基于主題式復習的高三化學課教學實踐與思考
——以“高鐵酸鉀”復習為例

施飛霞

(浙江省海寧市第一中學)

一、問題的提出

高三的復習課內容多、節奏快,在高中課程中起著“回顧與整理、深化與遷移”的重要作用。一輪復習多以“真題剖析—知識整理—方法歸納—遷移運用”的模式展開,環節緊湊,講練結合,以夯實基礎為主。二輪復習則側重于對重難點知識進行提煉和歸納,完善知識體系,構建解題模型,提升學科核心素養。在教學中,二輪復習要有別于一輪復習模式,避免只是對知識進行簡單的重復與再現,而缺乏對知識的整合與提升;避免只是教會學生用碎片化的知識去思考和解決問題,而缺乏對題目的聯系與對比。

主題式教學最早由美國教學家哈納進行首次定義。他提出主題式教學是指圍繞具體的一個具體的、有社會意義的主題,展開有目的的學習的過程。本文基于主題式教學模式,在學生已有的知識水平基礎上,基于教學目標和學生思維提升的需求,打破傳統復習課的局限,確定一個主題,創造一條主線,圍繞主線展開復習,實現學生由低階思維向高階思維的遷移。

二、設計思路

在金屬及其化合物的二輪復習中,學生已經熟悉各物質的相關基礎知識,建立了相對完整的知識體系,但對于高鐵酸鉀這個物質還不太熟悉,學生對于該物質的認識是零散的。同時鐵元素除了常見的正二價、正三價,還有正六價,其具有豐富的價態轉變關系,是氧化還原反應和離子反應的重要載體,因此有必要對高鐵酸鉀做一個綜合的復習。

以高鐵酸鉀為主題,以“物質推斷—性質分析—制備方法—綜合應用”為主線,精選習題,層層遞進,逐步深入。既全面復習了高鐵酸鉀的內容,又從選擇、推斷、原理、實驗等不同題型進行考查,使得復習更全面,更有針對性。通過“高鐵酸鉀”的復習課,呈現出高三課堂中運用主題式復習模式的流程,探索高三課堂教學的有效模式,完善學生的知識體系,培養學生的思維能力,滲透學科核心素養,切實提高復習課的有效性。

三、教學過程與意圖

(一)導入——高鐵酸鉀的推斷

【例1】為探究化合物A(僅含三種元素,摩爾質量為198 g/mol)的組成與性質,設計并完成以下實驗:取3.96 g化合物A溶于水中,一段時間后全部轉化為B(紅褐色沉淀)、C(一種堿)和氣體單質D(可使帶火星的木條復燃),向溶液中加入100 mL 0.6 mol/L的稀硫酸,再加入含有0.08 mol KOH的溶液,恰好完全反應。過濾,將沉淀洗滌后充分灼燒,得到紅棕色固體粉末1.60 g;將所得溶液在一定條件下蒸發可得到一種純凈的不含結晶水的鹽。

(1)化合物A的化學式:________;

(2)化合物A與H2O反應的離子方程式為

______________________________。

【參考答案】(1)K2FeO4

【設計意圖】無機推斷分析是高考的重難點,選擇無機推斷題作為高鐵酸鉀的引入點,通過定性和定量的雙重分析,學生可以推導得出高鐵酸鉀這個物質,進而引出主題,學生通過推斷分析得出高鐵酸鉀,激發了學生對于高鐵酸鉀的興趣。第二小問根據題目信息寫出高鐵酸鉀與水反應的離子方程式,自然地過渡到高鐵酸鉀的性質學習。

(二)深入——高鐵酸鉀的性質

【知識補充】

1.鐵元素的價態

鐵元素原子的價電子層結構為3d64s2,一般情況下,鐵表現為+2價和+3價,在強氧化劑的作用下,才會反應生成不穩定的+6價(高鐵酸鹽),從而具有強氧化性。

2.高鐵酸鉀的性質

高鐵酸鉀為暗紫色、有光澤的粉末,在198℃以下、干燥空氣中穩定存在,加熱條件下發生分解反應,極易溶于水,微溶于KOH溶液,在酸性或中性溶液中能快速產生O2,在0～5℃的強堿溶液中穩定存在。高鐵酸鉀是一種集氧化、消毒、吸附、凝聚、殺菌、去污于一身的新型、高效的多功能水處理劑。

