基于學科觀念建構的高三元素化學復習

張金怡

摘要：元素化學知識并不能孤立的存在，它與其它內容相互融合，是化學學科中變化觀、實驗觀等學科觀念的載體與體現。在高三復習的過程中，應減少對元素化學中事實性知識的背誦，而是培養學生學會從化學的視角認識元素及物質，形成解決問題的思想、觀點和方法。

關鍵詞：元素化學;學科觀念;高三復習;高考試題

文章編號：1008-0546（2019）02-0048-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

一、問題的提出

元素化學是高中化學教學的組成部分，它以元素周期表為依托，是系統描述元素單質及化合物組成、結構、性質、用途、存在和制備的知識。唐有棋院士曾多次指出：“化學家的工作，主要是耕耘元素周期系”，其重要性自是不言而喻。因此，元素化學知識也是高考考查的熱點和重點，《2018年江蘇省普通高中學業水平測試（選修科目）說明》中就有明確要求：“了解常見金屬和非金屬及其重要化合物的主要性質和重要應用”。

但是，元素化學知識并不能孤立的存在，它與其它內容相互融合，是化學學科中變化觀、實驗觀等學科觀念的載體與體現。如何在高三復習的過程中，減少對元素化學中事實性知識的背誦，而是培養學生學會從化學的視角認識元素及物質，形成解決問題的思想、觀點和方法。筆者以“鐵的化合物專題復習”為例，進行了嘗試。

二、“鐵的化合物專題復習”教學設計

1.設計思想

在人類認識的金屬元素中，鐵是較早被人類認識的一種金屬，鐵和鐵的化合物對人類社會的發展都起到了重要作用，圍繞含鐵化合物有關知識的試題更是在高考中頻頻出現。通過高一、高二的學習及高三一輪復習，學生已經建立了對鐵的化合物基本性質以及對氧化還原反應、離子反應、化學平衡等基本化學理論和概念的認知。

基于上述思考，本節課的設計從有關鐵及其化合物的高考真題找尋切人口，結合探究實驗升華學科觀念的應用，再回歸到高考試題中總結解題的方法。一方面提升了化學思維的品質，加深了對鐵及其化合物性質、用途的理解，另一方面則感知了開展科學研究的一般歷程。

2.教學目標

（1）復習三氯化鐵與金屬鐵、銅之間的化學反應，探究含三價鐵離子的溶液與單質銀發生的反應。

（2）運用化學理論知識分析和解釋具體的化學反應，探尋某個化學反應發生所需要的特定條件，能尋找合適的方法改變化學反應的方向。

（3）了解化學平衡的調控在生活、生產和科學研究領域中的重要作用及其對工業生產和環境保護的重要意義，增強對化學反應限度的認識。

3.教學方法

圍繞“三價鐵是否可以腐蝕銀”，組織學生開展合作探究，實現在活動中掌握學科知識、滲透學科觀念、總結解題方法。

4.教學過程

環節一：知識梳理一一灘失鹽和亞鐵鹽的性質和應用

【問題】鐵是我們非常熟悉的一種元素，它的單質在生產生活中應用廣泛。鐵的化合物也有很多用途。你能用你掌握的化學知識解釋生活中的這些化學問題嗎？

【投影】一站到底（表1）

【問題】你能預測FeCl₃與汞之間發生了什么反應？

【問題】由此可見，物質的用途主要與其性質有關。從以上的討論你總結出Fe²⁺、Fe³⁺別具有怎樣的性質？

【總結】亞鐵鹽由于其強還原性和水解性，用于防氧化劑和凈水劑，Fe³⁺由于其氧化性和易水解的特點，通常用于水處理劑、醫用凝血劑、金屬蝕刻劑，還可以用于處理汞泄漏。

【板書】物質的用途主要與其性質有關

設計意圖：本環節中，設計了“一站到底”的問答活動，喚起了學生對鐵及其化合物性質的認識，使學生充分體會到化學物質在生活生產中的應用，樹立“性質決定用途、用途體現性質”的化學物質觀。借助于這樣的活動形式，很好地激發了學生的學習興趣，學生之間的思維火花在課堂上不斷碰撞。在此基礎上，也順理成章地引出了本節課的學習重點，即含三價鐵離子溶液在金屬刻蝕中的應用。

