网络。实验不仅成为驱动学生认知发展的引擎，更充分发挥了实验的教学价值——既增进学生对含硫化合物本质的深度理解，又通过动手操作调整课堂节奏，吸引学生注意力，提高复习效率。

2 教学目标

（1） 借助硫元素“价-类”二维图，选取硫酸盐型、硫黄型、硫代硫酸盐型等3种典型硫肥为载体，引导学生从化合价和物质类别视角深度探究物质的性质与转化，促进知识的结构化；同时，通过设计提供新信息的任务，锤炼学生提取有效信息的能力，进而提升其运用化学知识解决真实情境问题的水平。

（2） 通过探讨硫酸根离子、硫代硫酸根离子及浓硫酸中硫氧键的结构，建构“结构决定性质”的认知模式；通过剖析水稻硫化氢中毒机理，促进元素化合物知识与化学反应原理的深度融合。在提高知识结构化水平的同时，有效培养学生迁移应用知识解决陌生情境问题的能力。

（3） 通过剖析硫元素对水稻生长的作用，凸显硫元素的实用价值；通过将化学知识与农业生产实际相结合，激发学生的学习兴趣、提升知识应用能力，并深化其对“化学服务于生活”的理解，从而切实体验化学学科的独特魅力与社会价值。

3 教学流程

教学流程如表1所示。该设计以“价-类”二维图为认知线索，串联硫酸盐、硫黄及硫代硫酸盐3种硫肥的探究，通过“认识—追踪—探究—解密”4个环节逐层深入，实现元素化合物知识与反应原理的深度融合。

4 教学实录

4.1 认识硫元素对水稻的影响

【情境】通过PPT，呈现中国的稻作文化，并阐释硫元素对水稻生长的影响。

【讲解】硫元素在水稻生长和代谢过程中具有重要的生理作用，缺硫不但影响水稻产量，也会影响水稻质量^［6］。二氧化硫是大气污染物之一，过量的二氧化硫会对水稻生长造成危害。然而，水稻叶片可以吸收少量二氧化硫作为硫元素的补充来源。随着环保措施的加强，大气中的二氧化硫浓度已显著降低。

【学习任务】结合硫元素“价-类”二维图，思考治理二氧化硫的思路；分析治理之后的含硫产物，并在“价-类”二维图中标出相应的转化。

【学生回答】因为+4价硫有还原性，所以可以用氧化剂将二氧化硫转化为硫酸盐；+4价硫有氧化性，可以与硫化氢反应生成硫单质；二氧化硫是酸性氧化物，可用碱液吸收二氧化硫转化为亚硫酸盐。

【情境】水稻主要通过根系吸收硫酸根离子来获取硫元素^［7］。

【学习任务】结合“价-类”二维图，分析硫酸根性质；结合事实说明水溶液中硫酸根氧化性的强弱，回忆+6价硫以什么微粒形式存在时有强氧化性，其得电子的产物是什么。

【学生回答】在硫酸根中，硫显+6价，处于硫元素的最高价态，有氧化性；在水溶液中，硫酸根几乎不变价，故氧化性不强；+6价硫以浓硫酸形式存在时有强氧化性，易得电子生成二氧化硫。

【情境】浓硫酸主要以硫酸分子的形式存在，硫酸是不对称分子。浓硫酸分子的球棍模型如图1所示。

【问题】硫酸根空间的结构是怎样的？从结构角度思考：在水溶液中，为什么硫酸根的氧化性弱而不易得到电子，但硫酸分子为什么容易得到电子？

【学生回答】硫酸根是正四面体结构，很稳定，中心原子硫原子不容易得到电子；硫酸分子为不对称分子，结构相对而言不稳定。

【教师总结】结构决定性质。微粒的氧化还原性不仅取决于价态，更与其存在形式和结构密切相关。在硫酸分子中，由于H⁺半径极小、电荷密度极高，对羟基氧产生强烈极化，导致O-H键电子云严重偏移，削弱了羟基氧的电子密度。这使得S-O（H）键结合力减弱，+6价S更易获得电子被还原，从而解释了浓硫酸的强氧化性来源。

