发展核心素养下的高三主题式复习教学设计
张仿刚 朱思光 盛连蔚
摘要：以“氧化还原反应”主题复习为课例，从“宏观、微观、符号”三重表征入手，注重化学大概念统领，渗透分类观念和学科应用价值，完成“实验—理论—建模—应用”证据推理和模型认知，发展化学学科素养。
关键词：主题式复习；“宏微符”三重表征；证据推理与模型认知；化学学科核心素养
文章编号：1008-0546（2018）11-0063-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.021
主题式复习是在确定的主题下将化学知识与技能进行梳理、整合，构建整体思维模式，突出学生主体并发挥其个性和创造性，内化知识体系，强化STSE（科学·技术·社会·环境）实践应用。本文以盛连蔚老师在聊城市冠县“送教支教”活动中执教的“氧化还原反应”课例为原型二次设计，注重复习的知识建构和拓展升华，强化证据推理和模型认知，渗透分类观念和学科应用价值，体现绿色化学理念，发展化学学科素养，培养学生的关键能力和正确的价值观念，以期为广大教师提供参考。
一、设计理念
氧化还原反应是高中化学课程的核心概念，它不仅是一种十分重要的化学反应类型，而且在科技生产生活等各个方面具有广泛应用，具有重要的学科价值、社会价值和较为丰富的化学学科核心素养发展价值 [1]。本课例基于发展化学学科素养进行整合设计，围绕趣味实验作为研究线索，按照学生的认知进阶（物质水平、元素水平、微粒水平）逐步探究揭示氧化还原反应的本质，注重认识思路的结构化和理论的拓展应用，引导学生从宏观现象（化学变化）与微观本质（质变——电子转移、量变——化合价升降或电子转移总数相等）、符号表征（化学方程式、双线桥法、单线桥法）等“宏微符”三重表征逐步建构氧化还原反应理论模型，从理论支持到“同时不同地”的电子转移实验完成证据推理，从生活常识到燃料电池的绿色应用，全方位地帮助学生形成认识化学反应的微观视角、归纳建构氧化还原反应的规律方法，培养学生科学探究思维，增强学生关注科技、保护环境的社会责任感。
二、教学过程
1.引入实验
[演示实验]首先请同学们欣赏大象牙膏实验——2009年度美国《连线》公布的十个最令人惊讶的化学实验之一。向锥形瓶中依次加入适量家用洗洁精做发泡剂、KI晶体和10%家用双氧水，实验效果快速明显。你能从哪些角度来表述这一实验？
[生]从反应现象、反应物与产物、微观粒子模型、电子式、热化学方程式等多角度进行表述，老师注意提供相应资料或图片支持，见表1。
[师总结]从宏观实验现象入手，在分子、原子、离子层面上解释和认识化学反应实质的模型，最终通过元素、化学式和化学方程式等符号语言将宏观物质和微观反应建立起有机联系，这是化学学科特有的思维方式，即“宏微符”三重表征 [4]。这是研究分析化学问题的一般方法。
[师]你能按照不同的标准对双氧水分解反应进行分类吗？
[生]从物质种类的变化角度分析它属于分解反应，从能量变化的角度分析它属于放热反应，从化合价角度分析它属于氧化还原反应。
[师]可见分析一个问题可以有多种角度，今天我们就从多角度研究氧化还原反应。
【设计意图】打破高三复习单一传统的自主梳理，由实验导入增加学生的复习兴趣，从“宏微符”三重表征认识化学反应，并基于合理假设探究验证产物，利于学生形成科学探究的意识、多角度分析化学反应的思维方法、发展“宏观辨识和微观探析”核心素养，为本节课从多角度认识氧化还原反应搭建思维模型，同时为下一步的应用拓展作为主体研究线索。
2.模型构建
[师]请以双氧水分解反应为例，从化合价的角度概括氧化反应和还原反应的概念，并分析化合价升降变化的关系。
[生]物质所含元素化合价升高的反应称为氧化反应，物质所含元素化合價降低的反应称为还原反应；反应中化合价升降变化总数相等。
[师]初中教材把得氧的反应叫做氧化反应、把失氧的反应叫做还原反应，通过高中学习我们发现这种理论是狭隘的，该反应既属于氧化反应又属于还原反应，那么这种现象是偶然、普遍还是必然呢？（根据已有知识学生回答是必然。）科学家们通过大量的实验验证和理论分析，得出是必然的，从而得出氧化还原反应理论模型的第1个结论：
