9.2 过氧化氢与硫酸亚铁反应制备絮凝剂的实验探究 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

过氧化氢与硫酸亚铁反应制备絮凝剂的实验探究 高中化学 01. 实验基本信息 02. 实验设计思路与创新点 03. 实验原理 04. 实验目标 05. 教学过程 06. 实验效果评价 实验基本信息 01 教学中发现问题 教学中发现问题 高考试题中的FeSO4与H2O2 教学中发现问题 探究小组合影 实验设计思路与创新点 02 实验设计思路 3.引入实际应用增强学习动力 2.自主探究 小组合作结合 Fast and effective creation of your presentation 1.从现象出发 激发探究兴趣 4.知识闭环 强化理解 实验原理 03 实验原理 ③2Fe2+ +H2O2+ 4H2O = 2 Fe(OH)3↓ +4H+ ①2FeSO4+ H2O2═══2 Fe(OH)SO4↓ 利用FeSO4与H2O2 制备PFS的方程式可表示为： 2Fe2+ + H2O2+ (n-2)H2O +(3-n/2)SO42-= Fe2(OH)n(SO4) (3-n/2) + (n-2)H+ m Fe2(OH)n(SO4) (3-n/2)=[Fe2(OH)n(SO4) (3-n/2)]m ②2Fe2+ +H2O2+ 2H+ = 2Fe3+ +4H2O 实验教学目标 04 实验教学目标 分支目标一 知识层面： 了解环境的酸碱性及浓度对反应产物的影响；了解并能制备新型净水剂。 1 化学 4 素养层面：培养学生严谨求实的科学态度，增强学生环保意识。 3 能力层面：体会科学探究过程，提高实验探究能力。 2 思维层面：体会控制变量思想在探究合成目标产物的最佳反应条件的实验设计。 实验教学过程 05 项目式教学模型 在大概念的教学背景下，我将整个实验以项目式学习的形式进行展开，设置研究课题为“基于过氧化氢与硫酸亚铁反应的实验现象——探究实验室制备絮凝剂”。完整的课题研究耗时大于一节课，所以将本课题放在每天课后的选修课，训练学生参与一个完整的科研项目，实现深度教学。 项目一：H2O2与FeSO4溶液的作用探究黄褐色沉淀的生成条件及成分 ①不加酸碱条件下实验现象及原因分析： 学生设计实验：取不同浓度的H2O2溶液与不同浓度的FeSO4溶液在 不加酸碱、酸性、碱性条件下混合，观察现象。 试剂 现象图片 3 mL 30%H2O2 1 滴 0.5 mol/LFeSO4 3 mL 30%H2O2 1 mL 0.5 mol/LFeSO4 证据推理 发现问题 设计实验 实验验证 提出猜想 文献素材 实际应用 立即变为红褐色，反应越来越剧烈。 用激光笔照射有明显的丁达尔现象。 液体立即变为红褐色，剧烈反应，放大量热，产生大量气泡。 静置得黄褐色沉淀。 项目一：H2O2与FeSO4溶液的作用探究黄褐色沉淀的生成条件及成分 试剂 现象图片 3 mL 10%H2O2 1 滴 0.5 mol/LFeSO4 3 mL 10%H2O2 1 mL 0.5 mol/LFeSO4 3 mL 0.5 mol/LFeSO4 1 滴 30%H2O2 3 mL 0.5 mol/LFeSO4 1 滴 10%H2O2 溶液变为浅红褐色，用激光笔照射有丁达尔现象，产生少量气泡。 取上层清液滴加 KSCN 溶液，呈浓血红色。 液体立即变为红褐色，剧烈反应。 静置得黄褐色沉淀。 溶液立即呈红褐色，产生少量气泡，用激光笔照射有明显的丁达尔现象，静置无变化。 与上一组现象类似，产物对比如图。 上清液pH减小 项目一：H2O2与FeSO4溶液的作用探究黄褐色沉淀的生成条件及成分 ①不加酸碱条件下实验现象的原因分析： 取洗涤后的黄褐色沉淀于两支试管中，一份滴加稀盐酸，沉淀溶解得到黄色溶液（与盐酸酸化的FeCl3溶液颜色类似），再滴加BaCl2溶液，有白色沉淀生成。 另一份滴加稀硫酸，沉淀溶解，得到溶液接近无色。分别向上述两份溶液滴加KSCN溶液，均出现浓血红色。 项目一：H2O2与FeSO4溶液的作用探究黄褐色沉淀的生成条件及成分 学生设计实验验证黄褐色沉淀的成分 黄褐色固体中含有碱式硫酸铁 项目一：H2O2与FeSO4溶液的作用探究黄褐色沉淀的生成条件及成分 ②强酸性条件下实验现象及原因分析： 弱酸性条件下实验现象及原因分析： 3 mL 0.5 mol/LFeSO4 1 mL 2 mol/LH2SO4 1 mL 30%H2O2 3 mL 30%H2O2 1 mL 2 mol/LH2SO4 1 mL 0.5 mol/LFeSO4 3 mL 10%H2O2 1 滴 2 mol/LH2SO4 1 mL 0.5 mol/LFeSO4 3 mL 30%H2O2 1 滴 2 mol/LH2SO4 1 滴 0.5 mol/LFeSO4 立即变为黄色，静置无沉淀生成。 溶液呈黄色，有少量气泡产生，静置无沉淀生成。 