周瑶

摘要：有机化学在高中化学课程中的地位毋庸置疑，文章就必修阶段的甲烷取代反应、乙烯加成反应和乙酸乙醇的酯化反应进行分析，讨论了在进行课本知识拓展和习题改编时可能出现的科学性错误，并对新版教材内容提出了一些建议。

关键词：有机化学；高中化学教材；教学拓展

文章编号：1008-0546（2022）01-0033-03中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.01.008

2017年高中化学进行了新课标修订，为有机化学单独设置了一个主题——“简单的有机化合物及其应用”，可见有机化学在必修阶段的地位有了提升。现有文献就必修阶段有机化学教学的实施建议中较多地关注了难度、深广度和教学衔接等方面，但较少关注实际教学中存在的科学性问题。例如：教师为帮助学生迁移应用基础知识而改编课本素材和习题时，会出现为提升难度而偏离化学核心素养的情况，甚至会出现科学性错误。本研究以化学必修二的第三章为研究内容，通过对比2019年人民教育出版社、山东科学技术出版社和江苏凤凰教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书（以下分别简称“人教版（2019）”[1]、“鲁科版（2019）”[2]、“苏教版（2020）[3]”），总结日常教学中出现的教学争议，通过查阅资料进行厘清，并对教材内容提出修改建议。

一、甲烷的取代反应

甲烷是高中生系统学习有机化学的第一个有机化合物，甲烷与氯气的反应是学生接触到的第一个重要特征反应，承担着帮助学生形成从特征反应学习有机物的认识角度的重要作用。3个版本教材对该反应的论述的异同见表1。

1.常见教学疑惑点及厘清

（1）教师认定该反应的必需条件是光照，并将光照拓展到生活中的常见光源，如太阳光、白炽灯、日光灯和镁条燃烧的光等。但文献研究表明，除了光照，当加热250℃～400℃以上也能发生该反应[4]。同时光源的选择不能随意，有研究者指出最佳光源是太阳光和高压汞灯。日光灯效率低，白炽灯发出的光能量与钨丝温度相關而具备不确定性，镁条燃烧副产物太多也不适合[5-6]。（2）其他卤素（氟、溴和碘）是否也可以发生取代反应，条件是否也是光照。高等教材《基础有机化学第四版》中指出，氟气因为太活泼，反应激烈难以控制；碘单质和甲烷反应需要的活化能太高，反应难以进行，只有溴单质和烷烃在光照和热的条件也可以进行[7]。可见，当进行烷烃取代反应素材选取时，采用氯气和溴单质都可以，但氟气和碘单质并不合适。（3）定量讨论反应物的比例关系，如问“甲烷和氯气体积比1∶4时，产物只有四氯化碳吗？”“这个比例对于反应产物有影响吗？”从反应机理分析，该反应是自由基链的连锁反应，理论上会同时产生四种卤代烃的混合物。但是通过调控比例可以适当提高不同产物的量，如工业上甲烷和氯气投料比分别是10∶1和1∶4，可以分别得到一氯甲烷和四氯化碳[8]。但在课堂实验中，甲烷和氯气的体积比控制在1∶1～1∶4均可得到较好的实验效果[9]。

2.教材修改建议

（1）修改教材中甲烷的取代反应方程式，可参考图1。（2）教师用书中对卤素的代表物的选择提出不推荐氟和碘。（3）教师用书中可提出甲烷和氯气的最佳配比1∶1～1∶4已达到较好的实验效果，但用来讨论产物种类的意义不大，定性关注即可。

二、乙烯的加成反应

乙烯因为π键的存在，使得乙烯不同于烷烃而具备了加成反应的性质，这也是有机化学中非常重要的一类反应。三个版本教材中关于该反应的论述异同见表2。

1.常见教学疑惑点及厘清

（1）四氯化碳溶液有毒，能否用溴水溶液进行加成反应。相关文献指出乙烯与溴属于亲电加成反应，当乙烯通入溴水时，溴单质和水都会参与反应，且主要产物是2-溴乙醇，而1，2-二溴乙烷的产率很低[10]。课本采用溴的四氯化碳溶液主要考虑到四氯化碳是惰性溶剂，不与乙烯反应，只生成1，2-二溴乙烷而更加符合科学性。但从安全性的角度考虑，学生实验时用溴水代替有毒的四氯化碳溶液观察褪色现象也有合理性[11]。（2）甲烷取代反应采用的是氯气，且在一些教辅资料中也出现了乙烯直接和氯气加成的习题。那加成反应能否也用氯气？对条件是否有要求？文献指出工业上虽采用乙烯和氯气加成制备二氯乙烷的，但是该反应在气相中选择性低，为此工业上都是用液相法生产，即以液相二氯乙烷为介质，FeCl3做催化剂[12]。可见，氯气和乙烯常温时也可以反应，只是工业上需在溶剂中进行。