结论1：氧化反应（升价过程）和还原反应（降价过程）总是存在于同一反应过程中，我们将这类反应称为氧化还原反应（简称有升必有降）。
[结论1应用训练]
（1）向含有酚酞的水中加入钠块，根据溶液变红、放出气体的反应现象，小明认为气体可能是氧气或氢气，需逐一验证；小红则认为必为氢气。你认为谁的说法合理？
（2）有人对Mg（NO3）2固体分解的产物进行预测，其中一定不正确的是（ ）
A.MgO、NO2、NO B.MgO、NO2、O2
C.MgO、NO2、N2 D.Mg（NO2）2、O2
[生]根据结论1有升必有降判断：（1）题溶液变红生成了NaOH，Na的化合价升高，如果再生成的气体为氧气，则O的化合价也升高，没有化合价降低的元素，因此生成的气体必为氢气，小红的说法合理；同理（2）题一定不正确的是A、C。教师总结氧化还原反应理论可以成功预测产物，为科学研究指明方向，这体现出科学理论对科研、生产的指导意义。
[师]请根据中文语法分析“氢气还原氧化铜”的反应，氧化铜和氢气分别发生了还原反应和氧化反应，在反应中各自充当氧化剂和还原剂，得到的铜与水分别为还原产物和氧化产物。在双氧水分解的反应中氧化剂是H2O2和还原剂是H2O2，氧化产物和还原产物分别是O2和H2O，请同学们牢记“氢气还原氧化铜”这个概念模型，从而厘清氧化还原反应中的几对概念。
[生]建构知识体系如图1，得出氧化还原反应理论模型的第2个结论。
结论2：氧化还原反应中所含元素化合价升高（失电子）的反应物称为还原剂，还原剂具有还原性，反应中被氧化，得到的产物为氧化产物；所含元素化合价降低（得电子）的反应物称为氧化剂，氧化剂具有氧化性，反应中被还原，得到的产物为还原产物（简称氧剂得还产）。
[结论2应用训练]
（1）有人认为大象牙膏实验中实际上发生了3个反应 [5]，请判断双氧水是否均作氧化剂。
（2）①月饼盒中的小包装袋内通常放有生石灰和细铁粉，两者的作用分别是什么？
②如何运用氧化还原反应原理对汽车尾气中的主要成分NOx进行无害化处理？
[生]（1）三个反应均为氧化还原反应（教师提醒三个反应中H2O2分别做氧化剂、氧化剂、还原剂，而②③合并起来即双氧水分解碘作催化剂，总反应中双氧水既是氧化剂也是还原剂，表明一种物质可以有多重性质，要具体情况具体分析；同时反应①、③无法从化合、分解、置换、复分解四大反应类型分类，表明初中所学按物质种类对化学反应分类的方法是有局限性的，人们对科学的认识是逐渐发展完善的）。（2）①生石灰作干燥剂，细铁粉作还原剂（脱氧剂）。Fe与月饼盒中的氧气反应从而防止月饼被氧化。②在催化剂条件下，用氨气还原NOx得到无污染的氮气。
[总结]可见氧化还原反应在生活中有广泛的应用，化学无所不在。展示教材内容“在中学化学中，常用作氧化剂的物质有O2、Cl2、浓硫酸、HNO3、KMnO4、FeCl3等；常用作还原剂的物质有活泼的金属单质如Al、Zn、Fe，以及C、H2、CO等” [6]。
[师]请用双线桥法和单线桥法表示铁置换铜的反应，注意改写成离子方程式并分析其实质。
[生]铁原子失去的电子给了铜离子，见图2。
[师]说明氧化还原反应中元素化合价的变化是电子转移的体现，化合价升降总数相等或电子转移总数相等是氧化还原反应配平计算的主要依据，得出氧化还原反应理论模型的第3个结论：
结论3：氧化还原反应中化合价的变化（升、降）是电子转移（失、得）的必然结果，即电子转移是氧化还原反应的本质；每转移（失、得）1个电子，化合价变化（升、降）数为1；在一个氧化还原反应中，化合价升降总数相等或电子转移总数相等（简称升降必守恒）。
[结论3应用训练]
（1）请你配平大象牙膏实验中实际发生的3个反应，并用单线桥和双线桥表示。
①写出O2将Mn2+氧化成MnO（OH）2的离子方程式；
②取加过一定量CaO2·8H2O的池塘水样100.00mL，按上述方法测定水中溶解氧量，消耗0.0100mol·L-1Na2S2O3标准溶液13.50mL，计算该水样中的溶解氧（用mg·L-1表示）。
[师]解答略。学生配平后，老师总结配平方法：标好价、列变化、求总数、配系数、细检查，注意先配化合价变化的物质，再配化合价不变的物质。