剧烈反应，液体变为红褐色，激光笔照射有明显的丁达尔现象。 溶液呈浅黄色，有少量气泡产生，静置无沉淀生成。 项目一：H2O2与FeSO4溶液的作用探究黄褐色沉淀的生成条件及成分 强酸性条件下实验现象及原因分析： H2O2溶液将Fe2+氧化为Fe3+ ，Fe3+催化H2O2的分解，既无聚合硫酸铁胶体也无Fe(OH)3沉淀产生。 弱酸性条件下实验现象及原因分析： H2O2溶液将Fe2+氧化为Fe3+，当Fe2+量较多时，得到的聚合硫酸铁或Fe(OH)3胶体的现象明显，当Fe2+较少时，得到胶体的现象不明显。 学生分析： 项目一：H2O2与FeSO4溶液的作用探究黄褐色沉淀的生成条件及成分 ③强碱性条件下实验现象及原因分析： 弱碱性条件下实验现象及原因分析： 3 mL 0.5 mol/LFeSO4 1 mL 2 mol/L NaOH 1 mL 30%H2O2 3 mL 10%H2O2 1 mL 2 mol/L NaOH 1 mL 0.5 mol/LFeSO4 3 mL 10%H2O2 1 滴 2 mol/L NaOH 1 mL 0.5 mol/LFeSO4 1 mL 30%H2O2 1 滴 2 mol/L NaOH 1 mL 0.5 mol/LFeSO4 液体立即变为红褐色，产生大量气体，得大量红褐色沉淀。 液体立即变为红褐色，剧烈反应，产生大量气体，得红褐色沉淀，无丁达尔效应。 剧烈反应，液体立即变为红褐色，稍后得大量黄褐色沉淀。 剧烈反应得到大量红褐色沉淀( 其间夹杂有黄褐色沉淀) ，无丁达尔效应。 项目一：H2O2与FeSO4溶液的作用探究黄褐色沉淀的生成条件及成分 强碱性条件下实验现象及原因分析： Fe2+被H2O2快速氧化为Fe3+ ，含铁物质催化H2O2分解剧烈，同时得到大量Fe(OH)3沉淀。 弱碱性条件下实验现象及原因分析： FeSO4溶液与H2O2作用得到聚合硫酸铁和Fe(OH)3胶体。 学生分析： 项目二：查阅文献了解聚合硫酸铁 学生通过翻阅教材，发现苏教版教材中出现了聚合硫酸铁。提到它是一种优秀的净水剂。所以学生产生了在实验室制备这种净水剂的想法。 接下来探究小组通过阅读文献，总结出三种制备它的方法。 证据推理 发现问题 提出猜想 设计实验 文献素材 实验验证 实际应用 项目二：查阅文献了解聚合硫酸铁 FeSO4 H2SO4 H2O 1、催化剂和O2 或强氧化剂 2、水解 3、聚合 液体PFS 催化氧化法、直接氧化法、生物氧化法 证据推理 发现问题 提出猜想 设计实验 文献素材 实验验证 实际应用 探究小组进一步提出在实验室用FeSO4和H2O2采取直接氧化法合成聚合硫酸铁用于净水的想法。 项目三：实验室模拟工业制备聚合硫酸铁 实验1 : 向 3 mL 30% H2O2溶液中滴加0.5 mL饱和FeSO4溶液，振荡。 学生分析：反应剧烈有液体喷出，最终得到黄褐色沉淀。 预测该黄褐色沉淀中含有碱式硫酸铁但是溶液PH明显减小。 结合反应原理，说明也含有氢氧化铁，效果不好。 ① 2FeSO4+ H2O2═══ 2Fe(OH)SO4↓ 同时 ②2Fe2+ +H2O2+ 4H2O = 2 Fe(OH)3↓ +4H+ 项目三：实验室模拟工业制备聚合硫酸铁 实验2: 向3 mL饱和FeSO4溶液中滴加1mL 30% H2O2溶液，振荡。 学生分析：与实验1所得浊液类似，颜色稍带红褐色，说明混有少许Fe(OH)3沉淀。 由于一次性加入较多的H2O2, 会有大量H2O2分解，浪费药品。 同时温度升高会促使Fe3+水解生成沉淀。 项目三：实验室模拟工业制备聚合硫酸铁 实验 3: 向3 mL饱和FeSO4溶液中逐滴滴加30% H2O2溶液，边滴加边振荡，至红棕色液体的颜色不再加深，观察现象，与商品 PFS 浊液对比外观类似 PFS浊液静置逐渐变为红褐色胶体，且稳定性好，加热至沸腾，依旧不会产生沉淀。 实验3所得体系稳定性较差，加热会沉淀。 学生分析：是因为其中混有Fe(OH)3,为避免Fe(OH)3的干扰，提出在氧化时滴加硫酸酸化。 与 项目三：实验室模拟工业制备聚合硫酸铁 实验4:向3mL饱和FeSO4溶液中，先滴加1滴 10 mol/L的H2SO4溶液，再逐滴滴加30% H2O2溶液，边滴加边振荡，4滴时效果最佳。 加热至沸腾，样品可以达到PFS的稳定程度。 项目三：实验室模拟工业制备聚合硫酸铁 证据推理 发现问题 提出猜想 设计实验 实验验证 文献素材 实际应用 项目三：实验室模拟工业制备聚合硫酸铁 学生结合计算选出最佳条件为： 证据推理 发现问题 提出猜想 设计实验 实验验证 文献素材 实际应用 实验效果评价 06 实验效果评价 深入的资料查阅与理论学习 实际应用测试与效果分析 学生自主探究与实验设计 工业制备模拟实验 谢谢! 2024.6.28 石家庄 ﹒ Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $$