運用三重表征方式設(shè)計“鐵的重要化合物”教學(xué)

【摘要】用變化的角度看自然，用微觀的角度理解變化，并用符號描述變化是化學(xué)學(xué)科的基本特征，即要求化學(xué)教學(xué)或?qū)W習(xí)是宏觀、微觀、符號三水平的有機結(jié)合。“鐵的重要化合物”就是一節(jié)能夠很好體現(xiàn)“宏─微─符”三重表征構(gòu)建教學(xué)模式的內(nèi)容。故本節(jié)課就以其作為典型選題，結(jié)合化學(xué)實驗探究的方法，進一步體現(xiàn)“宏─微─符”三重表征的構(gòu)建教學(xué)方式在化學(xué)教學(xué)中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】運用 三重表征方式 設(shè)計 鐵的重要化合物

【中圖分類號】G65【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）11-0175-02

一、化學(xué)學(xué)習(xí)中“宏─微─符”三重表征的構(gòu)建方式

化學(xué)是在原子、分子的水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與變化的規(guī)律。

物質(zhì)的性質(zhì)體現(xiàn)在其變化上，物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)是理解性質(zhì)的基礎(chǔ)，化學(xué)符號又巧妙地從微觀層次準(zhǔn)確簡明地表達宏觀物質(zhì)及其變化規(guī)律。由此就形成了“用變化的角度看自然，用微觀的角度理解變化，并用符號描述變化”的化學(xué)學(xué)科的基本特征，即要求化學(xué)學(xué)習(xí)是宏觀、微觀、符號三水平的有機結(jié)合。

所謂表征是指信息在頭腦中的呈現(xiàn)和記載的方式，即信息和對信息的加工。

化學(xué)既研究物質(zhì)宏觀上可以直接觀察到的性質(zhì)及其變化，如物質(zhì)的顏色、狀態(tài)、反應(yīng)現(xiàn)象等；也研究物質(zhì)微觀上不能直接觀察到的結(jié)構(gòu)，運動、相互作用及基本概念和原理知識等；而作為研究和交流化學(xué)的工具，則是表示物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和變化的符號。因此，在化學(xué)上就形成了對物質(zhì)特有的三種表征形式：宏觀表征、微觀表征和符號表征。

二、運用“宏─微─符”三重表征的構(gòu)建方式設(shè)計“鐵的重要化合物”教學(xué)

（一）教材分析

本節(jié)課題“鐵的重要化合物”，其內(nèi)容包括鐵的氧化物、鐵的氫氧化物的制備和性質(zhì)、鐵鹽與亞鐵鹽的相互轉(zhuǎn)化，是常見金屬鐵的重要內(nèi)容，也是中學(xué)化學(xué)中的基礎(chǔ)知識部分。這些知識既是對前邊的實驗和理論知識補充感性認(rèn)識的材料，又可以為化學(xué)必修2理論知識的學(xué)習(xí)打下重要的基礎(chǔ)，也可以幫助學(xué)生逐步掌握學(xué)習(xí)化學(xué)的一些基本方法。

（二）教學(xué)目標(biāo)

知識與技能：（1）了解FeO、Fe2O3、Fe3O4的性質(zhì)和應(yīng)用；（2）掌握Fe2+、Fe3+的檢驗方法及相互轉(zhuǎn)化；（3）掌握Fe（OH）2、 Fe（OH）3的制備和性質(zhì)；（4）通過學(xué)生實驗，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動手能力及綜合分析能力。

過程與方法：（1）通過創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，提出鐵的重要化合物的課題；（2）通過實驗探究，學(xué)習(xí)研究問題的科學(xué)方法及過程，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力。

情感態(tài)度和價值觀：（1）通過鐵的重要化合物的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣；（2）鼓勵學(xué)生積極提出問題，培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新的精神。

（三）教學(xué)重點、難點

重點：Fe（OH）3的性質(zhì)；Fe3+、Fe2+的轉(zhuǎn)化；難點：Fe3+、Fe2+的轉(zhuǎn)化。

（四）教學(xué)構(gòu)思

采用“宏─微─符”三重表征方式設(shè)計本節(jié)教學(xué)。即先創(chuàng)設(shè)情境從宏觀現(xiàn)象著手引入課題，提出問題，然后進行猜想假設(shè)，以實驗探究為手段，以學(xué)生活動為中心展開教學(xué)。在教學(xué)中適時地提出引發(fā)學(xué)生思考的問題，引導(dǎo)學(xué)生深入分析、思考現(xiàn)象產(chǎn)生背后的原因，并用實驗進行驗證，得出相關(guān)的結(jié)論；最后再從微觀角度分析本質(zhì)，用化學(xué)符號即表征符號闡述反應(yīng)原理。

