实验活动2 铁及其化合物的性质 教学设计-2024-2025学年人教版（2019）高一化学必修第一册

教学设计 课程名称 实验活动2 铁及其化合物的性质 授课类型 新授课 授课对象 授课时间 课时 1课时 教材 必修第一册（人教版） 教学目标及教学重点、难点 教学目标：1.认识铁及其化合物的重要化学性质。 2.学会铁离子的检验方法。 3.认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质间的相互转化。 教学重、难点：通过实验探究铁及其化合物的性质，掌握铁离子的检验方法。 核心素养 1.证据推理与模型认知：通过实验操作和实验现象分析实验原理，了解铁及其化合物的氧化性和还原性，并了解铁离子的检验方法。 2.科学探究与创新意识：通过实验操作，培养学生的实验探究、观察现象和结论分析的能力，使学生在科学探究中寻求真理，培养学生的探索未知、崇尚真理的意识。 教学方法和手段 PPT演示、实验法 教学过程(表格描述) 教学 环节 主要教学活动 设置意图 创设 问题 情境 引入 新课 【图片展示】 思考：人类在四千五百多年前就开始使用铁器。铁是目前产量最大、使用最广泛的金属。铁及其化合物具有怎样的性质?应当如何研究呢? 通过问题引入，激发学生的探究意识 新课讲授 【讲授】——铁及其化合物的性质 阅读教材P90页 【实验用品】 仪器：试管、胶头滴管、药匙、镊子。 试剂：CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、FeSO4溶液、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝。 【过渡】我们先来探究铁单质的还原性 活动一、铁单质的还原性 任务1.实验探究：铁与硫酸铜溶液、硝酸溶液的反应。 【实验操作】1.在一支试管中加入2mL CuSO4溶液，再将一段铁丝放入CuSO4溶液中。过一会儿，取出铁丝，观察现象并加以解释。 2. 在一支试管中加入2mL稀硝酸溶液，再将一段铁丝放入溶液中，观察现象并加以解释。 3. 在一支试管中加入2mL70%的浓硝酸溶液，将一段铁丝放入溶液中，观察现象，再将溶液加热，观察现象，并加以解释。 4. 在一支试管中加入2mL98%的浓硫酸，将一段铁丝放入溶液中，观察现象，再将溶液加热，观察现象，并加以解释。 【视频播放】 【学生】认真观看视频，记录实验现象，思考反应原理，完成表格内容。 实验步骤 实验现象 实验原理 实验结论 步骤1：在一支试管中加入2mLCuSO4溶液，再将一段铁丝放入硫酸铜溶液中，过一会儿，取出铁丝，观察现象并加以解释。 铁丝表面有红色物质生成,溶液颜色变浅。 Fe+CuSO4= Cu+FeSO4 金属铁可以从盐溶液中置换出比它更不活泼的金属。 步骤2：在一支试管中加入2mL稀硝酸溶液，再将一段铁丝放入溶液中，观察现象并加以解释 铁丝不断溶解，产生大量气泡，在试管口变为红棕色，溶液变为棕黄色。 Fe+4HNO3（稀）= Fe(NO3)3+ NO↑+2H2O 2NO+O2=2NO2 铁单质可以被稀硝酸氧化成Fe3+盐 步骤3：在一支试管中加入2mL70%的浓硝酸溶液，将一段铁丝放入溶液中，观察现象，再将溶液加热，观察现象，并加以解释。 先无明显现。加热会继续反应，生成红棕色气体和棕黄色溶液。 室温，铁遇浓硝酸，表面形成致密的氧化膜保护膜，阻止反应进行。加热时保护膜受到破坏，反应继续进行。Fe+6HNO3(浓） Fe(NO3)3+ 3NO2↑+3H2O 室温，铁遇浓硝酸会发生钝化。 步骤4：在一支试管中加入2mL98%的浓硫酸，将一段铁丝放入溶液中，观察现象，再将溶液加热，观察现象，并加以解释。 先无明显现。加热继续反应，生成有刺激性气味的气体和棕黄色溶液。 2Fe+6H2SO4（浓）= Fe2(SO4)3+ 3SO2↑+6H2O 铁遇冷浓硫酸钝化，加热继续反应。 【拓展】铁的钝化的应用： 1. 运浓硝酸的铁槽罐车 2. 运浓硫酸的铁槽罐车 任务2.问题探究：将铁丝插入稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中，可能 发生哪些化学反应，其先后顺序时什么？ 