第一节 铁及其化合物 第1课时（教学设计）化学人教版2019必修第一册

第一节 铁及其化合物 第1课时 铁的单质 一、知识目标 1.了解铁元素在自然界中的存在形态，知道铁的物理性质。 2.能用氧化还原原理进一步认识铁的化学性质，掌握铁与非金属单质、酸、盐溶液以及水蒸气的反应，并能解释生产中的化学问题。 3.了解铁元素在人体中的作用及常见的富铁食品。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识铁的物理性质和化学性质，从微观上理解铁在不同反应中化合价变化的原因，建立结构决定性质的化学观念。 2.证据推理与模型认知：通过对铁的化学性质实验现象的分析推理，建立铁与不同氧化剂反应的化学模型，培养逻辑思维能力。 3.科学探究与创新意识：通过设计实验验证铁与水蒸气的反应，培养实验设计和操作能力，以及创新思维和科学探究精神。 一、教学重点 用氧化还原反应原理进一步认识铁的化学性质。 二、教学难点 用氧化还原反应原理进一步认识铁的化学性质。 铁是日常生活中应用广泛且具有典型代表的过渡金属，学习铁单质的知识，能让学生对金属元素及其化合物的知识体系有更完整的认识，为后续学习其他金属及其化合物奠定基础，在高中化学知识体系中具有承上启下的重要作用。 按照《课标》要求，本课时聚焦铁元素在自然界的分布、铁的物理性质和化学性质三部分内容。教材引导学生探讨人类最早使用的铁的来源，进而了解铁在自然界的分布情况，包括游离态和化合态。在化学性质方面，从物质类型和元素价态角度深入分析铁与不同物质反应时化合价的变化，引导学生用氧化还原反应原理进一步认识铁的化学性质，体现了化学学科的核心思想。此外，教材还通过生活实例和实验探究，如炼钢厂模具干燥问题、铁与水蒸气反应的实验设计等，让学生将化学知识与实际生活紧密联系，提高学生解决实际问题的能力。 学生在初中化学学习中对金属有了初步认识，了解了一些常见金属的性质和用途，如铁能与氧气、酸、盐溶液发生反应等，但知识较为零散，缺乏系统性和深入性。在思维能力上，学生正从形象思维向抽象思维过渡，对直观、生动的实验现象有较强的兴趣，但在运用化学原理分析和解决问题方面的能力还有待提高。 在学习本课时内容时，学生对于铁在自然界的分布、铁的物理性质等直观内容较易理解，但对于用氧化还原反应原理认识铁的化学性质这一重点和难点内容，可能会存在一定困难。因为氧化还原反应的概念较为抽象，学生需要在理解化合价变化的基础上，分析铁与不同氧化剂反应时电子的转移情况。此外，在实验设计和探究方面，学生虽然有一定的实验操作基础，但在设计实验方案、预测实验结果、分析实验现象等方面的能力还需要进一步培养。 基于学生的知识基础和思维特点，教学中应充分利用实验和生活实例，激发学生的学习兴趣，引导学生积极参与课堂讨论和实验探究。在讲解氧化还原反应原理时，要结合具体的化学反应，逐步引导学生分析化合价的变化和电子的转移，帮助学生建立起知识之间的联系，提高学生的化学思维能力。同时，要注重培养学生的实验设计和探究能力，让学生在实践中提高解决问题的能力。 教学环节一 新课导入 【展示丹霞地貌视频】同学们，美丽的丹霞地貌，它那鲜艳的红色岩层就像一幅绚丽的画卷，让人不禁感叹大自然的鬼斧神工。大家思考一下，为什么丹霞地貌的岩层会呈现出红色呢？这里面的铁又以哪种化合物存在呢？ 【提出生活疑问】在我们的日常生活中，为什么自然界中很少见到纯铁呢？铁在我们的生活中无处不在，小到家里的铁锅、铁钉，大到桥梁、铁轨，它的身影随处可见。可是它究竟有着怎样的奥秘呢？ 【讲述铁的“前世今生”】铁的“前世今生”充满了神秘色彩。那么，铁元素在自然界中是如何分布的？铁又具有哪些性质呢？让我们带着这些问题，一起走进今天的化学课堂，揭开铁单质的神秘面纱。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过展示丹霞地貌的美丽图片，能迅速吸引学生的目光，激发他们的好奇心和探索欲望。生活中关于纯铁少见的疑问也贴近学生的认知，让学生感受到化学就在身边，提高他们对课堂的参与度。 