第1节 铁的多样性 第3课时（教学设计）化学鲁科版2019必修第一册

第一节 铁的多样性 第3课时 铁及其化合物之间的转化关系 一、知识目标 1.掌握检验补铁剂中铁元素价态的实验方法，能够根据实验现象得出正确结论。 2.理解铁及其化合物之间的转化关系，明确相同价态和不同价态铁元素物质转化的途径。 3.了解铁及其化合物的制备方法，掌握亚铁盐溶液的保存措施。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：通过观察铁及其化合物的颜色、状态等宏观现象，探析其微观结构和价态变化，理解铁元素不同价态的性质差异。 2.证据推理与模型认知：根据实验现象和数据，推理铁元素价态及铁及其化合物之间的转化关系，建立铁元素转化的化学模型。 3.科学探究与创新意识：设计并实施检验铁元素价态和探究绿矾变质情况的实验方案，培养探究能力和创新思维。 一、教学重点 1.铁元素价态的检验方法。 2.铁及其化合物之间的转化关系。 二、教学难点 1.设计实验方案检验铁元素价态及探究绿矾变质情况。 2. 理解铁及其化合物转化在实际中的应用。 本节教学内容源于鲁科版2019必修第一册第三章《物质的性质与转化》第一节《铁的多样性》第3课时《铁及其化合物之间的转化关系》。铁及其化合物知识是高中化学元素化合物知识的重要组成部分，在生产生活中有着广泛的应用。铁元素价态多样，化合物种类丰富，其转化关系体现了氧化还原反应和复分解反应的重要规律，对于学生深入理解化学反应原理、构建元素化合物知识体系具有重要意义。 本课时聚焦于铁及其化合物之间的转化关系，先通过补铁剂中铁元素价态的检验这一探究活动，引导学生掌握铁元素价态的检验方法，体会铁及其化合物之间的转化在实际中的应用。在此基础上，系统总结铁及其化合物之间的转化规律，包括相同价态铁元素物质间通过复分解反应转化，不同价态铁元素物质间通过氧化还原反应转化。最后介绍铁及其化合物的制备、保存以及铁元素与人体健康等知识，拓宽学生的视野，体现化学知识的实用性。 教学对象是初高中阶段的学生，在初中阶段，学生已经对铁的一些基本性质有了初步的了解，如铁能与氧气、酸等发生反应。但对于铁及其化合物之间的转化关系缺乏系统的认识，对不同价态铁元素的性质和转化规律理解不够深入。 在思维能力方面，初高中学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段。他们在学习过程中，更倾向于直观、具体的实验现象和实例。对于复杂的化学概念和理论，需要通过实验探究、实例分析等方式逐步引导他们理解和掌握。 在知识储备上，学生已经学习了氧化还原反应、离子反应等基本理论知识，但在实际应用中还不够熟练。在本节课的学习中，他们需要将这些理论知识应用到铁及其化合物的转化中，这对他们来说具有一定的挑战性。 此外，学生对化学实验有着浓厚的兴趣，但在实验设计、操作和分析能力方面还有待提高。在教学过程中，应充分利用实验探究活动，激发学生的学习兴趣，培养他们的实验技能和科学思维能力。同时，结合生活实际，如补铁剂、人体健康等内容，让学生感受到化学与生活的紧密联系，提高学生的学习积极性和主动性。 教学环节一 新课导入 【提问】同学们，铁是人体必需的微量元素中含量最多的一种（约4~5克）缺铁会导致人的记忆能力、免疫能力和对温度的适应能力等生理功能下降。在开始今天的化学之旅前，我们先来聊一聊生活中与铁有关的那些事儿。大家在生活里都接触过哪些含铁的物品或者食物呀？可以和身边的同学交流一下，然后大胆地说出来。 【学生回答】铁锅、铁钉、菠菜、动物肝脏等 【讲解】大家说得都很不错。不知道同学们有没有注意过，有时候身边的人会服用补铁剂来补充铁元素。那大家有没有想过，这些补铁剂里的铁元素到底是以什么样的价态存在的呢？是 +2 价的亚铁离子，还是 +3 价的铁离子，又或者两者都有呢？为了揭开这个谜底，今天我们就一起来做一个有趣的实验——检验某补铁口服液中铁元素的价态。通过这个实验，我们不仅能了解补铁剂中铁元素的价态，还能深入探究铁及其化合物之间的转化关系。现在，就让我们一起开启这场充满挑战和惊喜的化学探索之旅吧！ 设计意图 1.