基于生活和实验探究ぁ癋e3+和Fe2+的相互转化”的教学设计

陈风芳　赖胜荣

摘 要：铁元素与实际生活息息相关，也是近5年高考考试的热点之一。“Fe²⁺和Fe³⁺的相互转化”一课以生活中“怪水现象”、茶叶、维生素C和含铁药片为切入点，用Fe²⁺和Fe³⁺的相互转化的实验改进装置分析反应现象和原理，该教学设计有助于学生学会用化学知识解答生活中的问题，培养学生化学实验的技能，提高学生用实验来探究物质的世界观。

关键词：Fe²⁺；Fe³⁺；相互转化；教学设计

普通高中化学课程标准指出：常见无机物及其应用的内容标准是根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解铁等金属及其重要化合物的主要性质；知道酸、碱、盐在溶液中能发生电离，通过实验事实认识离子反应及其发生的条件，了解常见离子的检验方法；根据实验事实了解氧化还原反应的本质是电子的转移，举例说明生产、生活中常见的氧化还原反应。铁元素与实际生活息息相关，Fe²⁺和Fe³⁺的相互转化是学好铁及其化合物重要的一个环节，也是近5年高考考试的热点之一，部分教师还存在一种认识，认为按照教材的实验方案进行教学就能够完成教学目标。而实际上教科书的编写意图只是提供教学思路和素材参考，还需要广大教师积极创新，在使用教材的过程中要发挥自身的聪明才智，取得更多的成果。

一、 教材分析

“Fe³⁺和Fe²⁺的相互转化”在苏教版化学必修1专题3“从矿物到基础材料”第二单元，教材用了半页篇幅进行活动探究，提供的试剂有：铁粉、0.1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/LFeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯气。要求（1）根据氧化还原反应的基本原理，提出Fe³⁺与Fe²⁺的相互转化条件的假设。（2）设计Fe³⁺与Fe²⁺相互转化的实验方案，进行实验记录。在鲁科版化学必修1专题2“元素与物质世界”第3节“氧化剂和还原剂”，设计了“活动·探究、迁移·应用”进行学习探究铁及其化合物的氧化性和还原性。从这两个版本的教材内容对比分析，苏教版重在探究转化条件，而鲁科版重在探究Fe³⁺和Fe²⁺的氧化性和还原性。

二、 学情分析

新课学习之前，学生已有的知识：化学实验基本方法、物质的分类，掌握了离子反应的书写方法，加上前面金属的化学性质的学习和实验的操作，学生具有一定的实验观察能力和分析能力，故可以让学生进行分组实验发挥实验的魅力。新课学习中，学生心理特征分析：他们刚进入高一，化学知识尚少，很难从化学的角度去认知事物以及生活中的现象，而且对刚刚学过的氧化还原反应和离子反应不熟练，元素化合物的知识也知之甚少。所以，在情境设计上要尽可能地贴近生活，在实验设计和离子反应、氧化还原反应设计上要尽可能简单，并一步一步地引导。

三、 教学目标

通过实验掌握Fe³⁺和Fe²⁺相互转化的条件，学会应用化学知识解释生活中的现象，体会化学的乐趣。

四、 教学重难点

Fe²⁺与Fe³⁺的相互轉化。

五、 教法与学法

本节课的教学设计流程为情景创设-实验探究-回归生活-知识小结，本节课的教法定位为根据学生已具备的知识和能力，采用启发诱导法、实验探究法，分组讨论法，并与多媒体有机结合等多种方法综合进行教学。学法为学生设计实验→进行实验操作→实验观察→实验现象分析→得出结论，在活动中相互交流、相互评价，让学生成为课堂的主体。

六、 教学过程

（一） 情境创设，发现问题

【引入】课件展示刘家村“怪水现象”的新闻报道，让学生讨论交流里面隐藏的奥秘。设计意图：通过生活实例激起学生强烈的好奇心和求知欲，为本节课的学习埋下伏笔。

（二） 实验掲秘，提出问题

【演示实验】取一杯茶水，用蘸Fe²⁺玻璃棒，让学生观察茶水变化并提出问题：①茶水为什么变成了墨水？然后在墨水中挤入几滴柠檬酸，提出问题：②墨水又为什么变成了茶水？