2引发思考，导入新课：从丹霞地貌中铁化合物的存在、自然界中纯铁少见等问题，自然地过渡到本节课关于铁元素分布和铁单质性质的主题，让学生带着问题去学习，明确学习方向，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 铁在自然界的分布 任务1：请同学们探讨一下人类最早使用的铁，是从哪来？ 【问题】请同学们探讨一下人类最早使用的铁是从哪来的？铁元素在自然界有哪些存在形态呢？ 【学生思考】分组讨论后代表发言，人类最早使用的铁是来自太空的陨铁。铁元素在自然界有游离态和化合态两种存在形态，游离态仅见于陨石（如陨铁），化合态主要是以 +2 价和 +3 价化合物的形态存在于矿石中，像赤铁矿（氧化铁 ），丹霞地貌的岩层因 而呈红色。 【讲解】评价学生的回答，强调铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位，其化学符号为 。展示地壳中元素含量递减顺序：、、、。同时介绍我国目前发现最早的人工冶铁制品是河南三门峡出土的西周晚期的玉柄铁剑，说明西周晚期我国已掌握了冶铁技术，战国中期以后，铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。 【总结讲解】 一、铁在自然界的分布 1.铁的游离态（单质） 铁的游离态仅见于陨石（如陨铁），人类最早使用的铁，是来自太空的陨铁。 2.铁元素在自然界中的分布 铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。 3.铁的化合态 铁在自然界中可以像陨铁中的铁那样以单质形态存在，但主要是以+2价和+3价化合物的形态存在于矿石中。 丹霞地貌的岩层因Fe2O3而呈红色 4. 我国古代铁制品 我国目前发现最早的人工冶铁制品是河南三门峡出图的西周晚期的玉柄铁剑，这说明西周晚期我国已掌握了冶铁技术。 战国中期以后，铁制工具在社会生产中发挥了巨大的作用。 【设计意图】通过问题驱动，引发学生思考，激发学生的学习兴趣，让学生了解铁元素在自然界的存在形态以及我国古代的冶铁历史，增强民族自豪感。 任务2：请同学们回忆炼铁高炉内发生的化学反应并思考为什么铁器时代晚于铜器时代？ 【问题】请同学们回忆炼铁高炉内发生的化学反应并思考为什么铁器时代晚于铜器时代？ 【学生思考】回忆炼铁高炉内的反应 ，分组讨论后得出原因：①自然界中铁单质储量少于铜单质；②铁的金属活动性比铜强，金属越活泼，越以化合物形式存在，提炼出单质的条件越高，可结合金属活动性顺序表 、、、、、、、、、、、、、、 进行分析。 【讲解】评价学生的回答，对学生的分析进行补充和完善，强调金属活动性对金属冶炼的影响。 【设计意图】通过回忆化学反应和思考问题，培养学生的知识迁移能力和逻辑思维能力，让学生理解金属活动性与金属冶炼难易程度的关系。 教学环节三 铁的物理性质 任务1：学生分组实验用砂纸打磨铁钉、铁丝、铁片，观察并总结铁的物理性质 【引入】我们已经了解了铁元素在自然界的分布，那么铁本身有哪些物理性质呢？接下来我们通过实验来探究。 【问题】学生分组实验用砂纸打磨铁钉、铁丝、铁片，观察并总结铁的物理性质。请同学们按照任务单进行操作和思考：① 用砂纸打磨铁钉，对比 “打磨前后颜色”，联想 “铁锅为什么用砂纸打磨后变亮”；② 弯折铁丝、按压铁片，感受 “延展性”，联想 “铁轨如何从铁块轧成薄片”；③ 观察铁粉颜色，对比 “铁丝与铁粉颜色差异”，思考 “食品干燥剂中铁粉为什么是黑色”。 【学生思考】分组进行实验，观察并记录实验现象，讨论后得出铁的物理性质：颜色方面，纯铁是银白色（如铁钉），铁粉是黑色（由于光散射）；状态为常温下固态（如铁轨、暖气片）；具有良好的延展性，可弯折、轧成薄片，硬度不大（如铁丝、铁片）；有导热性（如铁锅炒菜）和导电性（如铁丝可导电）。 【讲解】评价学生的实验结果，总结铁的物理性质：颜色状态为银白色，有金属光泽，固体；具有导电性、导热性、延展性等金属通性；熔点为 ，沸点为 ，密度为 ，特性是易被磁铁吸引。