基于生活和實(shí)驗(yàn)探究ぁ癋e³⁺和Fe²⁺的相互轉(zhuǎn)化”的教學(xué)設(shè)計(jì)

陳風(fēng)芳　賴(lài)勝榮

摘 要：鐵元素與實(shí)際生活息息相關(guān)，也是近5年高考考試的熱點(diǎn)之一。“Fe²⁺和Fe³⁺的相互轉(zhuǎn)化”一課以生活中“怪水現(xiàn)象”、茶葉、維生素C和含鐵藥片為切入點(diǎn)，用Fe²⁺和Fe³⁺的相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置分析反應(yīng)現(xiàn)象和原理，該教學(xué)設(shè)計(jì)有助于學(xué)生學(xué)會(huì)用化學(xué)知識(shí)解答生活中的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)的技能，提高學(xué)生用實(shí)驗(yàn)來(lái)探究物質(zhì)的世界觀。

關(guān)鍵詞：Fe²⁺；Fe³⁺；相互轉(zhuǎn)化；教學(xué)設(shè)計(jì)

普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出：常見(jiàn)無(wú)機(jī)物及其應(yīng)用的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用實(shí)例或通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，了解鐵等金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)；知道酸、堿、鹽在溶液中能發(fā)生電離，通過(guò)實(shí)驗(yàn)事實(shí)認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件，了解常見(jiàn)離子的檢驗(yàn)方法；根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)了解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，舉例說(shuō)明生產(chǎn)、生活中常見(jiàn)的氧化還原反應(yīng)。鐵元素與實(shí)際生活息息相關(guān)，F(xiàn)e²⁺和Fe³⁺的相互轉(zhuǎn)化是學(xué)好鐵及其化合物重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是近5年高考考試的熱點(diǎn)之一，部分教師還存在一種認(rèn)識(shí)，認(rèn)為按照教材的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行教學(xué)就能夠完成教學(xué)目標(biāo)。而實(shí)際上教科書(shū)的編寫(xiě)意圖只是提供教學(xué)思路和素材參考，還需要廣大教師積極創(chuàng)新，在使用教材的過(guò)程中要發(fā)揮自身的聰明才智，取得更多的成果。

一、 教材分析

“Fe³⁺和Fe²⁺的相互轉(zhuǎn)化”在蘇教版化學(xué)必修1專(zhuān)題3“從礦物到基礎(chǔ)材料”第二單元，教材用了半頁(yè)篇幅進(jìn)行活動(dòng)探究，提供的試劑有：鐵粉、0.1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/LFeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯氣。要求（1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)的基本原理，提出Fe³⁺與Fe²⁺的相互轉(zhuǎn)化條件的假設(shè)。（2）設(shè)計(jì)Fe³⁺與Fe²⁺相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄。在魯科版化學(xué)必修1專(zhuān)題2“元素與物質(zhì)世界”第3節(jié)“氧化劑和還原劑”，設(shè)計(jì)了“活動(dòng)·探究、遷移·應(yīng)用”進(jìn)行學(xué)習(xí)探究鐵及其化合物的氧化性和還原性。從這兩個(gè)版本的教材內(nèi)容對(duì)比分析，蘇教版重在探究轉(zhuǎn)化條件，而魯科版重在探究Fe³⁺和Fe²⁺的氧化性和還原性。

二、 學(xué)情分析

新課學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已有的知識(shí)：化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本方法、物質(zhì)的分類(lèi)，掌握了離子反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)方法，加上前面金屬的化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的操作，學(xué)生具有一定的實(shí)驗(yàn)觀察能力和分析能力，故可以讓學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的魅力。新課學(xué)習(xí)中，學(xué)生心理特征分析：他們剛進(jìn)入高一，化學(xué)知識(shí)尚少，很難從化學(xué)的角度去認(rèn)知事物以及生活中的現(xiàn)象，而且對(duì)剛剛學(xué)過(guò)的氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)不熟練，元素化合物的知識(shí)也知之甚少。所以，在情境設(shè)計(jì)上要盡可能地貼近生活，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)上要盡可能簡(jiǎn)單，并一步一步地引導(dǎo)。

三、 教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握Fe³⁺和Fe²⁺相互轉(zhuǎn)化的條件，學(xué)會(huì)應(yīng)用化學(xué)知識(shí)解釋生活中的現(xiàn)象，體會(huì)化學(xué)的樂(lè)趣。

四、 教學(xué)重難點(diǎn)

Fe²⁺與Fe³⁺的相互轉(zhuǎn)化。

五、 教法與學(xué)法

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)流程為情景創(chuàng)設(shè)-實(shí)驗(yàn)探究-回歸生活-知識(shí)小結(jié)，本節(jié)課的教法定位為根據(jù)學(xué)生已具備的知識(shí)和能力，采用啟發(fā)誘導(dǎo)法、實(shí)驗(yàn)探究法，分組討論法，并與多媒體有機(jī)結(jié)合等多種方法綜合進(jìn)行教學(xué)。學(xué)法為學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作→實(shí)驗(yàn)觀察→實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析→得出結(jié)論，在活動(dòng)中相互交流、相互評(píng)價(jià)，讓學(xué)生成為課堂的主體。

六、 教學(xué)過(guò)程

（一） 情境創(chuàng)設(shè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

【引入】課件展示劉家村“怪水現(xiàn)象”的新聞報(bào)道，讓學(xué)生討論交流里面隱藏的奧秘。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)生活實(shí)例激起學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心和求知欲，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)埋下伏筆。

（二） 實(shí)驗(yàn)掲秘，提出問(wèn)題

【演示實(shí)驗(yàn)】取一杯茶水，用蘸Fe²⁺玻璃棒，讓學(xué)生觀察茶水變化并提出問(wèn)題：①茶水為什么變成了墨水？然后在墨水中擠入幾滴檸檬酸，提出問(wèn)題：②墨水又為什么變成了茶水？