【思考】高鐵酸鉀具有強氧化性,在使用高鐵酸鉀進行消毒后,高鐵酸鉀的產物以什么形式存在呢?請提出猜想,并設計實驗驗證。

【分析】

實驗猜想實驗方案猜想1:全部為Fe2+取消毒后的溶液,先滴加硫氰化鉀溶液,無明顯現象,再滴加少量新制氯水,出現血紅色猜想2:全部為Fe3+取消毒后的溶液,滴加硫氰化鉀溶液,出現血紅色;另取溶液,滴加鐵氰化鉀溶液,無藍色沉淀猜想3:Fe2+和Fe3+都有取消毒后的溶液,滴加硫氰化鉀溶液,出現血紅色;另取溶液,滴加鐵氰化鉀溶液,出現藍色沉淀

【思考】高鐵酸鉀用于殺菌、凈水的原理是什么?

【例2】用高鐵酸鉀(K2FeO4)對來自河、湖的淡水消毒,是城市飲水處理新技術,下列對高鐵酸鉀用于飲水處理的分析正確的是

( )

A.K2FeO4在溶液中顯酸性,能殺菌消毒

B.在K2FeO4中鐵元素顯+6價,具有強還原性,能殺菌消毒

C.K2FeO4的還原產物為Fe3+,其易水解產生Fe(OH)3膠體,使水中懸浮物聚沉

D.溶液pH越小,K2FeO4越穩定

【分析】高鐵酸鉀在溶液中水解顯堿性,A不正確;高鐵酸鉀中鐵元素的化合價為+6,具有強氧化性,能殺菌消毒,B不正確;高鐵酸鉀作氧化劑時,其還原產物為Fe3+,Fe3+水解得到Fe(OH)3膠體,具有強吸附能力可用于凈水,C正確;高鐵酸鉀在酸性條件下不能穩定存在,快速產生O2,D不正確。

( )

A.□處的物質應為KCl

B.每轉移1 mol e-,可以得到33 g K2FeO4

C.該反應中鐵元素的化合價升高

D.氧化性:Cl2>K2FeO4

【分析】根據化學方程式前后原子守恒可知,□處的物質應為KCl,A正確;根據得失電子守恒可知2K2FeO4～6e-,故每轉移1 mol e-,可得到66 g K2FeO4,B不正確;從化學方程式中可知鐵元素的化合價從+3升高到+6,C正確;Cl2為氧化劑,K2FeO4為氧化產物,故氧化性:Cl2>K2FeO4,D正確。

【設計意圖】從結構到價態到性質,總結歸納高鐵酸鉀的相關知識。再通過兩道選擇題用以檢測高鐵酸鉀性質和用途,一道題從凈水消毒的角度考查,另一道題從氧化還原的角度考查,從而較全面地考查了高鐵酸鉀的性質,同時由例3也引出了高鐵酸鉀的制備方法。

(三)整合——高鐵酸鉀的制備

【思考】制備高鐵酸鉀所需要的鐵源形式多樣,常見的鐵源包括單質鐵、氧化鐵、三價鐵鹽、二價鐵鹽等,如圖1是制備高鐵酸鉀的實驗裝置圖,請分析其原理。

圖1

【分析】整個裝置利用高錳酸鉀和濃鹽酸在常溫下制備氯氣,通過飽和食鹽水除去HCl(g)后再通入裝置C與KOH溶液反應生成KClO,將Fe(OH)3氧化成K2FeO4,剩余的氯氣通入NaOH溶液進行尾氣處理。

【思考】裝置B的作用有哪些?

【分析】裝置B既可以除去氯氣中混有的氯化氫氣體,又可以觀測氣體流速,控制通入裝置C中的氯氣量。

【思考】裝置C中除了生成KClO,還可能生成KClO3等,可以采取哪些措施減少副反應的發生?

【分析】采用攪拌,防止局部濃度過大;混入氮氣稀釋氯氣的濃度;將反應置于冷水浴中降低反應溫度等。

【例4】高鐵酸鹽在能源、環保等方面有著廣泛用途。濕法、干法制備高鐵酸鹽的原理如表所示:

濕法強堿性介質中,Fe(NO3)3與NaClO反應生成紫紅色高鐵酸鹽溶液干法Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鹽和KNO2等產物

(1)工業上用濕法制備高鐵酸鉀(K2FeO4)的流程如圖2所示:

圖2

①反應Ⅱ的離子方程式為

;

②加入飽和KOH溶液的目的是

____________。

(2)干法制備K2FeO4的反應中,氧化劑與還原劑的物質的量之比為________。

(3)除濕法、干法制備高鐵酸鹽外,我國學者還提出用鎳(Ni)、鐵作電極電解濃NaOH溶液制備高鐵酸鹽Na2FeO4的方案,裝置如圖3所示。

圖3

①Ni電極作________(填“陰”或“陽”)極;