4.2 追踪硫酸盐型硫肥

【情境】展示一束干水稻。水稻是我国最主要的粮食作物，对缺硫较为敏感，故对硫肥的需求量不小^［8］。目前，全国许多地区已通过增施硫肥来达到增产效果^［9-12］。在硫肥中，以可溶性硫酸盐居多，但过多的硫酸盐可能导致水稻硫化氢中毒。水稻发生硫化氢中毒时，根系生长发育受阻，严重时会导致根腐病（或根系腐烂）。

【学生任务】设计探究任务如下：①写出硫酸根离子在微生物作用下的电化学腐蚀反应式，分析硫化氢的生成机理；②基于硫元素价态转化的原理，设计缓解水稻硫化氢中毒的方案，并指明治理后含硫产物的价态与类别；③在“价-类”二维图中标出上述转化的路径。

【学生回答】①电极反应式为：SO₄^2-+10H⁺+8e^-＝H₂S+4H₂O。②治理方案与产物分析：酸碱中和法——基于硫化氢的酸性，可向稻田施加生石灰（CaO）等碱性物质，将其转化为硫化物（如CaS）；氧化还原法——利用-2价硫的还原性，加入适量氧化剂（如Fe³⁺、O₂），将硫化氢转化为硫单质（S）或硫酸盐。③在“价-类”二维图中，硫元素从-2价的H₂S（氢化物类）转化为-2价的硫化物（盐类）或0价的单质硫。

【教师总结】“价-类”二维图是我们学习元素化合物的重要工具，在学习中遇到陌生物质时，可以借助“价-类”二维图去探究其性质和反应。

【情境】化学试剂法在治理水稻硫化氢中毒中发挥着关键作用。通过投加特定药剂调节土壤微环境，可有效降低硫化氢的生物毒性。常用措施包括：①施用石灰（CaO）中和土壤酸性，提高pH，促使H₂S转化为HS⁻/S²⁻（已知常温下次级电离常数K_a₂≈10⁻¹³，表明碱性条件下有利于S²⁻生成）；②投加铁盐、锰盐等，利用其与硫离子生成极难溶硫化物（如FeS、MnS）的原理，将有毒的H₂S转化为无毒或低毒的沉淀物，从而显著减轻对水稻根系的毒害。

【学习任务】①常温下，计算中性溶液中H₂S与HS^-浓度关系；②在用铁盐治理水稻硫化氢中毒时，是直接将铁盐加入稻田中，还是碱化后再加入？结合问题完成实验记录表。

【实验记录】用铁盐处理含硫废水的实验记录表，见表2。

【问题】根据上述实验现象，可以得出哪些结论？在利用铁盐治理水稻硫化氢中毒时，铁盐应直接加入还是碱化后加入？

【学生回答】三氯化铁溶液与硫化钠溶液的反应，既有双水解反应，也有氧化还原反应，且用量不同产物也不同。铁离子与硫离子反应，因为双水解导致有硫化氢产生，所以铁盐不宜在碱化后加入，而应直接加入，以免加剧硫化氢的释放。

【教师总结】实验证实，药剂投加量是决定反应路径与产物的关键因素。过量使用不仅可能破坏土壤微环境、抑制作物生长，甚至会导致铁离子富集等二次污染。因此，在以铁盐法治理硫化氢中毒时，必须严格把控施用量与施用方式，在确保除硫效果的同时，最大限度规避潜在风险。