【设计意图】从双氧水分解反应中抽取出氧化还原反应的基本概念、本质特征、基本规律深化理论结构认知，围绕大象牙膏实验涉及的三个反应和生活中的具体应用实例进行拓展应用，用双线桥法和单线桥法规范学科语言表达，以任务驱动增强学生学以致用的意识，利于学生从纷繁复杂的诸多概念中抓住牛鼻子，建立氧化还原反应理论模型。
3.应用实践
[师]理论上分析氧化还原反应中存在电子转移，怎样提供证据来证实存在电子转移呢？科学家往往借助于物理方法，请同学们以铁置换硫酸铜的反应为例进行实验设计证明存在电子转移。
[生]设计成原电池如图3，观察电流表指针有偏转，证明有电子转移，并写出各电极反应式。
[师]该反应中铁把电子传递给铜离子，设计原理是将氧化还原反应拆成两个半反应，让它们“同时不同地”地进行，通过电流表指针的偏转体现电子的转移，从而實现化学能转变成电能，这也是原电池的基本原理。但某些反应中，化合价的变化并不是电子直接传递，而由原子间形成的共用电子对发生偏离或偏向导致的，如氢气与氧气的燃烧反应，电子对偏向氧原子，导致氧显负价、氢显正价，那么这样的反应又该如何证明有电子转移呢？
[生]将该反应设计成燃料电池。教师展示氢氧燃料电池提供电能的汽车图片和某种氢氧燃料电池工作原理示意图（如图4），提醒学生思考它的优点（生成水无污染，绿色环保；相对燃烧散热多，电池能量转化率高；气体燃料与电池装置隔绝，放电控制自由，稳定安全等）。
[师总结]对于一个自发进行的反应，无论是哪种形式的电子转移我们都可以通过设计成原电池来验证，并利用该原理为人类提供电能，让生活更美好，这就是氧化还原反应理论的应用实践。当然也可将不能自发进行的氧化还原反应设计成电解池，从而将电能转化为化学能。
结论4：利用氧化还原反应设计成电化学装置可实现能量转化：化学能转变为电能（原电池）或电能转化为化学能（电解池）。
[结论4应用训练]（2009年福建高考11题）控制适合的条件，将反应2Fe3++2I-?2Fe2++I2设计成如图5所示的原电池。下列判断不正确的是（ ）
A.反应开始时乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时甲中石墨电极上Fe3+被还原
C.电流计读数为零时反应达到化学平衡状态
D.电流计读数为零后在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极
[生]选D。乙中I-失去电子放电，发生氧化反应，A正确；由总反应方程式知，Fe3+被还原成Fe2+，B正确；当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，C正确。加入Fe2+，导致平衡逆向移动，则Fe2+失去电子生成Fe3+，作为负极，D错误。教师总结氧化还原反应的应用非常广泛，也可以作为化学平衡状态的重要判据。
【设计意图】运用物理方法设计建模，“建立观点、结论和证据之间的逻辑关系，通过分析、推理认识研究氧化还原反应的本质特征 [4]，”完成证据推理，培养学生的科学探究素养。同时将氧化还原反应和电化学、平衡等知识建立有机联系，培养学生的变化观念和平衡思想。让学生充分感受到高中化学知识是系统的、理论是相互关联而不是孤立存在的，并完善了氧化还原反应最广泛的电化学应用，丰富了学生的STSE实践，树立绿色化学观念。
4.创新拓展
[师]古代湿法冶铜常用CuSO4+Fe=FeSO4+Cu，请思考该反应之所以能发生的原因。
[生]在金属活动性顺序表中：Fe>Cu；从氧化还原反应角度分析，Fe为还原剂，Cu为还原产物，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，即Fe的还原性比Cu强，说明它更容易失电子。
[师]对比两种角度分析，金属活动性顺序表实际上就是金属的还原性顺序，同样非金属单质的活泼性与非金属单质的氧化性也是一致的，如卤素单质的氧化性（活泼性）：Cl2>Br2>I2。
结论5：不同物质的还原性（氧化性）强弱是可以比较的，一般来说，氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性、还原剂的还原性大于还原产物的还原性；可以利用还原性（氧化性）较强的物质制备还原性（氧化性）较弱的物质。