激发学生兴趣：以学生熟悉的生活场景和物品为切入点，引导学生交流讨论，能迅速拉近化学与生活的距离，激发学生的表达欲望和学习兴趣，使学生积极主动地参与到课堂活动中来。 2.联系生活实际：介绍铁元素对人体的重要性以及补铁剂的作用，让学生深刻认识到化学知识在日常生活中的广泛应用，增强学生对化学学科的认同感和重视程度。 3.引发思考，导入新课：提出关于补铁剂中铁元素价态的问题，引发学生的好奇心和求知欲，自然地过渡到本节课的实验探究和知识学习，让学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 补铁剂中铁元素价态的检验 活动一：实验准备 【提问】请同学们结合已学知识，对某补铁口服液中铁元素的价态做出猜想。 【学生回答】 猜想：样品中只含有 猜想：样品中只含有 猜想：样品中含有和。 【提问】同学们回答的很好，那么有哪些铁元素价态的检验方法呢？ 【学生回答】 1.观察法：溶液呈浅绿色，溶液呈棕黄色。但如果溶液中离子浓度很小，很难通过观察颜色来确认。 2.显色法： o遇溶液会变成红色溶液，遇溶液会生成红褐色沉淀； o遇溶液无现象，再加或后变红，遇溶液先生成白色沉淀，迅速变灰绿色，最后变成红褐色沉淀。 3.氧化还原法： o能使淀粉 - 试纸变蓝，不能使酸性溶液褪色； o不能使淀粉 - 试纸变蓝，能使酸性溶液褪色。 【提问】同学们回答的很好，实验用品有：某补铁口服液，H2SO4溶液，NaOH溶液，酸性KMnO4溶液，氯水，KSCN（硫氰酸钾）溶液，试管，胶头滴管。现在请同学们设计实验。 【学生回答】 方案一：取少量口服液于小试管中，滴入溶液，没有明显现象，滴加少量氯水，若溶液变为血红色，则口服液中铁元素为价。 方案二：取少量口服液于小试管中，滴入酸性溶液，若溶液紫色褪去，则口服液中铁元素为价。 方案三：取少量口服液于小试管中，滴加溶液，若先生成白色沉淀，迅速变灰绿色，最后变成红褐色，则口服液中铁元素为价。 设计意图 引导学生进行实验准备，培养学生科学探究的能力与对问题的思考解决能力，为将进行的实验进行理论准备。 活动二：实验验证 【进行实验】请同学们按照实验方案进行实验，经实验现象与实验结论填入下表中： 实验步骤 实验现象 实验结论 取少量口服液于小试管中，滴入 KSCN 溶液，没有明显现象，滴加少量氯水 取少量口服液于小试管中，滴入酸性 KMnO₄溶液 取少量口服液于小试管中，滴加 NaOH 溶液 【学生回答】 实验步骤 实验现象 实验结论 取少量口服液于小试管中，滴入 KSCN 溶液，没有明显现象，滴加少量氯水 溶液变为血红色 口服液中铁元素为 + 2 价 取少量口服液于小试管中，滴入酸性 KMnO₄溶液 KMnO₄溶液紫色褪去 口服液中铁元素为 + 2 价 取少量口服液于小试管中，滴加 NaOH 溶液 先生成白色沉淀，迅速变灰绿色，最后变成红褐色 口服液中铁元素为 + 2 价 【讲解】同学们进行的很好，可以通过实验看出，补铁剂中铁元素的价态为+2价。 设计意图 通过实验来探究补铁剂中铁元素的价态，培养学生的动手操作能力，能让学生更清楚的认识到实验在化学学科中的重要作用。 活动三：实验总结 【提问】请同学们就刚刚进行的实验，回答以下问题： 1.在你设计的实验方案中，涉及哪些含铁物质之间的转化？为什么要利用这些转化？ 2．可以用NaOH溶液检验补铁试剂中铁元素的价态吗？为什么？ 3.补铁剂含有的其他成分是否会影响实验结果的可靠性？为什么？ 4.若补铁剂中同时含有Fe2+和Fe3+，应如何检验二者的存在呢？ 【学生回答】 1.在检验补铁剂中铁元素价态的实验方案中，通常会涉及到Fe²⁺和Fe³⁺之间的转化。例如，可以通过将Fe²⁺氧化为Fe³⁺来检测Fe²⁺的存在，或者通过还原Fe³⁺来检测Fe³⁺的存在。这些转化是必要的，因为不同价态的铁离子具有不同的化学性质和反应特性，通过这些转化可以更准确地鉴别和定量分析铁元素的不同价态。 2.直接使用NaOH溶液来检验补铁试剂中铁元素的价态并不是最佳选择。虽然Fe²⁺与NaOH反应生成白色的Fe(OH)₂沉淀，但该沉淀迅速被氧气氧化成灰绿色最终变为红褐色的Fe(OH)₃沉淀；而Fe³⁺与NaOH反应直接生成红褐色的Fe(OH)₃沉淀。由于Fe(OH)₂极易被氧化，观察到的现象可能不明显或容易混淆，因此这种方法不够精确和可靠。