【学习任务】分析可溶性硫酸盐的优点和不足。

【学生回答】施用可溶性硫酸盐肥料的优点在于能快速补充硫营养；但其主要不足是，在淹水条件下，过量的硫酸盐易还原为硫化氢，从而导致水稻中毒。

4.3 探究硫黄型硫肥

【情境】硫黄在土壤中氧化缓慢，常作为水稻的缓释基肥供应整个生长季节。相较于其他速效硫肥，其在土壤中转化为硫化氢的风险较低，故用于水稻田较为安全。研究表明，施用硫肥对水稻增产作用明显，其中硫黄的增产效果最佳^［13］。为节约资源并保护环境，工业上常采用克劳斯（Claus）法从含H₂S的烟气中回收硫黄：将一部分含H₂S的烟气在空气中燃烧，使生成的SO₂与剩余烟气中的H₂S混合，冷却后即可回收得到硫黄。

【学习任务】根据上述信息，写出克劳斯法制硫过程中生成硫单质的化学方程式，并指出该反应属于硫元素的哪一种氧化还原反应类型（如归中、歧化等）。

【学生回答】\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}+\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}\stackrel{\mathrm{\Delta }}{̿}\mathrm{3}\mathrm{S}+\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}，硫元素的归中反应。

【实验探究】一定浓度的硫化钠溶液与亚硫酸钠溶液混合是否能发生归中反应产生硫单质，猜想原因可能是什么？如何验证你的猜想？

【学生活动】无沉淀产生，加入稀盐酸或者稀硫酸会有硫单质生成。

【教师演示实验】一定浓度的硫化钠溶液与亚硫酸钠混合，无明显现象；加入稀盐酸，有沉淀产生。

【教师总结】物质的氧化还原性强弱，不仅与元素所处的价态有关，还会受到溶液酸碱性的显著影响。因此，我们可以通过调节溶液的pH，来选择性地驱动或抑制特定的氧化还原反应。

【情境】缓释硫黄肥经土壤中硫化细菌的氧化作用转化为硫酸根离子（SO₄^2-）。该过程导致土壤pH下降，因而可用于改良盐碱地。请据此写出上述转化的离子方程式，并分析缓释硫黄肥的优缺点。

【学生回答】离子方程式为：2S+3O₂+2H₂O=2SO₄^2-+4H⁺。硫黄型硫肥的优点：能够缓慢反应且长期有效，提供硫肥，不易导致硫化氢中毒；不足：依赖土壤中微生物的种类和数量，且过量使用可能导致土壤酸化。

4.4 解密硫代硫酸盐型硫肥

【情境】目前，常见的硫肥根据其溶解性可分为：易溶性硫肥（如硫酸铵、硫酸钾）、微溶性硫肥（如硫酸钙）以及不溶性硫肥（如硫黄）。此外，还有以溶液形式存在的液态硫肥，例如硫代硫酸铵溶液^［14］。

【学习任务】S₂O₃^2-是SO₄^2-中的一个氧原子被硫原子取代后形成的，硫代硫酸根结构如图2所示。分析硫代硫酸根结构、硫元素的化合价；从物质类别和化合价角度，分析硫代硫酸钠的化学性质，预测S₂O₃^2-与稀硫酸反应后的含硫产物。

【学生回答】硫代硫酸根是一个四面体的结构，稳定性没有硫酸根强。从物质类别的角度可知，硫代硫酸钠属于强碱弱酸盐，其水溶液有碱性。中心硫原子的化合价为+6价，而与之相邻的另一个硫原子的化合价则为-2价，平均价态是+2价，从化合价角度看其有氧化性和还原性；+2价硫与氢离子反应可能会发生歧化反应，因此S₂O₃^2-与稀硫酸反应后，含硫产物是硫单质和二氧化硫，以及没有变价的硫酸根。

【学生实验】将自封袋中滴管内的硫代硫酸钠溶液与稀硫酸挤出并混合（图3），观察溶液中和封口处pH试纸颜色的变化。实验内容见表3。

【情境】硫代硫酸铵在酸性土壤中会发生歧化反应，生成硫单质和硫酸铵。此外，硫代硫酸根离子还具有一定的光化学性质：在光激发下，它可以形成多种含硫自由基阴离子，如SO₃•⁻、SO₂•⁻和S₂O₃•⁻等。请结合硫代硫酸根离子的这些性质，分析硫代硫酸盐型硫肥的优缺点。