同时说明铁的物理性质与用途的关系，如利用其导热性制作炊具，利用其导电性制作导线等。 【设计意图】通过分组实验，让学生亲身体验和观察，培养学生的实验操作能力和观察能力，同时让学生了解铁的物理性质与用途的联系，增强学生对知识的理解和应用能力。 【总结讲解】 二、铁的物理性质 1.铁的物理性质 颜色 状态 金属通性 熔点 沸点 密度 特性 银白色，有金属光泽 固体 导电性、导热性、延展性 1535℃ 2750℃ 7.86g/cm3 易被磁铁吸引 2.铁的物理性质与用途 物理性质 实验 / 生活证据 应用实例 颜色 纯铁银白色（铁钉），铁粉黑色（光散射） 铁锅（未生锈时） 状态 常温下固态 铁轨、暖气片 延展性 / 硬度 可弯折、轧成薄片，硬度不大 铁丝、铁片 导热性 / 导电性 铁锅炒菜（导热），铁丝可导电 炊具、导线 典例精讲 【例1】纯净铁的物理性质有①光亮的银白色　②黑色　③在潮湿的空气中易被腐蚀　④有延展性　⑤能导电导热　⑥硬而脆　⑦能被磁铁吸引，易被磁化 A．①③④⑤⑦ B．①④⑤⑦ C．①③⑤⑦ D．全部 【答案】B 教学环节四 铁的化学性质 任务1：请同学们回忆你所学过的金属铁的性质并完成方程式 【引入】我们已经知道了铁的物理性质，那么铁的化学性质如何呢？请同学们回忆你所学过的金属铁的性质并完成相关方程式。 【问题】请同学们从物质类型角度，写出铁与非金属单质、酸溶液、某些盐溶液反应的方程式 【学生思考】 回忆并写出方程式：， ， 等。 任务2：请同学们思考讨论铁的化合价的变化有何异同？为什么会有这样的异同？ 【问题】请同学们从物质类型角度，写出铁与非金属单质、酸溶液、某些盐溶液反应的方程式，并思考铁的化合价的变化有何异同？为什么会有这样的异同？ 【学生思考】分析铁在不同反应中化合价的变化，如在 中，铁的化合价从 0 价升高到 +3 价；在 和 中，铁的化合价从 0 价升高到 +2 价。分组讨论得出原因：铁与氧化性较强的氧化剂（如氯气等）反应，铁原子失去 3 个电子生成 +3 价铁的化合物；铁与氧化性较弱的氧化剂（如盐酸、硫酸铜等）反应，铁原子失去 2 个电子生成 +2 价铁的化合物。 【讲解】评价学生的回答，强调铁具有还原性，在一定条件下，铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应。总结铁与不同氧化剂反应时化合价变化的规律：铁与氧化性较弱的氧化剂（如 、、 等）反应生成 +2 价铁的化合物；铁与氧化性较强的氧化剂（如 等）反应生成 +3 价铁的化合物。 【设计意图】通过回顾已学知识，引导学生思考铁在不同反应中化合价的变化规律，培养学生的归纳总结能力和逻辑思维能力，让学生用氧化还原反应原理进一步认识铁的化学性质。 【总结讲解】 三、铁的化学性质 1.铁具有还原性 ①在一定条件下，铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应。 ②铁与氧化性较弱的氧化剂（如盐酸、硫酸铜等）反应，铁原子失去2个电子生成+2价铁的化合物。 Fe-2e-→Fe2+ ③铁与氧化性较强的氧化剂（如氯气等）反应，铁原子则失去3个电子生成+3价铁的化合物。 Fe-3e-→Fe3+ 2.与非金属单质反应 ①与氧化性较强的氧化剂反应生成+3价铁的化合物 ②铁与氧化性较弱的氧化剂反应生成+2价铁的化合物 3.与酸反应 Fe＋2H+= Fe2+＋H2↑ 4.与盐反应 Fe＋Cu2+=Cu＋Fe2+ 典例精讲 【例1】下列有关Fe的说法中不正确的是 A．Fe在潮湿的环境中易生锈 B．Fe与少量的Cl2发生反应生成FeCl3 C．Fe在过量O2中燃烧反应生成Fe2O3 D．Fe在氧气底部燃烧需要在集气瓶中放上少量沙子，以免炸裂集气瓶 【答案】C 任务3：学生分组讨论水是一种较弱的氧化剂，水能氧化铁吗？ 【引入】我们知道水是一种较弱的氧化剂，那么水能氧化铁吗？在钢铁厂的生产中，炽热的铁水或钢水注入模具之前，模具必须进行充分的干燥处理，不得留有水，这是为什么呢？