【学生】结合所学知识，理清思路，练习书写。 【总结】（1）足量铁与稀硫酸、稀硝酸的混合溶液反应，则可利用离子反应分析，依次发生反应：Fe＋NO3－＋4H＋==Fe3＋＋NO↑＋2H2O、2Fe3＋＋Fe==3Fe2＋、Fe＋ 2H＋==Fe2＋＋H2↑(若H＋量不足，该反应不再发生)。 （2）由于铁是变价金属元素，它与氧化性不同的氧化剂反应时，其产物中铁元素的化合价不同：Fe被弱氧化剂如S、I2、H＋、Fe3＋、Cu2＋等氧化为Fe2＋；Fe被强氧化剂如Cl2、Br2、HNO3、浓H2SO4(△)等氧化为Fe3＋。 活动二、探究Fe3+的氧化性 任务1.实验探究：观察实验现象，分析实验原理。 【实验操作】① 取3mL FeCl3稀溶液加入试管中，加入几小块铜片，振荡，过一会儿，观察现象。 ② 在一支盛有3mL水的试管中滴加几滴FeCl3稀溶液，再滴加3滴KI溶液，观察现象。然后向溶液中滴加2滴淀粉溶液，观察现象。 【视频播放】 【学生】认真观看视频，思考反应原理，完成表格内容。 实验步骤 实验现象 实验原理 实验结论 取3mLFeCl3溶液加入试管中，加入几小块铜片，振荡，观察现象。 铜片逐渐溶解，棕黄色的溶液逐渐变为蓝色 2Fe3++Cu= 2Fe2++Cu2+ Fe3＋具有氧化性 在一支盛有3mL蒸馏水的试管中加几滴FeCl3溶液，再滴加3滴KI溶液。然后向溶液中滴加2滴淀粉溶液，观察现象。 溶液颜色逐渐变深，滴加淀粉溶液后变蓝色 2Fe3++2I-= 2Fe2++I2,I2遇淀粉变蓝色 Fe3＋具有氧化性，能将碘离子氧化成I2，I2使淀粉变蓝色 任务2.问题探究：Fe3＋具有氧化性，有何特点和规律？ 【学生】认真思考。 【总结】（1）金属阳离子被还原不一定得到金属单质,如Fe3+被还原可以生成Fe,也可以被还原生成Fe2+。 （2）保存亚铁盐时,为了防止被氧化为铁盐,通常在溶液中加少量铁粉或铁钉。 （3）Fe3＋虽具有氧化性，但遇强氧化剂仍可将其氧化成更高价态的铁。如用过氧化钠与熔融的赤铁矿（Fe2O3）在高温下反应可制得高铁酸钠。（Na2FeO4）。 3Na2O2＋Fe2O3 2Na2FeO4＋Na2O。 （4）Na2FeO4具有很强的氧化性，非常有效地杀灭水中的病菌和病毒。 与此同时，自身被还原生成Fe(OH)3胶体能高效地除去水中的微细悬浮物。因此 Na2FeO4既是自来水的净水剂，又是消毒剂。 【过渡】接下来，我们继续学习亚铁盐的氧化性和还原性。 活动一、探究亚铁盐的氧化性和还原性 任务1.实验探究：观察实验现象，分析实验原理。 【实验步骤】：1.取3mLFeSO4溶液加入试管中，加入几小块锌片，振荡，观察现象。 3. 取少量酸性KMnO4溶液于试管中，逐滴加入FeSO4溶液，当溶液紫色褪去时，再滴加2滴KSCN溶液，观察现象。 【视频播放】 【学生】认真观看视频，思考反应原理，完成表格内容。 实验步骤 实验现象 实验原理 实验结论 取3mLFeSO4溶液加入试管中，加入几小块锌片，振荡，观察现象。 浅绿色溶液逐渐变为无色，同时有黑色固体生成。 Fe2＋+Zn=Fe＋Zn2+ Fe2＋具有氧化性 取少量酸性KMnO4溶液于试管中，逐滴加入FeSO4溶液，当溶液紫色褪去时，再滴加2滴KSCN溶液，观察现象 溶液的紫色逐渐褪去，后溶液呈现血红色。 5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++ Mn2++4H2O Fe3++ 3SCN-= Fe(SCN)3 Fe2＋具有还原性；Fe3＋与KSCN溶液反应成血红色溶液。 任务2.问题探究：某溶液中加KSCN溶液，颜色无变化，再加氯水 溶液变红，说明什么？发生的反应是什么？若溶液变红，然后加足量 Fe粉，红色又褪去，说明什么？写出反应的离子方程式。 【学生】认真思考，书写离子方程式。 【总结】 （1） 颜色无变化，再加氯水溶液变红，说明原溶液中无Fe3＋，有Fe2＋，2Fe2＋＋Cl2==2Fe3＋＋2Cl－。 （2） 若溶液变红，然后加足量Fe粉，红色又褪去，说明原溶液中有Fe3＋，2Fe3＋＋Fe==3Fe2＋ 【小结】亚铁离子和铁离子的相互转化 活动二、Fe(OH)2的制备 任务1.