環節二：問題研究——三價鐵能否刻蝕金屬銀

【過渡】今天，對于鐵的化合物的應用，我們重點來探討金屬蝕刻的問題。

【問題】Fe³⁺作為蝕刻劑，用于蝕刻什么金屬材料？（鐵、銅）不錯，Fe³⁺用于蝕刻鐵、不銹鋼、銅（投影一些圖片），印刷線路板（投影圖片）。

【板演】寫出FZC13腐蝕鐵、銅的離子方程式：

2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺

【問題】請你預測一下Fe³⁺溶液能夠腐蝕Ag嗎？為什么？

【回答】學生預測：

假設1：氧化性：Fe³⁺+

【板書】Fe²⁺+Ag⁺=Fe³⁺+Ag（分析：黑色顆粒可能是銀，Ag⁺從+1價化合價下降，Fe²⁺化合價升高）

【問題】那你能否設計一個簡單的實驗方案驗證反應的發生？

【討論回答】在反應后的溶液中滴入KSCN，如果溶液變為血紅色，則證明生成了Fe³⁺，從而證明了反應的發生。

【追問】實驗設計嚴謹嗎？有沒有需要改進的地方？

【討論回答】亞鐵鹽易被氧化，所以要通過向原FeSO₄溶液中加入KSCN溶液，作為對照實驗來排除空氣中的氧氣氧化Fe²⁺帶來的干擾因素。

【結論】Ag⁺+Fe²⁺=Ag+Fe³⁺;氧化性：Ag⁺>Fe³⁺;Fe³⁺無法蝕刻銀，假設1成立。

【學生實驗1】向銀鏡中滴加Fe（NO₃）₃溶液。實驗現象：銀鏡溶解。結論：硝酸鐵可以溶解銀。

【投影】應用：寶石工藝中緩慢、安全蝕刻銀及其合金。

【問題]可能發生了什么反應？

【板書】（1）Fe³⁺+Ag=Ag⁺+Fe²⁺

（2）也有可能是Fe（NO₃）₃水解生成了HNO₃，HNO₃溶解了Ag。

【問題】對于你的分析，如何進一步論證？

【回答】（1）在高錳酸鉀溶液中滴人實驗后的溶液，溶液的紫紅色褪去，或在六氰合鐵（Ⅲ）酸鉀溶液滴入實驗后的溶液，生成藍色沉淀，則證明Fe²⁺的存在，即發生了Fe³⁺+Ag=Ag⁺+Fe²⁺的反應。

（2）用同pH的硝酸與銀，銀鏡溶解。則Fe（NO₃）₃水解生成HNO₃，HNO₃再溶解了Ag的反應也有發生。

【問題]結合上述實驗及討論，你得出什么結論？

【板書】是可逆反應。

【小結】化學反應限度是化學變化中普遍存在的現象;反應物濃度大小影響著可逆反應的方向。

設計意圖：含Fe³⁺的溶液可以蝕刻金屬銅和鐵，學生是非常熟悉的，而Fe³⁺是否可以蝕刻金屬Ag，學生中存在著兩種不同的答案，有的認為可以，有的認為不可以。而結果究竟是什么，則引導學生通過實驗來論證。經過兩組實驗的研究，促使學生經歷了一次從“發現問題一理論分析一預測假設一實驗論證一得出結論”的探索之旅。在加深對元素化合物性質理解的同時，也使學生認識到了化學反應中的復雜性與多樣性。促進學生對化學反應限度觀等化學觀念的理解，學會從不同的角度來分析和理解化學反應的過程。

環節三：深入理解——條件改變對化學反應方向的影響

【問題】如果我們避開NO₃^-的使用，將Fe（NO₃）₃溶液換成FeCl₃溶液可以嗎？

【學生實驗2]向銀鏡中滴加FeCl₃溶液。現象：有白色沉淀生成。

【問題】如何理解并解釋你所觀察到的現象？

【回答】因為生成了氯化銀白色沉淀，降低了銀離子的濃度，促使Fe²⁺+Ag向逆反應方向移動。

【結論】利用反應改變平衡體系中某種物質的濃度，從而改變平衡移動的方向。

【問題】對于Ag⁺+Fe²⁺這個可逆反應，還有什么方法可以調整其反應逆向進行？（電化學原理）

【回答】還可以利用電化學原理，設計以銀為陽極，石墨為陰極，含Fe³⁺的溶液為電解質的電解池。

氧化反應：Ag-e^-=Ag⁺（陽極）

還原反應：Fe³⁺+e^-=Fe²⁺（陰極）

【結論】利用電化學原理，使得氧化還原反應向著我們希望的方向進行。

【問題】今后我們要調整氧化還原反應進行的方向，有什么方法？

【回答】電解的方法。

【總結】Ag⁺+Fe₂₊Ag+Fe³⁺

從平衡移動的角度：改變反應物或者生成物的濃度從而改變化學反應進行的方向。

從電化學反應的角度：使氧化還原反應向著希望的方向進行。

設計意圖：結合實驗探究的結論，借助化學學科觀念的引領，進一步深入剖析Fe³⁺溶液對金屬銀的蝕刻。分別從化學平衡的角度和電化學原理的角度，理解外界條件的改變對于化學反應方向的影響，凸顯化學反應的可控性。