[结论5应用训练]
（1）大象牙膏实验中的第1个反应说明H2O2、I2氧化性的强弱顺序是什么？
（2）月饼盒的小包装内装铁粉，为何不装铜粉？
（3）查阅资料显示，氢气与氧化铁能发生置换反应。你对金属活动性顺序表有什么新认识？
（4）你能设计实验证明二氧化硫的还原性强于碘离子吗？
（5）在实验室中制取少量氯气可利用以下两个反应，对比你可以得到什么结论？
[生]（1）氧化性从强到弱的顺序为H2O2、I2。
（2）铁比铜活泼，还原性强、脱氧效果好；同时铜的价格高。
（3）氢气在高温下能还原氧化铁，可由热力学知识解释 [8]（△G=△H-T△S），高温下△G<0能够自发进行。可见任何规律都有一定的适用范围，金属活动性顺序表适用于溶液中的置换反应，是在水溶液中不同金属的活泼性顺序，而在高温条件下就不能用这一顺序预测反应或解释现象。
（4）将二氧化硫通入到含有淀粉的碘水中，若溶液蓝色褪去即可证明二氧化硫的还原性强于碘离子。
（5）说明氧化性KMnO4>MnO2>Cl2（教师提醒还可以通过反应条件比较氧化性、还原性的强弱）。
【设计意图】通过湿法冶铜自然归纳出比较氧化性、还原性强弱的规律方法，将初中所学金属活动顺序表进行关联升华，使学生认识氧化还原反应的构成要素及其相互联系，并能运用氧化还原反应理论模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律，培养“模型认知”的核心素养，加强知识应用，创新拓展氧化还原反应理论体系。
三、课例总结
高三主题式复习需对教材内容进行大胆整合，从发展学生核心素养出发，抓住知识、能力和应用的关键节点。本课例按照学习进阶顺序，由简到繁、由易到难、逐步探究出氧化还原反应的5大结论（前3个结论为知识技能层面、第4个结论为应用实践层面、第5个结论为学科价值层面）；联系STSE挖掘理论应用，强化深度学习，及时应用训练；渗透化学分类观和学科应用价值，从不同视角认识氧化还原反应理论，运用对立统一思想和定性定量结合的方式揭示出氧化还原反应的特征和规律。课堂教学由“知识为本”转变为“素养为本”，通过学生科学探究、证据推理和模型认知，体会氧化还原反应在解释或预测物质性质和变化方面的重要作用，尝试解决“分析月饼盒包装袋中物质的作用、處理汽车尾气”等系列真实问题，体会化学科学巨大应用价值，增强社会责任感，树立学好化学造福人类的信念。
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）[M].北京：人民教育出版社，2018
[2] 视觉中国.大象牙膏[EB/OL].https：//www.vcg.com/creative/816566552，2018-04-24
[3] 武汉大学，吉林大学等.无机化学下册[M].北京：高等教育出版社，2011：595
[4] 刘四方.基于学科思想方法的命题与教学反思——以初中学业考试化学试题为例[J].化学教育（中英文），2018，39（5）：6-13
[5] 魔方格.试题专页[EB/OL].http：//m.mofangge.com/html/qDetail/05/g0/201312/3nysg005208626，2018-04-27html？from=Singlemessage，2018-04-27
[6] 人民教育出版社课程教材研究所等.普通高中课程标准实验教科书：化学1必修[M].北京：人民教育出版社，2012：37
[7] 百度百科.氢氧燃料电池[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/%E6%B0%A2%E6%B0%A7%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/10309734？fr=aladdin，2018-04-27
[8] 百度知道.为什么说能氢气还原氧化铁[EB/OL].https：//zhidao.baidu.com/question/151264011.html，2018-04-27
