以与“铁”相关试题为例谈化学核心素养的培养

山东 宫建民

对于元素化合物的学习，2017年9月新颁布的《新课程标准教学要求与建议》指出：应该帮助学生建立元素与物质的联系，建立基于元素认识物质的意识。发挥物质分类、氧化还原反应、电离及离子反应等核心概念的功能价值，丰富学生认识物质及其性质的角度。通过钠、铁、硫、氮、氯元素及其化合物性质的教学，在教学中帮助学生建立基于类别、核心元素价态等认识物质性质、设计物质转化的核心角度，形成认识路径，并将其应用于解决真实问题，进而形成问题解决的思路和方法。引导学生从化学的角度认识和理解人与自然的关系，帮助学生初步形成科学的物质观和合理利用物质的意识；建立分析解决材料、环境、健康、能源等领域关于物质制备和应用等实际问题的思路和方法。促进学生在“宏观辨识与微观探析”“实验探究与创新意识”及“科学精神与社会责任”等化学学科核心素养的发展。元素化合物的学习关键在于构建“类别”“核心元素”思想。本文拟以“铁”为专题进行教学流程与思路设计，抛砖引玉。

【考题展示】(2016全国Ⅱ，28)某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题：

(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 mol/L的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是_______________________________________。

(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2+氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为_______________________________________。

(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是__________________________________________________________。

(4)丙组同学取10 mL 0.1 mol/L KI溶液，加入6 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验：

①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；

②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；

③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。

实验②检验的离子是________(填离子符号)；实验①和③说明：在I-过量的情况下，溶液中仍含有________(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为_______________________________________。

(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为_______________________________________;一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成，产生气泡的原因是_______________________________________，生成沉淀的原因是_______________________________(用平衡移动原理解释)。

【参考答案】(1)防止Fe2+被氧化

(3)隔绝空气

(4)Fe2+Fe3+可逆反应

【考题点评】本题以核心元素“铁及其化合物”为素材比较全面地考查了元素化合物的基础知识、平衡移动反应原理，值得深入探究挖掘。适合专题复习与学习使用。从知识归纳上分析，可总结两点：①Fe2+的性质及检验方法；②Fe3+的性质及检验方法。

【核心素养一】培养“实验探究与创新意识”

探究题组一

1.速力菲是一种人工合成的补铁剂，如何证明速力菲中铁元素的价态？

2.速力菲的主要成分是硫酸亚铁，如何测定速力菲中铁元素的百分含量，有哪些方法？如何操作。(提示：气体法：转化为气体，测量气体的质量或体积。沉淀法：通过反应使其转化为稳定的沉淀。滴定法：酸碱中和滴定或氧化还原滴定法)

3.思考与交流：(对上述三法之一进一步思考交流)

(1)沉淀法测量硫酸亚铁片中铁元素的百分含量，最好选择的试剂是________。

A.BaCl2溶液

B.NaOH溶液

C.氨水

D.氢氧化钠溶液和双氧水

(2)如果选用滴定法，选择哪些标准液可以滴定Fe2+浓度？指示剂如何选择？

【参考答案】1.取少量速力菲药品，加适量盐酸溶解，加入KSCN溶液，若溶液变为红色，则证明含有Fe3+；若没有颜色变化，再滴加氯水，若变红则存在Fe2+；若有颜色变化，再滴加酸性KMnO4后紫色褪去，则既有Fe2+又有Fe3+。2.可加碱使其沉淀为Fe(OH)2，称量沉淀质量求得(或其他合理答案均可)。3.(1)D (2)酸性KMnO4，不加指示剂即可。

设计说明：以真实情境材料来探究知识的运用能力。

探究题组二

1.CaCO3与FeCl3溶液能反应吗？请说明原因。

2.在有Cu2+、Fe3+、Fe2+三种阳离子的混合溶液中，如何除去Fe3+和Fe2+？

3.弱氧化剂I2能将Fe2+转化为Fe3+吗？

设计说明:拓展反应原理知识，加强核心知识的总深度。

【参考答案】1.能 FeCl3水解使溶液呈较强酸性，CaCO3可溶解其中 2.先加入H2O2，充分搅拌，加入CaO或Ca(OH)2调节pH。根据沉淀时不同的pH范围，可除去Fe3+和Fe2+3.不能

【核心素养二】培养“科学精神与社会责任”

请根据相关资料，总结Na2FeO4的有关性质，写出画线部分涉及的离子(或电极)方程式。

高铁酸钠(Na2FeO4)是一种能氧化、杀菌、脱色、除臭的新型高效水处理剂，其中铁元素的化合价是+6，有强的氧化性，从而非常有效地杀灭水中的病菌和病毒。高铁酸盐除了具有优异的氧化漂白、优良的杀菌作用以外，它还能迅速有效地去除淤泥中的臭味物质。高铁酸盐除臭主要是氧化掉诸如硫化氢(H2S)、氨气(NH3)等恶臭物质，将其转化为安全无味的物质。由于高铁酸盐在整个pH范围都具有极强的氧化性，因而对于淤泥除臭处理是较为理想的方法。

制备方法

方法一:以铁为工作电极，通过电解NaOH溶液(12 mol/L)制备高铁酸钠。

方法二:采用次氯酸盐氧化法,在10.00 mL质量分数为8%的次氯酸钠溶液中加入5.5 g氢氧化钠和0.70 g硫酸铁,可制备浓度为0.01 mol/L的高铁酸钠。

【参考答案】Na2FeO4具有漂白杀菌作用等(合理即可)

方法一：

设计说明：给出具体实用性物质，讨论制备的方法、原理，进一步提高知识的深广度与实用性。

【核心素养三】培养“宏观辨识与微观探析”

铁的化合物在生产和生活中的应用非常广泛，高铁酸盐是一种杀菌、净水的水处理剂，高铁酸盐电池是一种新型可充电电池。

(1)工业上可用如图装置制备Na2FeO4，则阳极的电极反应式为_______________________________________；

可循环使用的物质是_______________________________________。

(3)新型纳米材料ZnFe2Ox由ZnFe2O4经高温用H2还原而得，常温下能使工业废气中的CO2、SO2、NO2等酸性气体分解成其单质而除去，同时得到ZnFe2O4。若4 mol ZnFe2Ox和1 mol SO2恰好完全反应，则ZnFe2Ox中的x=________，该反应过程中的氧化剂是_______________________________________。