3.1.2项目式学习：制备并保存氢氧化亚铁 教学设计 2023-2024学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

项目式学习：制备并保存氢氧化亚铁 一、使用教材 出版社名称：人民教育出版社 学段：高中 年级：高一 教材名称：普通高中教学书 化学（2019版） 册次：必修第一册 课次：第三章 铁 金属材料 二、实验器材 （一）实验仪器：OD溶解氧传感器、注射器、注射针、负压采血管、烧杯、试管、试管架、铁架台、数码相机、容量瓶、托盘天平、玻璃棒、胶头滴管、酒精灯、三脚架 （二）实验试剂：NaOH、绿矾、铁粉、稀硫酸、蒸馏水、双氧水、硝酸铵、氯化钠、苯、煤油、蔗糖、四氯化碳、植物油、温度计、无水乙醇 三、实验创新要点 （一）定性改进成果——开放了1种长久保存Fe(OH)2的高效装置，白色沉淀能稳定存在300天以上。 若用低浓度NaOH溶液，在真空采血管中进行实验： （1）操作简单。 即便在注入硫酸亚铁时会引入极少量空气。但这已能完全满足课堂实验需求，3种颜色同时间稳定存在，正好结合氧化还原反应知识进行解释，为Fe2+的还原性提供实验依据。 （2）气密性好。 当管内残留的氧气耗尽时，不再有新的红褐色沉淀形成，白色沉淀且能长时间保存。 （3）经济实惠。 真空采血管2毛钱一支，还能利用注射器抽气再次接近于真空，可重复使用；去掉胶帽后，还能充当小试管。 （二）定量改进成果——发明了1种制备Fe(OH)2的新方法，无需复杂装置，在普通试管中完成。 用0.28mol/L FeSO4溶液，与浓度大于7.5mol/L的NaOH溶液反应，能在普通试管中看到白色沉淀。改进实验的最大优点：不仅操作简单，材料廉价易得，实验效果好，能大面积推广，有效解决了一线教学中的痛点。 （三）数字化实验改进成果——独创了1种保存FeSO4溶液的新技术，增加溶液极性，从试剂内部抗氧化。 在FeSO4溶液中加入NaCl形成饱和氯化钠溶液，可增大溶液极性，降低溶解氧的含量，以防止硫酸亚铁被氧化。 四、实验设计思路 实验内容从“定性改进”和“定量研究”两个方向进行宏观研究，再利用溶解氧传感器寻找微观机理。 五、实验教学目标 实现教学评一致性，培养核心素养 （1）通过讨论，研究氢氧化亚铁变质的原因，能用氧化还原理论分析氢氧化亚铁的变质原因，并能从多角度设计实验； （2）通过实验探究，改进制备并保存氢氧化亚铁的方法，能从定性改进（试剂、操作和装置）和定量研究的角度，研究出制备并保存氢氧化亚铁的方法； （3）通过数字化实验，定量分析溶解氧，能用数据解释实验成功的原因，提升宏微解决问题的能力； 六、实验设计内容 （1）学生完成实验，探究定性制备氢氧化亚铁的装置和试剂，并观察在密封环境中的变色情况。 （2）实验探究不同浓度的NaOH溶液与FeSO4溶液反应的结果。 （3）测量不同NaOH溶液中、煮沸冷却后的蒸馏水在不同时间点、常见有机物的溶解氧的含量 七、实验教学过程 在大概念大单元教学背景下，我将整个实验以项目式学习的形式进行开展，设置研究课题为“项目式学习：制备并保存氢氧化亚铁”进行课下探究。类比研究生或博士论文完成课题的流程，完整的课题研究耗时的时间大于一节课，所以将本课题主要放在每天课后的选修课时间。以训练学生参与一个完整的科研项目，实现深度教学。 （一）提出项目问题 以课堂对铁的氢氧化物内容教学的失败为契机，设立研究课题，如何制备氢氧化亚铁。 （二）原理分析 从实验前、实验中、实验后三个阶段分析，如何隔绝氧气。学生思考采用的措施和运用的方法与仪器。 （三）研究进展 引导学生查阅文献，以“制备氢氧化亚铁”为关键词，在中国知网上检索，查阅前辈们已经研究的领域，避免雷同，并进行效果预估。 （四）项目设计 引导学生，从“定性研究”与“定量改进”两个方向对氢氧化亚铁的制备与保存进行研究。 （五）项目基础 完成本实验需要掌握一定的科研基础，比如：数理统计学原理、半值法与半定量方法。教师提供的响应的基础后，才能顺利推动项目的完成。 （六）项目实施 （1）定性改进； 1）操作与实际改进； 首先在普通试管中对操作和试剂进行了改进：利用煮沸并冷却后的蒸馏水新溶解绿矾晶体，与两种浓度的NaOH溶液进行滴加（用胶头滴管深入液面以下），最后再对反应后阶段，没有对装置做到隔绝氧气的措施，可以在液面上覆盖一层植物油。 结果评价：虽然制备了白色，但是白色不容易久置保存。 2）装置改进研究； 准备煮沸并迅速冷却的蒸馏水配制NaOH溶液与FeSO4溶液，。利用真空采血管的密封性，用注射器代替胶头滴管，将少量的新制硫酸亚铁溶液注入NaOH溶液中，静置，观察现象，记录不同时间点的现象，拍照保存（见图1，2）。 图1. 在真空采血管中制备氢氧化亚铁 图2. 保存于真空采血管中的白色沉淀在不同时间点的拍照 结果评价：改进成功，白色沉淀能久置保存300天以上。 （2）定量研究；