【师生互动】引导学生回顾离子反应和氧化还原反应的相关知识，认真思考。提示学生三价铁离子遇到茶叶中的单宁酸会类似三价铁离子遇到KSCN溶液显出特殊的颜色，即蓝黑色，而二价亚铁离子无此现象。但是这里为什么蘸Fe²⁺晶体的玻璃棒也能使茶水变蓝黑色呢？

【学生回答】亚铁离子被空气当中的氧气反应变为三价铁，亚铁离子的化合价升高，做还原剂，氧气在这里起到氧化性的作用。加入柠檬酸溶液，三价铁离子又会变为亚铁离子，柠檬酸在这里起到还原性的作用，所以蓝黑色退去。

【教师追问】实验室还有其他可以代替氧气和柠檬酸的氧化剂和还原剂吗？

（三） 小组合作，解决问题

【实验探究】启发学生运用氧化还原反应的观点理解三价铁和亚铁转化的实质，在给定试剂的条件下，设计实验方案，组织学生对设计的实验方案进行验证，写出相应的离子方程式。

第一组：提供试剂FeCl2溶液、KSCN溶液、新制氯水，试管，胶头滴管（教材内）。

第二组：提供试剂FeCl2溶液、KSCN溶液、双氧水，试管，胶头滴管（课外延伸）。

第三组：提供试剂FeCl3溶液、KSCN溶液、铁粉，试管，胶头滴管（教材内）。

第四组：提供试剂FeCl3溶液、KSCN溶液、维生素C，试管，胶头滴管（课外延伸）。

【学生归纳】小组派代表陈述本组实验方案、现象以及结论。

【教师归纳】老师归纳四组的实验结论，重点强调亚铁和三价铁的转化牵扯了氧化还原反应，亚铁变成三价铁，被氧化，需加入氧化剂。三价铁变成亚铁，被还原，需加入还原剂。

【教师演示】同学们的四组实验，其实用一套装置就可以了。如下图所示：取一定量FeCl3溶液到三颈瓶中，滴入几滴KSCN溶液，长玻璃管平衡装置内外气压。针筒a中装有VC溶液，滴入锥形瓶，观察到溶液血红色消失，说明此时Fe³⁺被还原生成Fe²⁺；针筒b装有H2O2溶液，滴入锥形瓶，观察到溶液血红色又出现，此时Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺。

（四） 回归生活，学以致用

课件展示生活中的各种补铁药品，与铁过量的危害对比，让学生学会用辩证的思想看待事物。展示外加薄膜衣的补铁药片与使用说明书，引导学生自主提问：①补铁药片外层的薄膜衣有什么作用？②为什么与维C同服，有利于药片的吸收？

【设计意图】通过具体生活中的问题，使学生对氧化性和还原性具有更深刻的认识，也明白化学与生活息息相关，培养学生灵活应用知识的能力。

（五） 课堂小结，作业布置

【课堂小结】Fe³⁺Fe²⁺

【作业布置】①如何配制FeCl2溶液？

②了解制作印刷电路板的原理。

七、 板書设计

Fe³⁺和Fe²⁺的转化

（一） 现象解释

1. 茶水变墨水：2Fe²⁺+O2+4H+2Fe³⁺+2H2O；Fe³⁺遇单宁酸呈蓝黑色

2. 墨水变茶水：Fe³⁺→Fe²⁺

（二） 转化条件

1. Fe²⁺→Fe³⁺ 化合价升高被氧化加入较强氧化剂。

如：酸性KMnO4、Cl2、Br2、O2、浓H2SO4、HNO3等

2. Fe³⁺→Fe²⁺ 化合价降低被还原加入较强还原剂。

如：柠檬酸酸、KI溶液、维生素C、单质Fe、Cu、Zn等

八、 教学反思

1. 魔术实验创设教学情境，与生活密切相关，提高学生的学习兴趣。

2. 教材中使用的氧化剂是氯水，需制备氯气获得，难度较大，且存在污染问题。本实验使用的氧化剂H2O2溶液，易获得，且产物无污染。

3. 实验改进装置可同时实现Fe²⁺与Fe³⁺的相互转化，操作简便，能重复使用，符合绿色化学思想。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003：7-8.

[2]夏建华，后勇军.知识建构型翻转课堂典型案例研究——以“铁的重要化合物”的教学为例[J].化学教学，2015（9）：27-31.

[3]张英锋，张永安.铁化合物与亚铁化合物间的相互转化及其应用教学设计[J].中小学教学研究，2008（1）：39-40.

作者简介：

陈风芳，赖胜荣，福建省漳州市，厦门双十中学漳州校区。