創設問題導向的高三化學針對性復習對策
——以鐵及其化合物為例

河北省衡水市故城縣教育局教研室 顏建河

如何有目標、有針對性地進行高效復習，成為廣大師生共同關注的話題。從近年全國各地高考試題來看，試題以落實“立德樹人”為根本任務，將學生的科學素養和化學學科能力以化學基本思想、基本方法、基礎知識和基本技能為載體進行考查。高考化學《考試大綱》對化學學習能力的要求，強調掌握化學實驗的基本方法和技能，運用化學原理和科學方法，能設計合理方案，初步實踐科學探究。特別是根據化學實驗的目的和要求，能做到：①設計實驗方案；②正確選用實驗裝置；③掌握控制實驗條件的方法；④預測或描述實驗現象、分析或處理實驗數據，得出合理結論；⑤評價或改進實驗方案?；诖?，化學實驗承載著更多的功能，它可以喚醒對相關化學知識、基本實驗操作方法的理解和記憶，等等。這就要求我們要基于實驗的問題情境創設、挖掘試題中的實驗素材，通過整合教材中的實驗，采用探究或演示，不斷強化基本實驗操作，促進對知識的深層次理解，提升科學素養。例如，在復習鐵及其化合物時，創設以“實驗”為載體問題情境來對物質性質和反應原理進行考查的高考綜合試題，并以“問題”為導向，落實“考綱”目標，來培養實驗設計能力、歸納總結知識能力，將化學知識應用于實踐，體現知識的價值意義。

圖1

①作負極的物質是____。

②正極的電極反應式是_____。

表1

（3）實驗發現：在初始pH=4.5 的水體中投入足量鐵粉的同時，補充一定量的Fe2+可以明顯提高的去除率。對Fe2+的作用提出兩種假設：

Ⅰ.Fe2+直接還原；

Ⅱ.Fe2+破壞FeO（OH）氧化層。

①做對比實驗，結果如下面圖2所示，可得到的結論是____。

②同位素示蹤法證實 Fe2+能與FeO（OH）反應生成Fe3O4。結合該反應的離子方程式，解釋加入Fe2+提高去除率的原因：______。

圖2

表2

【問題】實驗探究題源于真實的化學，重視學科能力及科學素養的考查，具有信息的新穎性、結論的不確定性和知識綜合性等特點。這類高考化學實驗題大多源于教材，實驗方案的“根”都植于教材中。教材是根本，是每一位師生都有的“資料”，出自教材的實驗對考生具有公平性，因而越來越受到命題者的青睞。同時，對考生的發散思維能力、分析問題的能力提出較高的要求。

對于緊扣“鐵及其化合物”相關知識進行命制的高考化學試題，涉及兩方面的問題：

一是實驗，其著眼點：（1）明確實驗目的；（2）建構操作流程（核心物質的轉化、試劑的添加順序、必要的基本操作）；（3）評價優化方案（科學簡單易操作、實驗條件控制、綠色化學理念）；（4）精準表達方案。

二是物質，其著眼點：（1）抓結構，著眼于價態的變化；（2）抓特征，著眼于顏色的變化；（3）抓轉化，著眼于物質間的相互反應，即從鐵元素三種價態的結構、特征、顏色及相互轉化（鐵三角關系）去認識鐵及其化合物間的氧化還原反應規律，從而緊扣問題導向，落實考綱目標，最終實現對知識的運用，提升科學素養。

【對策】根據案例（試題）中的相關信息，結合問題的處理方法，運用鐵及其化合物知識，不難解決試題中的各個問題：

（2）從（1）（2）問給出的信息分析可知，Fe形成的 Fe3O4能夠導電，而形成的FeO（OH）則不利于電子轉移。據此，當溶液的pH=4.5，Fe3+更易水解生成阻礙電子轉移的FeO（OH），所以的去除率低。

（3）根據圖像的方式提供對此實驗的研究結果，只有Fe2+時，對硝酸根離子幾乎沒有脫除作用。顯然，Fe2+不能直接還原，在Fe和Fe2+共同作用下，的去除率最高，表明猜想Ⅱ是正確的。“同位素示蹤法”的實證手段表明“Fe2++2FeO（OH ===）Fe3O4+2H+”，減少了不導電FeO（OH）的生成。同時，生成了導電性的Fe3O4，有利于的轉化率增大。

（4）依據（3）的探究結論，Fe2+可以明顯提高的去除率，起初pH=2.5 時，c（H+）較大，產生的Fe2+的量較多，而pH=4.5時產生的Fe2+量不足，合理解釋了（2）中的去除率和鐵的最終物質形態不同。