【学生回答】为便于对比分析，现将硫酸盐型、硫黄型、硫代硫酸盐型硫肥的优缺点汇总于表4。

【教师总结】该节课以“硫住好丰光”的硫肥为真实情境，聚焦硫元素核心，系统建构了含硫化合物的转化关系。通过分析价态变化与微粒结构、环境酸碱度的关联，我们深刻体会到物质氧化还原性质的复杂性。希望大家能将这种“价-类”二维的视角内化于心，在未来的学习中，当面对陌生物质与反应时，也能从容地进行类比迁移与预测分析。

5 教学反思

5.1 以趣味情境激活复习内驱力

传统硫及其化合物复习多围绕“脱硫”等工业场景展开，笔者的课例突破常规，选取较少被关注的“硫肥”作为真实情境——课堂上实物展示干水稻样本，将抽象的硫元素与具体的农业生产需求紧密关联，瞬间拉近了化学与生活的距离。针对硫化物与氯化铁的反应，课堂未预设滴加顺序，而是给予学生自主选择的空间，引导其观察“先加硫化物”或“先加氯化铁”两种操作下现象的差异，并深入分析其背后的反应本质——这种充满不确定性的探究设计，如同“知识盲盒”，有效激发了学生的好奇心与深层思考。更具创新性的是，课堂采用微型化、绿色化的自封袋实验装置，让学生亲手操作并体验硫元素的歧化反应。教学实践充分证明，以硫肥为载体的趣味化设计，不仅为高中化学复习课提供了情境创新的新思路，更让知识在生动体验中自然内化，显著提升了复习效率。

5.2 以模块融合促进观念建构

元素化合物的一轮复习，不是简单知识点的堆砌，而是要在回顾已有知识的基础上进行整合提升，并初步实现与化学反应原理“物质结构与性质”等模块的融合。笔者的课例以“价-类”二维图为工具，系统梳理了含硫化合物的转化路径，帮助学生在直观表征中唤醒零散知识，建构结构化的知识网络；通过探究实验，引导学生观察微粒种类、浓度、酸碱度对反应的影响，自然衔接元素知识与化学反应原理，深化“条件影响性质”的核心观念。此外，课堂聚焦硫酸根、硫酸分子、硫代硫酸根离子的结构分析，通过对比电荷分布等微观特征，引导学生归纳“结构决定性质”的普适性规律，推动元素知识与物质结构认知的深度融合。这种多维度的融合设计，不仅强化了对化学原理的理解深度，更在团队协作、问题解决与知识迁移中，培育了学生将理论应用于实际的综合素养。

5.3 以任务驱动培育化学思维品质

笔者的课例以解决真实性问题为核心，通过“生成性问题”的动态应对，充分体现了化学学科的应用价值。课堂围绕“硫肥改良”主线，从“快速补充硫元素的硫酸盐型硫肥”切入，引出其过量使用可能导致水稻硫化氢中毒的局限性，进而提出“缓释型硫黄肥”的改进方向，最终聚焦“既能快速补硫，又能长效供硫”的硫代硫酸盐型硫肥。三个环节环环相扣、层层递进，构建起“问题链—任务群”的探究框架。在学习“有用”的硫转化过程中，学生深刻体会到化学对生产生活的实际贡献；而在利用“价-类”二维图分析“有理”的硫转化时，学生需要综合物质类别、化合价变化等信息，系统梳理转化规律，从而建构起结构化的知识网络，真正实现了从“解题”向“解决问题”的思维进阶与能力跃升。这一过程不仅强化了“价-类”二维分析方法的运用，更在逻辑推理、证据关联中培育了“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”等核心化学素养，促使学生跳出碎片化记忆的窠臼，建构起基于微粒观和转化观的元素化合物认知模型，真正实现了知识内化与思维提升的双重目标。

参考文献

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