第一节 铁及其化合物 第2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2课时 铁的氧化物和铁的氢氧化物 一、知识目标 1.了解铁的氧化物的性质及用途，掌握(Fe(OH)2)、(Fe(OH)3)的制备原理及化学性质。 2.学会运用物质类别和元素价态的视角认识元素及其化合物的性质，并能据此预测铁的氧化物和氢氧化物的性质及设计物质间转化的途径。 3.掌握(Fe(OH)2)的最佳制备方法以及物质防氧化的措施。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：能从宏观上认识铁的氧化物和氢氧化物的颜色、状态等性质，从微观角度理解其化学性质与元素价态、物质类别的关系。 2.证据推理与模型认知：通过实验现象推理铁的氧化物和氢氧化物的性质，建立基于物质类别和元素价态认识元素化合物性质的模型。 3.科学探究与创新意识：通过实验探究(Fe(OH)2)、(Fe(OH)3)的制备及改进(Fe(OH)2)的制取实验，培养科学探究能力和创新思维。 一、教学重点 掌握(Fe(OH)2)、(Fe(OH)3)的制备原理及化学性质。 二、教学难点 氢氧化亚铁的最佳制备方法以及物质防氧化的措施。 铁元素是一种典型的变价金属元素，铁的氧化物和氢氧化物是铁及其化合物知识体系的重要组成部分，在教材中起到了承上启下的作用。它承接了之前对金属化学性质的学习，又为后续学习铁盐和亚铁盐等内容奠定基础。 教材从生活中故宫红墙的现象引入，激发学生的学习兴趣，引导学生探究铁的氧化物的性质和用途。通过物质类别和元素价态这两个重要的认识视角，让学生学习预测和设计物质性质及转化途径的方法，培养学生的化学思维。在铁的氢氧化物部分，安排了实验探究，让学生体验氢氧化铁和氢氧化亚铁的制备过程，观察实验现象，分析现象产生的原因，从而加深对知识的理解。这种编排方式符合学生的认知规律，有助于培养学生的探究能力和科学素养。 在知识储备方面，学生在初中已经学习了一些金属的基础知识，对金属氧化物有了一定的了解，但对于铁的氧化物和氢氧化物的具体性质还缺乏深入认识。同时，学生在初中阶段已经接触过一些基本的实验操作，但实验探究能力和分析问题的能力还有待提高。 在思维能力上，学生开始具备一定的逻辑推理能力，但对于运用物质类别和元素价态来预测物质性质和设计转化途径的方法还比较陌生，需要教师逐步引导和训练。此外，学生在学习过程中可能会遇到一些困难，例如氢氧化亚铁的制备过程中，由于其容易被氧化，实验现象的观察和分析可能会有一定难度。因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，结合生活实例和实验探究，激发学生的学习兴趣，帮助学生突破难点，逐步建立起完整的知识体系，提高学生的化学核心素养。 教学环节一 新课导入 【播放故宫红墙视频】同学们，这就是故宫那闻名遐迩的红墙。每当阳光洒在红墙上，那鲜艳的红色仿佛诉说着历史的故事，吸引着无数游客驻足欣赏。大家有没有想过，故宫红墙为什么是这种独特的红色呢？这背后是否隐藏着什么科学的奥秘呢？ 【引入】同学们，我们先来思考一个有趣的问题：故宫红墙的颜色是什么呢？故宫的“红墙倩影”有科学解释吗？大家可以发挥一下自己的想象，大胆猜测一下。 【讲解】其实啊，科学研究表明，故宫红墙罩面灰中的氧化铁主要以α - Fe₂O₃形式存在，这种物质性质稳定，所以让红墙能够长久保持鲜艳的颜色。不过，更神奇的是，在雷雨天时，闪电产生的少量氢气可与α - Fe₂O₃发生还原反应，生成四氧化三铁（Fe₃O₄），而Fe₃O₄在高温下与氧气反应又可生成具有磁记录功能的γ - Fe₂O₃。