摘要：以“氧化还原反应”主题复习为课例，从“宏观、微观、符号”三重表征入手，注重化学大概念统领，渗透分类观念和学科应用价值，完成“实验—理论—建模—应用”证据推理和模型认知，发展化学学科素养。
关键词：主题式复习；“宏微符”三重表征；证据推理与模型认知；化学学科核心素养
文章编号：1008-0546（2018）11-0063-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.021
主题式复习是在确定的主题下将化学知识与技能进行梳理、整合，构建整体思维模式，突出学生主体并发挥其个性和创造性，内化知识体系，强化STSE（科学·技术·社会·环境）实践应用。本文以盛连蔚老师在聊城市冠县“送教支教”活动中执教的“氧化还原反应”课例为原型二次设计，注重复习的知识建构和拓展升华，强化证据推理和模型认知，渗透分类观念和学科应用价值，体现绿色化学理念，发展化学学科素养，培养学生的关键能力和正确的价值观念，以期为广大教师提供参考。
一、设计理念
氧化还原反应是高中化学课程的核心概念，它不仅是一种十分重要的化学反应类型，而且在科技生产生活等各个方面具有广泛应用，具有重要的学科价值、社会价值和较为丰富的化学学科核心素养发展价值 [1]。本课例基于发展化学学科素养进行整合设计，围绕趣味实验作为研究线索，按照学生的认知进阶（物质水平、元素水平、微粒水平）逐步探究揭示氧化还原反应的本质，注重认识思路的结构化和理论的拓展应用，引导学生从宏观现象（化学变化）与微观本质（质变——电子转移、量变——化合价升降或电子转移总数相等）、符号表征（化学方程式、双线桥法、单线桥法）等“宏微符”三重表征逐步建构氧化还原反应理论模型，从理论支持到“同时不同地”的电子转移实验完成证据推理，从生活常识到燃料电池的绿色应用，全方位地帮助学生形成认识化学反应的微观视角、归纳建构氧化还原反应的规律方法，培养学生科学探究思维，增强学生关注科技、保护环境的社会责任感。
二、教学过程
1.引入实验
[演示实验]首先请同学们欣赏大象牙膏实验——2009年度美国《连线》公布的十个最令人惊讶的化学实验之一。向锥形瓶中依次加入适量家用洗洁精做发泡剂、KI晶体和10%家用双氧水，实验效果快速明显。你能从哪些角度来表述这一实验？
[生]从反应现象、反应物与产物、微观粒子模型、电子式、热化学方程式等多角度进行表述，老师注意提供相应资料或图片支持，见表1。
[师总结]从宏观实验现象入手，在分子、原子、离子层面上解释和认识化学反应实质的模型，最终通过元素、化学式和化学方程式等符号语言将宏观物质和微观反应建立起有机联系，这是化学学科特有的思维方式，即“宏微符”三重表征 [4]。这是研究分析化学问题的一般方法。
[师]你能按照不同的标准对双氧水分解反应进行分类吗？
[生]从物质种类的变化角度分析它属于分解反应，从能量变化的角度分析它属于放热反应，从化合价角度分析它属于氧化还原反应。
[师]可见分析一个问题可以有多种角度，今天我们就从多角度研究氧化还原反应。
【设计意图】打破高三复习单一传统的自主梳理，由实验导入增加学生的复习兴趣，从“宏微符”三重表征认识化学反应，并基于合理假设探究验证产物，利于学生形成科学探究的意识、多角度分析化学反应的思维方法、发展“宏观辨识和微观探析”核心素养，为本节课从多角度认识氧化还原反应搭建思维模型，同时为下一步的应用拓展作为主体研究线索。
2.模型构建
[师]请以双氧水分解反应为例，从化合价的角度概括氧化反应和还原反应的概念，并分析化合价升降变化的关系。
[生]物质所含元素化合价升高的反应称为氧化反应，物质所含元素化合價降低的反应称为还原反应；反应中化合价升降变化总数相等。
[师]初中教材把得氧的反应叫做氧化反应、把失氧的反应叫做还原反应，通过高中学习我们发现这种理论是狭隘的，该反应既属于氧化反应又属于还原反应，那么这种现象是偶然、普遍还是必然呢？（根据已有知识学生回答是必然。）科学家们通过大量的实验验证和理论分析，得出是必然的，从而得出氧化还原反应理论模型的第1个结论：