環節四：回歸高考方法總結

【投影】某研究性學習小組在網上收集到如下信息：Fe（NO₃）₃溶液可以蝕刻銀，制作美麗的銀飾。他們對蝕刻銀的原因進行了如下探究：

[實驗]制備銀鏡，并與Fe（NO₃）3溶液反應，發現銀鏡溶解。

[提出假設]

假設1：___________________________________。

假設2：Fe（NO₃）₃溶液顯酸性，在此酸性條件下HNO₃能氧化Ag。

[設計實驗方案，驗證假設]

（1）甲同學從上述實驗的生成物中檢驗出Fe²⁺，他可能得出的結論是：

（2）乙同學設計實驗驗證假設2，請幫他完成下表中內容（提示：NO₃^-在不同條件下的還原產物較復雜，有時難以觀察到氣體產生）。

[思考與交流]

（3）甲同學驗證了假設1成立，若乙同學驗證了假設2也成立。則丙同學由此得出結論：

Fe（NO₃）₃溶液中的Fe³⁺+和NO₃^-都氧化了Ag。

你是否同意丙同學的結論，并簡述理由：________。

【總結】今天這節課，我們對于Fe³⁺溶液是否能夠腐蝕Ag進行了研究，以元素化合物的性質為基礎，并借助理論進行分析和預測，最終通過實驗來進行驗證。這正是我們研究問題的基本思路和方法。同樣，對于高考綜合題的分析也需要通過這種思維方法展開，融會貫通、綜合應用。大家可以看到這道高考題，正是我們這節課所探討的內容，相信通過今天的學習，你對這類綜合題如何人手分析，一定有所收獲！

設計意圖：通過對高考試題的展示，學生驚訝地發現，整節課所討論和研究的問題，正是源自于高考試題。所以說，高考試題的編制，正是基于實驗探究的過程再現，它并沒有想象的那樣神秘。將實驗探究過程中的思路方法，應用在對高考試題分析的過程中，就能較好地理解題意，找到解題的突破口。

5.教學反思

首先，傳統的中學理科復習課著重關注知識結構的建構和完善以及解題技能的強化和熟練。因此，往往是課上教師滔滔不絕，課后學生苦渡題海。實踐表明，長期以這樣的方式復習，缺乏對學生新奇感的刺激和挑戰欲的激發，損失了學習的樂趣和深層思維的樂趣，損失了交流傾聽和動手探究的樂趣，這樣的復習很有可能是低效甚至無效的。

因此本節課的設計，立足突破以往高三復習做題講題的常規模式，而是以高考試題為模型，以實驗探究為主體，真實還原了化學實驗的探究過程和高考試題產生的過程。讓學生在做中學，在做中去思考。還記得當我帶著實驗儀器走進教室時，學生臉上綻放出來的喜悅。正如蘇霍姆林斯基說過：“每個青少年內心都渴望自己是一個探索者和研究者。”而實驗探究的設計恰恰滿足了學生內心的渴望。課堂上，學生積極主動、思維活躍，參與度很高。這也促使了教學目標很好的達成。課堂教學模式的變化，使教師從機械灌輸到問題引導，學生從被動接受到主動探究。

其次，課程標準和考試說明對學生的思維和能力的培養都提出了明確要求。然而思維方式是過程性的，內隱性的，所以教師在呈現學科知識時表現出的思維方式是最重要的一種示范，所謂言傳不如身教。只有教師自身邏輯有條理，學生才能邏輯有條理。

本節課以實驗為線索，以層層遞進的問題將學科知識串聯起來，而學科思維方式則是一條內隱的線索。對于規律和方法也并不是直接告知，而是讓學生在探索中自己去感悟，就如同畫圖上留白，這樣的課堂也才更有“味道”。以這樣的方式來開展元素化合物的高三復習，對學生來說他們收獲的不是簡單地學會了怎樣去解決一道題，而是提升了從化學的視角去思考和分析問題的能力，正所謂“授人以魚不如授人以漁”。

當然，思維方式的形成不能一蹴而就，需要長期地實踐與探索，需要老師對學科知識有深刻的認識，也是致力追求的目標與方向。

參考文獻

[1]B.A.蘇霍姆林斯基.給教師的建議[J].北京：教育科學出版社，1984