【師生互動(dòng)】引導(dǎo)學(xué)生回顧離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，認(rèn)真思考。提示學(xué)生三價(jià)鐵離子遇到茶葉中的單寧酸會(huì)類(lèi)似三價(jià)鐵離子遇到KSCN溶液顯出特殊的顏色，即藍(lán)黑色，而二價(jià)亞鐵離子無(wú)此現(xiàn)象。但是這里為什么蘸Fe²⁺晶體的玻璃棒也能使茶水變藍(lán)黑色呢？

【學(xué)生回答】亞鐵離子被空氣當(dāng)中的氧氣反應(yīng)變?yōu)槿齼r(jià)鐵，亞鐵離子的化合價(jià)升高，做還原劑，氧氣在這里起到氧化性的作用。加入檸檬酸溶液，三價(jià)鐵離子又會(huì)變?yōu)閬嗚F離子，檸檬酸在這里起到還原性的作用，所以藍(lán)黑色退去。

【教師追問(wèn)】實(shí)驗(yàn)室還有其他可以代替氧氣和檸檬酸的氧化劑和還原劑嗎？

（三） 小組合作，解決問(wèn)題

【實(shí)驗(yàn)探究】啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用氧化還原反應(yīng)的觀點(diǎn)理解三價(jià)鐵和亞鐵轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)，在給定試劑的條件下，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，組織學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證，寫(xiě)出相應(yīng)的離子方程式。

第一組：提供試劑FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水，試管，膠頭滴管（教材內(nèi)）。

第二組：提供試劑FeCl2溶液、KSCN溶液、雙氧水，試管，膠頭滴管（課外延伸）。

第三組：提供試劑FeCl3溶液、KSCN溶液、鐵粉，試管，膠頭滴管（教材內(nèi)）。

第四組：提供試劑FeCl3溶液、KSCN溶液、維生素C，試管，膠頭滴管（課外延伸）。

【學(xué)生歸納】小組派代表陳述本組實(shí)驗(yàn)方案、現(xiàn)象以及結(jié)論。

【教師歸納】老師歸納四組的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)亞鐵和三價(jià)鐵的轉(zhuǎn)化牽扯了氧化還原反應(yīng)，亞鐵變成三價(jià)鐵，被氧化，需加入氧化劑。三價(jià)鐵變成亞鐵，被還原，需加入還原劑。

【教師演示】同學(xué)們的四組實(shí)驗(yàn)，其實(shí)用一套裝置就可以了。如下圖所示：取一定量FeCl3溶液到三頸瓶中，滴入幾滴KSCN溶液，長(zhǎng)玻璃管平衡裝置內(nèi)外氣壓。針筒a中裝有VC溶液，滴入錐形瓶，觀察到溶液血紅色消失，說(shuō)明此時(shí)Fe³⁺被還原生成Fe²⁺；針筒b裝有H2O2溶液，滴入錐形瓶，觀察到溶液血紅色又出現(xiàn)，此時(shí)Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺。

（四） 回歸生活，學(xué)以致用

課件展示生活中的各種補(bǔ)鐵藥品，與鐵過(guò)量的危害對(duì)比，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用辯證的思想看待事物。展示外加薄膜衣的補(bǔ)鐵藥片與使用說(shuō)明書(shū)，引導(dǎo)學(xué)生自主提問(wèn)：①補(bǔ)鐵藥片外層的薄膜衣有什么作用？②為什么與維C同服，有利于藥片的吸收？

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)具體生活中的問(wèn)題，使學(xué)生對(duì)氧化性和還原性具有更深刻的認(rèn)識(shí)，也明白化學(xué)與生活息息相關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用知識(shí)的能力。

（五） 課堂小結(jié)，作業(yè)布置

【課堂小結(jié)】Fe³⁺Fe²⁺

【作業(yè)布置】①如何配制FeCl2溶液？

②了解制作印刷電路板的原理。

七、 板書(shū)設(shè)計(jì)

Fe³⁺和Fe²⁺的轉(zhuǎn)化

（一） 現(xiàn)象解釋

1. 茶水變墨水：2Fe²⁺+O2+4H+2Fe³⁺+2H2O；Fe³⁺遇單寧酸呈藍(lán)黑色

2. 墨水變茶水：Fe³⁺→Fe²⁺

（二） 轉(zhuǎn)化條件

1. Fe²⁺→Fe³⁺ 化合價(jià)升高被氧化加入較強(qiáng)氧化劑。

如：酸性KMnO4、Cl2、Br2、O2、濃H2SO4、HNO3等

2. Fe³⁺→Fe²⁺ 化合價(jià)降低被還原加入較強(qiáng)還原劑。

如：檸檬酸酸、KI溶液、維生素C、單質(zhì)Fe、Cu、Zn等

八、 教學(xué)反思

1. 魔術(shù)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，與生活密切相關(guān)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2. 教材中使用的氧化劑是氯水，需制備氯氣獲得，難度較大，且存在污染問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)使用的氧化劑H2O2溶液，易獲得，且產(chǎn)物無(wú)污染。

3. 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置可同時(shí)實(shí)現(xiàn)Fe²⁺與Fe³⁺的相互轉(zhuǎn)化，操作簡(jiǎn)便，能重復(fù)使用，符合綠色化學(xué)思想。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張英鋒，張永安.鐵化合物與亞鐵化合物間的相互轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中小學(xué)教學(xué)研究，2008（1）：39-40.

作者簡(jiǎn)介：

陳風(fēng)芳，賴(lài)勝榮，福建省漳州市，廈門(mén)雙十中學(xué)漳州校區(qū)。