问题探究：绿矾晶体(FeSO4·7H2O)由于保存不妥或长久放置，容易被空气中的氧气氧化而变质。为探究绿矾样品的变质情况，化学兴趣小组的同学设计了下列实验方案。 可供选择的试剂：硫氰化钾溶液、酸性高锰酸钾溶液、氯水、氢氧 化钠溶液、氯化钡溶液、铁粉，请参与完成方案设计。 实验准备：取少量绿矾样品，用蒸馏水在烧杯中配成溶液。 ①如何证明绿矾已被氧化？ ②如何证明绿矾已完全被氧化 ③为了防止绿矾溶液被氧化，如何操作？ 【讲授】①取少量溶液，加入几滴硫氰化钾溶液，若观察到溶液变红色，则证明绿矾样品已被氧化。 原因：亚铁离子容易被空气中的氧气氧化成铁离子，与KSCN溶液反应生成红色的Fe(SCN)3溶液。 ②取少量溶液，加入几滴酸性高锰酸钾溶液，若观察到溶液不褪色，则证明绿矾样品完全被氧化。 原因：若硫酸亚铁部分被空气中的氧气氧化成硫酸铁，仍能使酸性高锰酸钾溶液褪色，若全部被氧化成硫酸铁，则不与酸性高锰酸钾溶液反应褪色。 ③向溶液中加入适量铁粉。 原因：实验室保存亚铁盐溶液常用方法，2Fe3＋＋Fe==3Fe2＋。 【视频播放】氢氧化钠与硫酸亚铁的反应。 【总结】制备Fe(OH)2的方法： （1）有机覆盖层法：将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4)，以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应，如图1所示。 （2）还原性气体保护法：用H2将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀，如图2所示。 【小结】制备Fe(OH)2的关键是隔绝空气(O2) （1）Fe2＋极易被氧化，所以FeSO4溶液要现用现配。 （2）为了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸馏水和NaOH溶液要煮沸，尽可能除去O2。 （3）为了防止滴加NaOH溶液时带入空气，可将吸有NaOH溶液的长滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再挤出NaOH溶液。 （4）为防止Fe2＋被氧化，还可以向盛有FeSO4溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有机物，以隔绝空气。 通过实验探究，进一步学习铁单质与强氧化剂反应的性质特点，形成对铁单质性质的较完整认识。 利用已有知识，预测并验证物质的性质，进一步认识和理解Fe3+的氧化性特点和规律。 通过实验深度探究Fe2＋的氧化性和还原性，体验科学探究的过程与方法。 依据铁离子的特殊反应掌握铁离子的鉴别方法。 课堂 练习 完成课堂练习 及时巩固、消化所学，促进掌握必备知识 课堂 总结 利用思维导图进行总结，关注化学知识建构，将课堂学习任务呈现出来的同时，理清各个知识点之间的联系。 板书设计 铁及其化合物的性质 （1）铁单质的还原性 Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu （2）铁盐的氧化性 2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+ 2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2 （3）亚铁盐的氧化性和还原性 Fe2+ + Zn = Fe + Zn2+ 5Fe2+ + MnO42- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3 （4）铁离子的检验 Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ 教学设计反思 本课时以实验探究为手段，以创设问题情境为主线，通过对实验现象的观察、原理分析、评价交流等环节，进一步认识、理解和掌握铁及其重要化合物的性质、转化及检验。教学目标清晰，任务明确，活动有效，学生参与度高，充分体现了学生的主体地位和教师的主导作用。 学科网（北京）股份有限公司 $$