结论1：氧化反应（升价过程）和还原反应（降价过程）总是存在于同一反应过程中，我们将这类反应称为氧化还原反应（简称有升必有降）。
[结论1应用训练]
（1）向含有酚酞的水中加入钠块，根据溶液变红、放出气体的反应现象，小明认为气体可能是氧气或氢气，需逐一验证；小红则认为必为氢气。你认为谁的说法合理？
（2）有人对Mg（NO3）2固体分解的产物进行预测，其中一定不正确的是（ ）
A.MgO、NO2、NO B.MgO、NO2、O2
C.MgO、NO2、N2 D.Mg（NO2）2、O2
[生]根据结论1有升必有降判断：（1）题溶液变红生成了NaOH，Na的化合价升高，如果再生成的气体为氧气，则O的化合价也升高，没有化合价降低的元素，因此生成的气体必为氢气，小红的说法合理；同理（2）题一定不正确的是A、C。教师总结氧化还原反应理论可以成功预测产物，为科学研究指明方向，这体现出科学理论对科研、生产的指导意义。
[师]请根据中文语法分析“氢气还原氧化铜”的反应，氧化铜和氢气分别发生了还原反应和氧化反应，在反应中各自充当氧化剂和还原剂，得到的铜与水分别为还原产物和氧化产物。在双氧水分解的反应中氧化剂是H2O2和还原剂是H2O2，氧化产物和还原产物分别是O2和H2O，请同学们牢记“氢气还原氧化铜”这个概念模型，从而厘清氧化还原反应中的几对概念。
[生]建构知识体系如图1，得出氧化还原反应理论模型的第2个结论。
结论2：氧化还原反应中所含元素化合价升高（失电子）的反应物称为还原剂，还原剂具有还原性，反应中被氧化，得到的产物为氧化产物；所含元素化合价降低（得电子）的反应物称为氧化剂，氧化剂具有氧化性，反应中被还原，得到的产物为还原产物（简称氧剂得还产）。
[结论2应用训练]
（1）有人认为大象牙膏实验中实际上发生了3个反应 [5]，请判断双氧水是否均作氧化剂。
（2）①月饼盒中的小包装袋内通常放有生石灰和细铁粉，两者的作用分别是什么？
②如何运用氧化还原反应原理对汽车尾气中的主要成分NOx进行无害化处理？
[生]（1）三个反应均为氧化还原反应（教师提醒三个反应中H2O2分别做氧化剂、氧化剂、还原剂，而②③合并起来即双氧水分解碘作催化剂，总反应中双氧水既是氧化剂也是还原剂，表明一种物质可以有多重性质，要具体情况具体分析；同时反应①、③无法从化合、分解、置换、复分解四大反应类型分类，表明初中所学按物质种类对化学反应分类的方法是有局限性的，人们对科学的认识是逐渐发展完善的）。（2）①生石灰作干燥剂，细铁粉作还原剂（脱氧剂）。Fe与月饼盒中的氧气反应从而防止月饼被氧化。②在催化剂条件下，用氨气还原NOx得到无污染的氮气。
[总结]可见氧化还原反应在生活中有广泛的应用，化学无所不在。展示教材内容“在中学化学中，常用作氧化剂的物质有O2、Cl2、浓硫酸、HNO3、KMnO4、FeCl3等；常用作还原剂的物质有活泼的金属单质如Al、Zn、Fe，以及C、H2、CO等” [6]。
[师]请用双线桥法和单线桥法表示铁置换铜的反应，注意改写成离子方程式并分析其实质。
[生]铁原子失去的电子给了铜离子，见图2。
[师]说明氧化还原反应中元素化合价的变化是电子转移的体现，化合价升降总数相等或电子转移总数相等是氧化还原反应配平计算的主要依据，得出氧化还原反应理论模型的第3个结论：
结论3：氧化还原反应中化合价的变化（升、降）是电子转移（失、得）的必然结果，即电子转移是氧化还原反应的本质；每转移（失、得）1个电子，化合价变化（升、降）数为1；在一个氧化还原反应中，化合价升降总数相等或电子转移总数相等（简称升降必守恒）。
[结论3应用训练]
（1）请你配平大象牙膏实验中实际发生的3个反应，并用单线桥和双线桥表示。
①写出O2将Mn2+氧化成MnO（OH）2的离子方程式；
②取加过一定量CaO2·8H2O的池塘水样100.00mL，按上述方法测定水中溶解氧量，消耗0.0100mol·L-1Na2S2O3标准溶液13.50mL，计算该水样中的溶解氧（用mg·L-1表示）。
[师]解答略。学生配平后，老师总结配平方法：标好价、列变化、求总数、配系数、细检查，注意先配化合价变化的物质，再配化合价不变的物质。