【總結】《考試大綱》明確了有關鐵及其化合物的要求層次，在復習中要對照考綱要求，將案例及運用中所涉及到的考點知識進行梳理和總結，從而實現知識的再鞏固。

1.鐵的結構和性質。

鐵屬于過渡元素，位于第四周期第Ⅷ族，其結構特征是原子最外層電子數不超過兩個，在化學反應中，最外層和次外層都容易失去電子，有可變化合價。當Fe與弱氧化劑反應時，只失去最外層上的2 個電子，形成Fe2+；當Fe與強氧化劑反應時，還能進一步失去次外層上的一個電子，形成Fe3+。這就是鐵在其化合物中通常顯+2 價或+3 價的原因。Fe發生化學反應能得到+2 價還是+3價，需看參加反應的氧化劑的強弱，有時還要看反應物的量之間的關系。例如，①鐵在O2中燃燒，其產物為Fe3O4（表現+2 價和+3價），同時，一定要在集氣瓶底留有少量的水或一層沙子，防止瓶子被炸裂；②Fe與S反應，Fe只能失去其最外層的2個電子而變成+2價，反應開始后撤去酒精燈，反應可以繼續進行，說明反應放熱；③Fe在Cl2中燃燒時不但能失去最外層的2 個電子，而且還可失去次外層的1 個電子后變成+3 價，說明氧化性Cl2＞S；④在高溫時Fe能與C、P、Si等化合。

2.鐵的幾種重要化合物。

（2）Fe（OH）2和Fe（OH）3從溶液中析出的現象不同，前者是白色絮狀沉淀，后者是紅褐色沉淀。而Fe（OH）2極不穩定，易被氧化成Fe（OH）3，反應現象是：白色→灰綠色→紅褐色。

（3）若要觀察到白色的Fe（OH）2沉淀，需要創造以下條件：

①排除亞鐵鹽溶液里的Fe3+，以免Fe3+直接與OH-結合生成Fe（OH）3。

②盡量排除溶液中溶解的氧氣（絕對排除是辦不到的），以減慢生成的Fe（OH）2被氧化成Fe（OH）3的速度。

③反應要用新制備的亞鐵鹽溶液，并放入少量的鐵以防止Fe3+產生。亞鐵鹽溶液與堿溶液在混合前分別加熱以排除溶有的空氣，然后，把堿溶液沿著試管壁加入盛亞鐵鹽溶液的試管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入堿溶液，可觀察到白色絮狀沉淀。

3.Fe、Fe2+和Fe3+之間相互轉化及檢驗。

從Fe、Fe2+和Fe3+的結構可知：Fe只有還原性，Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性又具有還原性。上述微粒通過跟一定的氧化劑或還原劑發生氧化還原反應，才能實現不同價態的鐵相互轉化。

（1）Fe2+→Fe3+

（2）Fe3+→Fe2+

②2Fe3+++2H2===O 2Fe2+++2H+（在Fe3+溶液中滴加，溶液顏色由棕黃色變淺綠色）

（3）Fe2+和Fe3+的相互轉化。

在酸性溶液中，空氣中的氧也能把Fe2+氧化成Fe3+。其離子反應方程式為4Fe2++O2+4H ===+4Fe3++2H2O。

在堿性溶液中，Fe2+的還原性更強，它能把和還原成NH3，能把Cu2+還原成金屬銅。

在亞鐵鹽溶液中加入鐵釘可防止Fe2+被氧化為Fe3+。

（4）Fe2+和Fe3+的檢驗。

①Fe2+的檢驗。

方法一：滴加KSCN 溶液，無明顯現象，再滴加新制氯水，溶液立即變紅色。

方法二：滴加NaOH 溶液，生成白色絮狀沉淀，該沉淀迅速變為灰綠色，最后變為紅褐色。

②Fe3+的檢驗。

方法一：滴加KSCN 溶液或NH4SCN 溶液，溶液立即變為血紅色。

方法二：滴加NaOH 溶液，出現紅褐色沉淀。

【運用】高考化學試題，源于教材，而高于教材，涉及的考點的“根”都植于教材之中，強化在真實的“問題”情境去解決問題，才能做到有理可依，目標明確、思路清晰，實現知識與能力的升華。

向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸銀溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。

（1）檢驗產物。

①取出少量黑色固體，洗滌后，_____（填操作和現象），證明黑色固體中含有Ag。

②取上層清液，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，產生藍色沉淀，說明溶液中含有_____。

（2）針對“溶液呈黃色”，甲認為溶液中有Fe3+，乙認為鐵粉過量時不可能有Fe3+，乙依據的原理是____（用離子方程式表示）。針對兩種觀點繼續實驗：

①取上層清液，滴加KSCN 溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測。同時發現有白色沉淀產生，且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關，對比實驗記錄如表3。（資料：Ag+與SCN-生成白色沉淀AgSCN）

表3

②對Fe3+產生的原因作出如下假設：

假設a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產生Fe3+。

假設b：空氣中存在O2，由于____（用離子方程式表示），可產生Fe3+。

假設d：根據____現象，判斷溶液中存在Ag+，可產生Fe3+。

③下列實驗Ⅰ可證實假設a、b、c不是產生Fe3+的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設d成立。

實驗Ⅰ：向硝酸酸化的____溶 液（pH ≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN 溶液，3 min 時溶液呈淺紅色，30min后溶液幾乎無色。

實驗Ⅱ：裝置如圖3。其中甲溶液是____，操作及現象是___。

圖3

（3）根據實驗現象，結合方程式推測實驗ⅰ～ⅲ中Fe3+濃度變化的原因：___。

解析：（1）根據所學相關知識可知，①黑色固體中含有過量鐵，如果同時含有銀，則可加入HCl或H2SO4溶解Fe，而銀不能溶解；或者用硝酸溶解固體，再用HCl檢驗Ag+。②K3[Fe（CN）6]是檢驗Fe2+的試劑，產生藍色沉淀，則說明含有Fe2+。