更好的方法是使用特定的试剂如KSCN（硫氰化钾）来检测Fe³⁺，或使用KMnO₄（高锰酸钾）等氧化剂来检测Fe²⁺。 3.补铁剂中含有的其他成分可能会对实验结果的可靠性产生影响。例如，一些有机物或其他金属离子可能干扰铁离子的检测反应，导致假阳性或假阴性的结果。为了确保实验结果的准确性，需要在实验前对样品进行适当的预处理，如去除干扰物质或选择特异性更高的检测方法。此外，了解补铁剂的具体成分并选择合适的实验条件也是提高实验可靠性的关键。 4.若补铁剂中同时含有Fe²⁺和Fe³⁺，可以通过以下步骤分别检验二者的存在： 检验Fe³⁺：取适量样品溶液，加入几滴KSCN溶液，如果溶液变为血红色，则说明存在Fe³⁺。 检验Fe²⁺：另取一份样品溶液，先加入少量过氧化氢（H₂O₂）将其部分Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后加入KSCN溶液，观察是否出现血红色。接着，在另一份未加H₂O₂的样品溶液中加入高锰酸钾（KMnO₄）溶液，如果KMnO₄的紫色褪去，则说明存在Fe²⁺，因为Fe²⁺具有还原性，能将KMnO₄还原。 设计意图 通过问题让学生对实验有更清楚的认识，培养学生思考问题的能力。 教学环节三 铁及其化合物之间的转化关系 活动一：课堂思考引入 【引入】在检验补铁剂中铁元素价态的实验中，我们涉及到了一些含铁物质之间的转化。那么铁及其化合物之间到底存在怎样的转化关系呢？这就是我们接下来要学习的内容。 设计意图 通过刚刚进行的实验中铁元素的转化引入即将学习的铁及其化合物之间的而转化关系，激发学生的学习兴趣。 活动二：铁及其化合物之间的转化关系 【问题】请同学们观察铁的价类二维图中的含铁物质：、、、、、、，思考含有相同价态铁元素的物质之间以及含有不同价态铁元素的物质之间可以通过什么反应实现转化？ 【学生回答】 1.从 Fe²⁺ 到 Fe(OH)₂，可以加入碱，发生复分解反应：Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓；从 Fe(OH)₂ 到 Fe²⁺，可以加入酸，发生复分解反应：Fe(OH)₂ + 2H⁺ = Fe²⁺ + 2H₂O。 2.从 Fe²⁺ 到 Fe³⁺，需要加入氧化剂，如 Cl₂、O₂、HNO₃、KMnO₄ 等，发生氧化还原反应：2Fe²⁺ + Cl₂ = 2Fe³⁺ + 2Cl⁻；从 Fe³⁺ 到 Fe²⁺，需要加入还原剂，如 Fe、Cu 等，发生氧化还原反应：2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺。 【讲解】 含有相同价态铁元素的物质之间的转化，可借助复分解反应实现； 含有不同价态铁元素的物质之间的转化，可借助氧化还原反应实现。 【讲解】 1.铁及其化合物的制备： 冶炼铁：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 Fe2O3+2Al=Al2O3+2Fe 亚铁盐、铁盐的制备：，，。 2.亚铁盐溶液的保存： 加入少量铁粉，防止亚铁盐被氧化：； 3.密封保存，防止被空气中的氧气氧化。 设计意图 从铁的价类二维图入手，探究铁及其化合物之间的转化关系，激发血汗俄国的学习兴趣培养学生的思考能力。 活动三：知识拓展 【讲解】铁元素是人体中含量最高的生命必需微量元素，承担着极其重要的生理功能。血红蛋白分子中含有Fe2+，它使血红蛋白分子具有载氧功能，能将肺部吸入的氧气输送到全身各组织，供细胞使用。人体内的铁元素主要来源于食物。动物血、肝脏、骨髓以及蛋黄、菠菜、木耳、红枣、大豆、芝麻等食物含有丰富的铁元素。维生素C具有还原性，可以将Fe3+还原为Fe2+ ，食用维生素C含量较高的食物有利于人体对铁元素的吸收。 【问题】为了提高皮革的耐曲折强度以及耐化学药剂和微生物的作用，常常使用绿矾作为鞣革剂。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，请完成方案设计。实验准备：取少量绿矾样品，用蒸馏水在烧杯中配成溶液。 (1)如何证明绿矾已经被氧化? (2) 如何证明绿矾已经被完全氧化? (3)在使用硫酸亚铁时，如何防止Fe3+的干扰? 【学生回答】 1.要证明绿矾（FeSO₄·7H₂O）已经被氧化，可以通过检测溶液中是否存在Fe³⁺来实现。具体步骤如下： 取少量配制好的绿矾溶液。 向其中加入几滴硫氰化钾（KSCN）溶液。 如果溶液变为血红色，则说明存在Fe³⁺，表明绿矾已经被部分或完全氧化。 2.要证明绿矾已经被完全氧化，需要同时检测溶液中是否存在Fe²⁺和Fe³⁺，并确认Fe²⁺已经不存在。具体步骤如下： 首先按照上述方法检测Fe³⁺的存在，确认溶液变为了血红色。 然后取另一份绿矾溶液，向其中加入少量酸性高锰酸钾（KMnO₄）溶液。 如果KMnO₄的紫色不褪去，则说明溶液中没有Fe²⁺存在，即绿矾已经被完全氧化为Fe³⁺。 3.在使用硫酸亚铁（FeSO₄）时，为了防止Fe³⁺的干扰，可以采取以下措施： 添加还原剂：在硫酸亚铁溶液中加入适量的还原剂，如铁粉或抗坏血酸（维生素C），以将可能存在的Fe³⁺还原为Fe²⁺。 控制pH值：通过调节溶液的pH值，使其保持在较低水平，可以抑制Fe²⁺被空气中的氧气氧化成Fe³⁺。 隔绝空气：在使用和储存硫酸亚铁溶液时，尽量减少与空气的接触，可以使用密封容器并在溶液表面覆盖一层油膜等方法来隔绝空气，从而减缓氧化过程。 设计意图 讲解与生活相关的化学知识，拓展学生的视野，培养学生的思考能力与对生活中常见化学现象的认识。 第一节 铁的多样性 第3课时 铁及其化合物之间的关系 一、补铁剂中铁元素价态的检验 1.检验方法 o观察法 o显色法 o氧化还原法 2.实验方案 o猜想与设计 o实施与结论 3.思考讨论 2、 铁及其化合物之间的转化关系 1.相同价态转化（复分解反应） 2.不同价态转化（氧化还原反应） 3、 应用 1.制备 o冶炼铁 o亚铁盐、铁盐制备 2.保存 o加铁粉 o密封 4、 铁元素与人体健康 1.生理功能 2.科学饮食 1、下列离子的检验方法合理的是(C) A．向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色，说明原溶液中不含Fe2＋ B．向某溶液中通入Cl2，然后再加入KSCN溶液变红色，说明原溶液中 含有Fe2＋ C．向某溶液中加入KSCN溶液呈红色，说明原溶液中含有Fe3＋ D．向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀，又观察到沉淀颜色逐渐变 为红褐色，说明原溶液中含有Fe2＋, 不含有Mg2＋ 2.下列说法正确的是（D） A. 下列制备无水 FeCl₃ 的转化均能一步实现：Fe₂O₃ ⟶盐酸⟶盐酸​ FeCl₃(aq) ⟶蒸发⟶蒸发​ 无水 FeCl₃ B. 只能通过化合反应制取 Fe₃O₄ C. 给试管①中铁粉与湿棉花加热，试管②中肥皂水冒泡，说明铁与水蒸气在加热条件下发生了反应 D. Cu 与 FeCl₃ 溶液反应可生成 FeCl₂ 3.将Cu片放入0.1 mol·L⁻¹ FeCl₃溶液中，反应一段时间后取出Cu片，溶液中c(Fe³⁺):c(Fe²⁺)=2:3，则溶液中Cu²⁺与Fe³⁺的物质的量之比为（B） A. 3:2 B. 3:4 C. 3:5 D. 4:3 4. 已知：①绿茶中含有大量的鞣酸；②鞣酸亚铁溶液为无色，鞣酸铁溶液为蓝黑色。根据如图所示的实验流程分析，下列叙述错误的是（C） A. 绿茶叶水与 FeSO₄ 反应生成的鞣酸亚铁易被氧化成鞣酸铁而呈蓝黑色 B. 维生素 C 可将鞣酸铁还原成鞣酸亚铁 C. ④中发生的反应有2个 D. 服用补铁剂时不能喝绿茶 在本次教学中，通过实验探究补铁剂中铁元素价态的检验，学生对铁及其化合物的性质有了更直观的认识，提高了动手能力和分析问题的能力。在讲解铁及其化合物之间的转化关系时，结合具体的化学反应和实例，学生能够较好地理解不同价态铁元素之间的转化规律。但在教学过程中，也发现部分学生对氧化还原反应在铁元素转化中的应用理解不够深入，在后续教学中应加强相关练习和讲解。此外，对于拓展知识部分，学生的参与度有待提高，可以采用小组讨论等方式激发学生的兴趣。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$