接下来我们一起探究铁与水蒸气的反应。 【问题】请同学们讨论炼钢厂模具为何必须干燥？并预测铁与水蒸气反应的产物。 【学生思考】分组讨论得出：若模具未干燥，残留的水分在接触炙热的铁水/钢水时（温度通常超过 ），会瞬间沸腾并转化为大量高温水蒸气；高温下，铁水/钢水中的铁会与水蒸气发生反应；生成物可能在高温下造成炼钢厂封闭环境中风险极高。 任务4：请同学们讨论炼钢厂模具为何必须干燥？设计实验验证你的猜测！ 【讲解】水是一种较弱的氧化剂 2Na+2H2O==2NaOH+H2↑可猜测：Fe+H2O→Fe(OH)3+H2 相关资料： 铁粉 FeO Fe2O3 Fe3O4 Fe(OH)2 Fe(OH)3 黑色 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体 白色 红褐色 受热 不分解 不稳定，在高温下可被水蒸气或者O2氧化 6Fe2O3=4Fe3O4+O2↑ 高温下比Fe2O3稳定 受热易分解 500 ℃ 分解为Fe2O3 【学生思考】结合相关资料，预测铁与水蒸气反应的产物可能是 和 。 任务5：请同学们设计实验分组实验验证你的想法？ 【问题】请同学们设计实验分组实验验证你的想法，并思考以下问题： (1)实验时，是先加热湿棉花还是先加热还原铁粉？ (2)点燃肥皂液时有什么现象？ (3)该实验中湿棉花的作用是什么？ 【学生思考】分组设计实验，讨论实验步骤和注意事项。得出实验时应先加热湿棉花，产生水蒸气后再加热还原铁粉；点燃肥皂液时会听到爆鸣声，说明有氢气生成；湿棉花的作用是提供水蒸气。 任务6：请同学们观看视频并总结还原铁粉与水蒸气反应的实验 【设计意图】通过提出问题、讨论分析、设计实验等环节，培养学生的科学探究能力和创新思维能力，让学生亲身体验科学研究的过程，加深对铁与水蒸气反应的理解。 【总结讲解】 三、铁的化学性质 5.铁与水蒸气的反应 （1）现象 加热时试管内铁粉红热，生成黑色固体，点燃肥皂泡可听到爆鸣声。 （2）原理 ⑶实验注意事项 ①试管口略向下倾斜； ②酒精灯先加热湿棉花，有水蒸气后， 再点燃酒精灯加热还原铁粉； ③加热一会后再将导管插入到肥皂水中； ④结束时，先撤导管，再移酒精灯； ⑤棉花的作用：提供水蒸气。 任务7：请同学们探讨教师演示改变水蒸气的生成方式设计铁粉与水蒸气反应的实验 【讲解】装置：圆底烧瓶（水蒸气）→ 硬质玻璃管（铁粉 + 酒精喷灯）→ 试管（肥皂液） 典例精讲 【例2】某化学兴趣小组利用如图装置(铁架台及夹持装置已省略)进行“铁与水蒸气反应”的实验，并检验产物的性质，请回答下列问题： (1)A 装置的作用是 ，烧瓶底部放碎瓷片的作用是 。 (2) 写出装置B中发生反应的化学方程式： 。 (3)D的作用是 。 (4)E中的实验现象是 。 (5)A 、B两个装置中应先点燃 处的酒精灯(或酒精喷灯 ) ，点燃 E处酒精灯之前应进行的操 作是 。 【答案】产生水蒸气 防止加热时液体暴沸 吸收未反应的水蒸气，干燥H2 黑色固体变成红色，玻璃管内壁上有水珠生成 A 收集H2并检验其纯度 【例3】铁有+2、+3价两种价态,单质铁与　　　　反应时只生成+3价铁;与　　 　　反应时只生成+2价铁;与　　　　反应时既生成+2价铁也生成+3价铁。  ①Cl2　 ②O2　 ③H2O(g)　 ④S　 ⑤盐酸　⑦稀硫酸　 ⑧CuSO4溶液　 【答案】① ④⑤⑦⑧ ②③ 任务8：请同学们说说人体中的铁元素。 第一节 铁及其化合物 第 1 课时 铁的单质 一、铁在自然界的分布 1.游离态（单质）：陨铁 2.化合态：主要以 +2 价和 +3 价化合物形态存在于矿石中（如赤铁矿(Fe_{2}O_{3})） 3.我国古代铁制品：西周晚期掌握冶铁技术 二、铁的物理性质 1.颜色：纯铁银白色，铁粉黑色 2.状态：常温下固态 3.金属通性：导电性、导热性、延展性 4.熔点：1535°C 5.沸点：2750°C 6.密度：7.86g/cm³ 7.特性：易被磁铁吸引 8.