【设计意图】从双氧水分解反应中抽取出氧化还原反应的基本概念、本质特征、基本规律深化理论结构认知，围绕大象牙膏实验涉及的三个反应和生活中的具体应用实例进行拓展应用，用双线桥法和单线桥法规范学科语言表达，以任务驱动增强学生学以致用的意识，利于学生从纷繁复杂的诸多概念中抓住牛鼻子，建立氧化还原反应理论模型。
3.应用实践
[师]理论上分析氧化还原反应中存在电子转移，怎样提供证据来证实存在电子转移呢？科学家往往借助于物理方法，请同学们以铁置换硫酸铜的反应为例进行实验设计证明存在电子转移。
[生]设计成原电池如图3，观察电流表指针有偏转，证明有电子转移，并写出各电极反应式。
[师]该反应中铁把电子传递给铜离子，设计原理是将氧化还原反应拆成两个半反应，让它们“同时不同地”地进行，通过电流表指针的偏转体现电子的转移，从而實现化学能转变成电能，这也是原电池的基本原理。但某些反应中，化合价的变化并不是电子直接传递，而由原子间形成的共用电子对发生偏离或偏向导致的，如氢气与氧气的燃烧反应，电子对偏向氧原子，导致氧显负价、氢显正价，那么这样的反应又该如何证明有电子转移呢？
[生]将该反应设计成燃料电池。教师展示氢氧燃料电池提供电能的汽车图片和某种氢氧燃料电池工作原理示意图（如图4），提醒学生思考它的优点（生成水无污染，绿色环保；相对燃烧散热多，电池能量转化率高；气体燃料与电池装置隔绝，放电控制自由，稳定安全等）。
[师总结]对于一个自发进行的反应，无论是哪种形式的电子转移我们都可以通过设计成原电池来验证，并利用该原理为人类提供电能，让生活更美好，这就是氧化还原反应理论的应用实践。当然也可将不能自发进行的氧化还原反应设计成电解池，从而将电能转化为化学能。
结论4：利用氧化还原反应设计成电化学装置可实现能量转化：化学能转变为电能（原电池）或电能转化为化学能（电解池）。
[结论4应用训练]（2009年福建高考11题）控制适合的条件，将反应2Fe3++2I-?2Fe2++I2设计成如图5所示的原电池。下列判断不正确的是（ ）
A.反应开始时乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时甲中石墨电极上Fe3+被还原
C.电流计读数为零时反应达到化学平衡状态
D.电流计读数为零后在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极
[生]选D。乙中I-失去电子放电，发生氧化反应，A正确；由总反应方程式知，Fe3+被还原成Fe2+，B正确；当电流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，C正确。加入Fe2+，导致平衡逆向移动，则Fe2+失去电子生成Fe3+，作为负极，D错误。教师总结氧化还原反应的应用非常广泛，也可以作为化学平衡状态的重要判据。
【设计意图】运用物理方法设计建模，“建立观点、结论和证据之间的逻辑关系，通过分析、推理认识研究氧化还原反应的本质特征 [4]，”完成证据推理，培养学生的科学探究素养。同时将氧化还原反应和电化学、平衡等知识建立有机联系，培养学生的变化观念和平衡思想。让学生充分感受到高中化学知识是系统的、理论是相互关联而不是孤立存在的，并完善了氧化还原反应最广泛的电化学应用，丰富了学生的STSE实践，树立绿色化学观念。
4.创新拓展
[师]古代湿法冶铜常用CuSO4+Fe=FeSO4+Cu，请思考该反应之所以能发生的原因。
[生]在金属活动性顺序表中：Fe>Cu；从氧化还原反应角度分析，Fe为还原剂，Cu为还原产物，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，即Fe的还原性比Cu强，说明它更容易失电子。
[师]对比两种角度分析，金属活动性顺序表实际上就是金属的还原性顺序，同样非金属单质的活泼性与非金属单质的氧化性也是一致的，如卤素单质的氧化性（活泼性）：Cl2>Br2>I2。
结论5：不同物质的还原性（氧化性）强弱是可以比较的，一般来说，氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性、还原剂的还原性大于还原产物的还原性；可以利用还原性（氧化性）较强的物质制备还原性（氧化性）较弱的物质。