2.教材修改建议

人教版（2019）的表述“在一定条件下，还可以与氯气、氢气、氯化氢和水等物质发生加成反应”容易误导教师，建议在教师用书中对不同反应物的反应条件进行明确。

三、乙酸乙酯的制备

乙酸乙酯实验是中学阶段的重点实验之一，也是常见的考题内容。3个版本教材对该实验的表述差异见表3。

1.常见教学疑惑点及厘清

（1）加入沸石或碎瓷片是否是必需操作？人教版的旧版教材中并没有强调加入碎瓷片。陆海燕等[13]通过对暴沸的情况分析指出，如果酒精灯直接加热时，加入沸石更科学且符合实验操作规范。（2）乙醇乙酸用量是否应有要求？从化学平衡角度看，无论是增加乙酸还是乙醇的用量都可以增大反应速率。通常在大规模工业生产中为了节约成本会选择乙醇过量的方式，但在课堂实验中该成本可以忽略不计，故较多研究者推测不同醇酸比对实验效果可能有一定影响。但经过实证发现乙醇过量[14]或者乙酸过量[15]时，乙酸乙酯的分层效果都比较好。（3）试剂的添加顺序，郭子亮[16]通过对比不同顺序后的实验效果发现，试剂的顺序对实验效果并没有明显影响。但也有研究者基于反应机理中醋酸分子的质子化是该反应的决速步，建议先加冰醋酸，再加浓硫酸和乙醇[15]。（4）加热方式是否必须是酒精灯直接加热？通常直接加热反应时反应速率更快，但温度升温太快也容易出现碳化现象，副反应较多。且乙醇和乙酸蒸出较多，导致分层效果不明显。笔者查阅其他版本教材后发现，沪科版[17]采用的是水浴加热，如图2所示。实验证明，水浴加热可以避免上述缺点，但反应时间较长[18]。

2.教材修改建议

就试剂添加顺序和用量方面，建议避免学生过多关注加料顺序和用量，但在教师用书中可以给出具体方案，方便老师演示。

四、结论

综上所述，笔者认为有机化学的教学在拓展和改编时需要注意以下事项：

（1）氯气和甲烷取代反应中，光源的选择上最好是日光。习题中经常为了结合镁性质考察而使用镁条燃烧的光会存在较多副产物，不够严谨。素材选取时，氯气可以换成溴单质，但演示效果不如氯气好，更加不推荐改为碘单质和氟气。氯气和甲烷取代反應不太需要关注定量，因为这四种有机产物都同时存在。

（2）乙烯和溴的加成反应中，素材选取时应当选择溴的四氯化碳溶液更加科学，而不是溴水。同样，这里卤素也可以选用氯气，但不建议选用碘和氟。

（3）乙酸乙酯实验中，加入碎瓷片可以作为一个常规操作的考点；乙酸和乙醇的用量情况只需要从平衡移动原理进行讨论，具体谁过量的题目设计应该避免；加热方式可就实验中出现的碳化现象进行拓展，并引出一些高效的水浴加热方案；试剂顺序只需提及满足浓硫酸稀释原理即可；最后关于Na2CO3溶液的选择，与加热方式和乙酸的用量有关。

综上所述，教学和教材息息相关。一方面，课本属于基础知识，教师需要进行一定的拓展和补充。但当进行素材替换或内容拓展时要谨慎对待改编的严谨性和合理性，以防出现科学性错误。另一方面，教材是教师教学的权威参考资料，应该避免出现有误导性的内容，考虑学生用书篇幅限制，值得师生探究拓展之处可在教师用书进行合理补充。

参考文献

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.化学必修第二册[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2]王磊册.化学必修第二册[M].济南：山东科学技术出版社，2019.

[3]王祖浩.化学必修下册[M].南京：江苏凤凰教育出版社， 2020.

[4]邢其毅，裴伟伟等.基础有机化学上（第4版）[M].北京：北京大学出版社，2016：124.

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[6]罗鹏.甲烷的取代反应实验改进[J].化学教与学，2015，（5）：92+78.

[7]邢其毅，裴伟伟等.基础有机化学上（第4版）[M].北京：北京大学出版社，2016：125-126.

[8]秦川，荣国斌.大学基础有机化学（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2016：53.

[9]刘英杰.甲烷与氯气取代反应实验的改进[J].化学教学，2011（1）：42-43.

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[12]焦言兵，郑荣，王庄.液环式压缩机在乙烯高温氯化装置中的应用[J].聚氯乙烯，2017，45（11）：35-37.

[13]陆海燕，江旭峰.制备乙酸乙酯若干问题的实证与教学分析[J].化学教学，2020（5）：87-92.

[14]杨敏，谭庆宁，张欣葵.乙酸乙酯的制备实验改进[J].中学化学教学参考，2014（18）：47.

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[16]郭子亮.对乙酸乙酯制备实验的思考[J].实验教学与仪器，2016（S2）：59.

[17]上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会.化学高中二年级第二学期[M].上海：上海科学技术出版社，2014.

[18]王佳人，赵放，何文英.乙酸乙酯的制备在教学实验中的研究进展和展望[J].现代盐化工，2020，47（3）：3-5+13.