物理性质与用途：炊具、导线、铁轨等 三、铁的化学性质 1.铁具有还原性 ①在一定条件下，铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应。 ②铁与氧化性较弱的氧化剂（如盐酸、硫酸铜等）反应，铁原子失去2个电子生成+2价铁的化合物。 Fe-2e-→Fe2+ ③铁与氧化性较强的氧化剂（如氯气等）反应，铁原子则失去3个电子生成+3价铁的化合物。 Fe-3e-→Fe3+ 2.与非金属单质反应 3.与酸反应 Fe＋2H+= Fe2+＋H2↑ 4.与盐反应 Fe＋Cu2+=Cu＋Fe2+ 5.铁与水蒸气的反应 （1）现象 加热时试管内铁粉红热，生成黑色固体，点燃肥皂泡可听到爆鸣声。 （2）原理 ⑶实验注意事项 ①试管口略向下倾斜； ②酒精灯先加热湿棉花，有水蒸气后， 再点燃酒精灯加热还原铁粉； ③加热一会后再将导管插入到肥皂水中； ④结束时，先撤导管，再移酒精灯； ⑤棉花的作用：提供水蒸气。 6.人体中的铁元素 7.生活中的富铁食品 1.下列物质反应后一定有 +3 价铁生成的是 ①过量的铁与氯气反应 ②铁与过量稀硫酸反应 ③铁与 S 反应 ④氧化铁溶于盐酸中 A．① B．①④ C．①②③ D．全部 【答案】B 【解析】①氯气具有强氧化性，无论铁是否过量，铁与氯气反应都生成(FeCl_{3})，有 +3 价铁生成；②铁与过量稀硫酸反应生成(FeSO_{4})和(H_{2})，铁元素显 +2 价；③铁与 S 反应生成(FeS)，铁元素显 +2 价；④氧化铁((Fe_{2}O_{3}))溶于盐酸生成(FeCl_{3})和水，铁元素显 +3 价。所以反应后一定有 +3 价铁生成的是①④，答案选 B。 2.下列关于铁及其化合物的叙述中，不正确的是 A．陨铁中含有游离态铁 B．铁强化酱油可减少缺铁性贫血问题 C．铁不能与水反应 D．菠菜、木耳、动物内脏等食品富含铁元素 【答案】C 【解析】A．陨铁是天然的铁单质，含有游离态铁，A 选项正确；B．铁是人体必需的微量元素，铁强化酱油中添加了铁元素，可补充人体所需的铁，减少缺铁性贫血问题，B 选项正确；C．铁在高温下能与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，C 选项错误；D．菠菜、木耳、动物内脏等食品中富含铁元素，D 选项正确。答案选 C。 3.某学习小组进行了下图所示的实验，实验后组员之间的交流不合理的是 A．甲同学认为试管 b 中收集到的气体可点燃，且产生淡蓝色火焰 B．乙同学认为试管 a 中生成的黑色固体可能为四氧化三铁 C．丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中，加适量的水，加热也可实现该反应 D．丁同学认为用盐酸溶解固体生成物所得溶液有颜色 【答案】C 【解析】A．铁与水蒸气反应生成氢气，氢气能被点燃，且燃烧产生淡蓝色火焰，A 选项合理；B．铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，四氧化三铁是黑色固体，B 选项合理；C．铁与冷水、热水都不反应，要实现铁与水蒸气的反应，需要在高温下进行，仅加适量的水加热不能实现该反应，C 选项不合理；D．固体生成物可能是四氧化三铁，用盐酸溶解四氧化三铁会生成氯化铁和氯化亚铁，溶液有颜色，D 选项合理。答案选 C。 在本次教学中，通过实验探究、问题驱动等多种教学方法，引导学生积极参与课堂。学生对铁的物理性质实验表现出较高的兴趣，通过亲身体验加深了对知识的理解。在讲解铁的化学性质时，结合氧化还原反应原理，帮助学生理解铁在不同反应中化合价的变化，效果较好。 然而，在教学过程中也存在一些不足之处。例如，在铁与水蒸气反应的实验设计环节，部分学生理解起来有困难，后续应加强引导和讲解。此外，课堂时间把控不够精准，导致最后关于人体中铁元素和富铁食品的讨论有些仓促。在今后的教学中，我会更加合理地安排教学时间，注重学生的反馈，及时调整教学策略。 / 学科网（北京）股份有限公司 $