②Fe電極的電極反應式:

。

(2)3∶1

【總結】

表1 三種高鐵酸鉀制備方法比較

【設計意圖】從濕法、干法、電解法三種制備方法探究高鐵酸鉀的制備原理,在復習內容上融入化學反應原理、電化學知識,使得內容和形式更加豐富。以濕法、干法制備高鐵酸鉀的流程為依托,考查反應方程式的書寫和氧化還原反應的相關內容,電解法制備高鐵酸鉀運用電解池的相關原理,回顧并拓展電化學的知識。對比三種不同的制備方法,干法制備步驟簡單,但反應溫度難以控制;濕法工藝成熟,但方法復雜;電解法操作簡便,但能耗較高,通過對三種制備方法的比較和分析,最終在廣度和深度上升華了高鐵酸鉀的相關內容。

(四)檢測——高鐵酸鉀的應用

【例5】實驗小組制備高鐵酸鉀(K2FeO4)并探究其性質。已知K2FeO4為紫色固體,微溶于KOH溶液;具有強氧化性,在酸性或中性溶液中快速產生O2,在堿性溶液中較穩定。

(1)將氯氣通入含Fe(OH)3和KOH溶液的混合物中,得到紫色固體A和溶液A。取紫色溶液A,加入稀硫酸,產生黃綠色氣體,得溶液a,經檢驗氣體中含有Cl2。為證明是否K2FeO4氧化了Cl-而產生Cl2,設計以下方案:

方案Ⅰ取少量a,滴加KSCN溶液至過量,溶液呈紅色方案Ⅱ用KOH溶液充分洗滌固體A,再用KOH溶液將K2FeO4溶出,得到紫色溶液b。取少量b,滴加鹽酸,有Cl2產生

①由方案Ⅰ中溶液變紅可知a中含有________離子,但該離子的產生不能判斷一定是K2FeO4將Cl-氧化,還可能由__________________________(離子用方程式表示)產生。

②方案Ⅱ可證明K2FeO4氧化了Cl-。用KOH溶液洗滌的目的是

。

。

。

(2)> 溶液的酸堿性不同

不能說明,方案:向紫色溶液b中滴加過量稀H2SO4,觀察溶液紫色快速褪去還是顯淺紫色(合理即可)

(1)步驟①中發生的離子方程式為

____________________;

(2)原溶液中K2FeO4的物質的量濃度為

________(用含字母的代數式表示)。

【設計意圖】例5、例6考查學生對信息的處理能力和對知識的綜合運用能力,涉及陌生氧化還原反應方程式的書寫、實驗方案的設計、分析計算等內容,同時也有對課堂內容進行延伸,例如比較氯氣和高鐵酸鉀的氧化性,起到了很好的檢測作用。這兩道題在問題設置上層層遞進,多角度考查知識的內在聯系,充分體現了化學學科核心素養。

四、反思與感悟

(一)呈現學科特色,發展學科核心素養

重視對教材內容的二次加工與呈現,使教材和試題成為一種動態的課程資源,呈現學科特色。以“物質的推斷—物質的性質—物質的制備—物質的應用”為主線復習知識,通過選擇題、推斷題、原理題、實驗題等多種題型從多角度考查知識。高三的二輪復習采取主題式復習模式,立足學生的知識水平,符合學生的認知規律,滿足學生的知識需求,讓學生更有效地參與課堂教學,落實教學目標,發展學科核心素養。

(二)構建知識網絡,培養學生綜合能力

“學生保持在記憶里的東西越多,就越有必要進行總結概括,越有必要從具體材料中抽象出真理來,越有必要進行思考和推論。”學生覺得化學難學,很多時候是因為他們的知識是零散的,缺乏知識間的聯系。通過主題式復習,以核心物質為中心進行發散,構建知識網絡,完善知識體系,活化知識應用。同時也能發揮學生的主體作用,通過不斷深入問題,引導學生逐步深入思考,培養學生的思維能力以及提高解決問題的能力。

(三)改變復習模式,促進教師專業發展

在高三的復習課中,教師要改變觀念,從“多講多練”到“精講精練”,從“一題一講”到“多題串聯”。運用主題式復習模式將同一主題的內容設置一條主線,逐一突破,打造高效課堂,提高復習的有效性。同時對教師自身而言,選擇試題、設計主線的過程也是在不斷探索、實踐和反思的過程,有利于教師專業水平的發展和提升。