（五）教學(xué)過程

[問題引入]日常生活中大家見過的鐵銹是什么顏色的？它是怎樣生成的？屬于哪一類型的物質(zhì)？

[學(xué)生]紅棕色的；常溫下鐵被空氣中的氧氣氧化形成的，是氧化物。

[師]氧化物是化合物，鐵的化合物種類比較多，主要以+2、+3價的形式存在。本節(jié)課來學(xué)習(xí)鐵的重要化合物。

[板書]鐵的重要化合物

1.鐵的氧化物

[情境展示]展示三種固體物質(zhì)。

[提問]在實驗臺上分別放有三種固體物質(zhì)，請大家仔細(xì)觀察這三種固體物質(zhì)的顏色和狀態(tài)，你能得到什么信息？

[學(xué)生活動]觀察、總結(jié)。

[宏觀表征]一種是黑色粉末、一種是黑色固體，另一種是紅棕色粉末。

[講解]鐵元素可以形成三種氧化物，分別是氧化亞鐵（FeO）、氧化鐵（Fe2O3）和四氧化三鐵（Fe3O4）。其中，紅棕色的粉末是Fe2O3，就是大家熟悉的鐵銹的主要成分，俗稱鐵紅。常用作紅色油漆和涂料；Fe3O4是大家在初中就學(xué)過的一種鐵的氧化物，它是黑色晶體，具有磁性，故俗稱磁性氧化鐵；剩下一種黑色粉末是FeO ，它不穩(wěn)定，在空氣中易被氧化成Fe3O4。

[提示]大家知道：堿性氧化物可以與酸反應(yīng)，生成鹽和水。FeO 和Fe2O3 都是堿性氧化物。請大家書寫它們與酸反應(yīng)的離子方程式。

[學(xué)生活動]動手書寫。

[符號表征] FeO+2H+=Fe2++H2O

Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O

[過度設(shè)疑]從鐵元素的化合價+2、+3價猜想一下，鐵的氫氧化物可能有幾種？在實驗室如何制備它們？

[板書]2.鐵的氫氧化物

[學(xué)生猜想]有兩種，分別是Fe（OH）2和 Fe（OH）3，可用Fe2+、 Fe3+的可溶性鹽與NaOH溶液反應(yīng)制的。

[投影]提供藥品：FeSO4溶液、 FeCI3溶液和稀NaOH溶液；

實驗儀器：小試管；

請同學(xué)們根據(jù)提供的儀器和藥品，按照課本60頁的實驗3-9的步驟來制取鐵的氫氧化物。仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象，看看是否能得到Fe（OH）2和 Fe（OH）3，它們會是什么顏色的？

[學(xué)生活動]分組完成實驗3-9。

[強調(diào)]認(rèn)真觀察、記錄現(xiàn)象。

[學(xué)生匯報]

[宏觀表征]①在FeCI3溶液中滴加稀NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成；②而在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液時，先生成白色絮狀沉淀，而后迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色沉淀。

[設(shè)疑]為什么在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液時，生成的白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色沉淀呢？

[學(xué)生活動]思考、分析原因。

[宏觀表征]在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液，生成的白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色的沉淀與在FeCI3溶液中滴加稀NaOH溶液生成紅褐色沉淀是一樣的，說明最終都是生成了Fe（OH）3，從而說明Fe2+變成了Fe3+，化合價升高被氧化，氧化劑應(yīng)該是空氣中的氧氣。