[结论5应用训练]
（1）大象牙膏实验中的第1个反应说明H2O2、I2氧化性的强弱顺序是什么？
（2）月饼盒的小包装内装铁粉，为何不装铜粉？
（3）查阅资料显示，氢气与氧化铁能发生置换反应。你对金属活动性顺序表有什么新认识？
（4）你能设计实验证明二氧化硫的还原性强于碘离子吗？
（5）在实验室中制取少量氯气可利用以下两个反应，对比你可以得到什么结论？
[生]（1）氧化性从强到弱的顺序为H2O2、I2。
（2）铁比铜活泼，还原性强、脱氧效果好；同时铜的价格高。
（3）氢气在高温下能还原氧化铁，可由热力学知识解释 [8]（△G=△H-T△S），高温下△G<0能够自发进行。可见任何规律都有一定的适用范围，金属活动性顺序表适用于溶液中的置换反应，是在水溶液中不同金属的活泼性顺序，而在高温条件下就不能用这一顺序预测反应或解释现象。
（4）将二氧化硫通入到含有淀粉的碘水中，若溶液蓝色褪去即可证明二氧化硫的还原性强于碘离子。
（5）说明氧化性KMnO4>MnO2>Cl2（教师提醒还可以通过反应条件比较氧化性、还原性的强弱）。
【设计意图】通过湿法冶铜自然归纳出比较氧化性、还原性强弱的规律方法，将初中所学金属活动顺序表进行关联升华，使学生认识氧化还原反应的构成要素及其相互联系，并能运用氧化还原反应理论模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律，培养“模型认知”的核心素养，加强知识应用，创新拓展氧化还原反应理论体系。
三、课例总结
高三主题式复习需对教材内容进行大胆整合，从发展学生核心素养出发，抓住知识、能力和应用的关键节点。本课例按照学习进阶顺序，由简到繁、由易到难、逐步探究出氧化还原反应的5大结论（前3个结论为知识技能层面、第4个结论为应用实践层面、第5个结论为学科价值层面）；联系STSE挖掘理论应用，强化深度学习，及时应用训练；渗透化学分类观和学科应用价值，从不同视角认识氧化还原反应理论，运用对立统一思想和定性定量结合的方式揭示出氧化还原反应的特征和规律。课堂教学由“知识为本”转变为“素养为本”，通过学生科学探究、证据推理和模型认知，体会氧化还原反应在解释或预测物质性质和变化方面的重要作用，尝试解决“分析月饼盒包装袋中物质的作用、處理汽车尾气”等系列真实问题，体会化学科学巨大应用价值，增强社会责任感，树立学好化学造福人类的信念。
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）[M].北京：人民教育出版社，2018
[2] 视觉中国.大象牙膏[EB/OL].https：//www.vcg.com/creative/816566552，2018-04-24
[3] 武汉大学，吉林大学等.无机化学下册[M].北京：高等教育出版社，2011：595
[4] 刘四方.基于学科思想方法的命题与教学反思——以初中学业考试化学试题为例[J].化学教育（中英文），2018，39（5）：6-13
[5] 魔方格.试题专页[EB/OL].http：//m.mofangge.com/html/qDetail/05/g0/201312/3nysg005208626，2018-04-27html？from=Singlemessage，2018-04-27
[6] 人民教育出版社课程教材研究所等.普通高中课程标准实验教科书：化学1必修[M].北京：人民教育出版社，2012：37
[7] 百度百科.氢氧燃料电池[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/%E6%B0%A2%E6%B0%A7%E7%87%83%E6%96%99%E7%94%B5%E6%B1%A0/10309734？fr=aladdin，2018-04-27
[8] 百度知道.为什么说能氢气还原氧化铁[EB/OL].https：//zhidao.baidu.com/question/151264011.html，2018-04-27