[教師評價]分析的很好。請大家寫出這兩反應(yīng)的化學(xué)方程式。

[學(xué)生活動]動手書寫

[符號表征] FeCI3 + 3NaOH = Fe（OH）3↓+3NaCI

FeSO4+ 2NaOH=Fe（OH）2↓+Na2SO4

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

[講解]Fe（OH）3受熱時會發(fā)生分解生成Fe2O3粉末和水。

[過渡]Fe2+是鐵元素的中間價態(tài)，既有氧化性又有還原性； Fe3+是鐵元素的最高價態(tài)，只有氧化性。

[板書]3.鐵鹽和亞鐵鹽

（1）Fe3+的檢驗

[情境創(chuàng)設(shè)]展示FeCI3溶液和FeCI2溶液。

[設(shè)疑]觀察這兩種溶液的顏色有何不同？

[學(xué)生活動]觀察、思考。

[宏觀表征] FeCI2溶液呈淺綠色，F(xiàn)eCI3溶液呈棕黃色。

[設(shè)疑]如何鑒別這兩種不同價態(tài)的鹽溶液呢？請看課本61頁的實驗3-10，按照實驗步驟完成。

[學(xué)生活動]分組實驗，認(rèn)真觀察現(xiàn)象。

[宏觀表征]在FeCI3溶液中滴入KSCN溶液時，溶液立即變成紅色；而在FeCI2溶液中滴入KSCN溶液時，溶液顏色無變化。

[微觀表征]說明Fe3+能與KSCN溶液反應(yīng)，生成紅色的溶液；而Fe2+與KSCN溶液不反應(yīng)。

[結(jié)論]可以利用這一特征反應(yīng)用KSCN溶液來檢驗Fe3+ 的存在。

[設(shè)疑]通過上述的實驗探究，我們已經(jīng)了解了Fe2+、Fe3+的主要性質(zhì)及特征反應(yīng)，若現(xiàn)有FeCI2和FeCI3溶液兩瓶試劑，你能通過哪幾種方法將它們區(qū)別出來？

[學(xué)生活動]思考、總結(jié)：觀察顏色、與KSCN溶液反應(yīng)及與NaOH溶液反應(yīng)。

[教師評價]總結(jié)的很好、很全面。

[設(shè)疑]請仔細(xì)觀察課本圖3-19，會發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？這是為什么？

[學(xué)生活動]觀察：在FeCI2溶液中滴入KSCN溶液后，液面上方有一薄層的紅色。

[微觀表征]這是因為FeCI2溶液中處于上層溶液里少量的Fe2+被空氣氧化成了Fe3+，當(dāng)遇到KSCN溶液時反應(yīng)生成了紅色的溶液的緣故。

[過度]可見，F(xiàn)e2+很容易被空氣中的氧氣氧化成Fe3+。那么在實驗室中Fe2+與Fe3+是如何相互轉(zhuǎn)化呢？請大家設(shè)計實驗方案來驗證。

[板書]（2）Fe2+與Fe3+的相互轉(zhuǎn)化

[學(xué)生討論]分析轉(zhuǎn)化原理。

[微觀表征]Fe2+如果要轉(zhuǎn)化成Fe3+，化合價升高被氧化，則需要加入氧化劑。常見的氧化劑有氧氣、氯氣、KMnO4溶液等；而Fe3+要轉(zhuǎn)化成Fe2+，化合價降低被還原，則需要加入還原劑。常見的固體還原劑有Fe粉、銅粉。

[符號表征] 2Fe2++CI2 = 2Fe3++2CI-

2Fe3++Fe=3Fe2+

[設(shè)計實驗方案]在盛有FeCI3溶液的試管中加入過量鐵粉使之轉(zhuǎn)化成FeCI2溶液；在FeCI2溶液中滴入氯水，使之轉(zhuǎn)化成FeCI3溶液。

[宏觀表征] 在盛有FeCI3溶液中加入過量鐵粉，溶液逐漸由棕黃色變成淺綠色；在FeCI2溶液中滴入幾滴氯水，溶液由淺綠色逐漸變成棕黃色。

結(jié)論：Fe3+遇到較強的還原劑時，會被還原成Fe2+；而Fe2+遇到較強的氧化劑時，會被氧化成Fe3+。Fe2+和Fe3+在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。

[師]請同學(xué)們按照設(shè)計的實驗方案動手完成Fe2+與Fe3+的相互轉(zhuǎn)化實驗。

[實驗探究]學(xué)生按照自己設(shè)計的方案進行實驗。

[小結(jié)]由此，我們可以找到關(guān)于鐵元素的Fe2+、Fe3+和單質(zhì)Fe三者之間相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，我們把這種關(guān)系叫做“鐵三角”的關(guān)系。

[學(xué)生活動]動手畫出Fe2+、Fe3+和單質(zhì)Fe三者之間相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系圖，并附加轉(zhuǎn)化條件。

[教學(xué)總結(jié)]通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們認(rèn)識了金屬鐵的三種常見氧化物、了解了鐵的兩種氫氧化物的制備和性質(zhì)，還認(rèn)識了Fe2+與Fe3+之間相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系；同時更為重要的是通過這節(jié)課使我們學(xué)會了以實驗為基礎(chǔ)的探究問題的科學(xué)方法及過程。

參考文獻：

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書 化學(xué)1（必修）教師教學(xué)用書.人民教育出版社.2007，第3版.

[2]李友銀，蒲緒鳳.基于三重表征方式設(shè)計“鋁的重要化合物”教學(xué). 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011，7.

[3]孫運利，陳亞山.彰顯個性 感受精彩——評“鐵、銅及其化合物的應(yīng)用”的同課異構(gòu).中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011，5.