这也为故宫红墙“红墙倩影”等传说提供了一定的科学解释。是不是感觉很奇妙呢？ 【提出问题，引入新课】那么，这些铁的氧化物都有哪些性质和用途呢？除了铁的氧化物，铁的氢氧化物又有怎样的特点呢？带着这些疑问，让我们一起走进今天的化学课堂，去探索铁的氧化物和铁的氢氧化物的奥秘。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：以故宫红墙这一极具吸引力的文化景观作为导入，能迅速抓住学生的眼球，激发他们的好奇心和求知欲。红墙背后的科学奥秘更是增添了课堂的趣味性，使学生对接下来的学习充满期待。 2.联系生活实际：将化学知识与故宫红墙这一实际生活中的例子相结合，让学生感受到化学就在我们身边，抽象的化学知识变得具体而生动，增强了学生对化学学科的亲切感。 3.引发思考，导入新课：通过介绍红墙颜色的科学解释，提出关于铁的氧化物和氢氧化物的问题，自然地过渡到本节课的主题，使学生明确学习目标，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 铁的氧化物 任务1：请同学们学会认识元素及其化合物性质的方法 【引入】我们已经了解了故宫红墙和铁的氧化物有关，那接下来我们就深入学习铁的氧化物。首先，同学们要学会认识元素及其化合物性质的方法。 【设计意图】让学生掌握认识元素及其化合物性质的方法，为后续学习铁的氧化物性质奠定基础，培养学生的学习能力和科学思维。 【师生活动】 【教师讲解】：物质类别和元素价态，是学习元素及其化合物性质的重要认识视角。基于物质类别和元素价态，可以预测物质的性质。例如，对于，从物质类别来看，它属于金属氧化物，据此可以预测它可能与酸发生反应；从元素价态来看，中铁元素的化合价是价，为铁元素的高价态，据此可以预测它具有氧化性，可能与具有还原性的物质发生反应。 【学生思考】理解物质类别和元素价态对预测物质性质的重要性。 【教师提问】“请同学们思考，对于，从物质类别和元素价态角度，能预测它有哪些性质呢？” 【学生回答】：从物质类别看，是金属氧化物，可能与酸反应；从元素价态看，铁元素是价，有还原性，可能被氧化。 【教师讲解】教师评价学生的回答并给予肯定和补充。 教师展示铁的氧化物相关信息表格，包括、、的俗名、颜色状态、化合价等内容。 学生观察表格，总结三种氧化物的特点，如三者都是金属氧化物，都能与酸反应，都难溶于水，不与水反应。 【总结讲解】 一、铁的氧化物 1.认识铁的氧化物 化学式 俗名 颜色状态 化合价 FeO / 黑色粉末 +2 Fe₂O₃ 铁红 红棕色粉末 +3 Fe₃O₄ 磁性氧化铁 黑色晶体 +2、+3 任务2：请同学们推测这三种氧化物有什么相同的化学性质和不同的化学性质 【引入】我们已经了解了铁的氧化物的基本信息，那它们有哪些化学性质呢？接下来我们一起探究。 【设计意图】通过对铁的氧化物化学性质的探究，加深学生对铁的氧化物性质的理解和掌握，培养学生的探究能力和逻辑思维能力。 【师生活动】 教师引导学生推测三种氧化物的相同和不同化学性质， 【提出问题】：“请同学们讨论，这三种氧化物有什么相同的化学性质和不同的化学性质呢？” 【学生分组讨论】小组代表发言，如相同点是都能与酸反应，不同点是有还原性，有氧化性等。 【教师讲解】教师总结学生的讨论结果，并讲解铁的氧化物的化学性质： 碱性氧化物：，，。 氧化亚铁不稳定受热会转化为四氧化三铁：。 氧化性、还原性：，。 【师生活动】 学生记录化学方程式，理解反应原理。 【总结讲解】 一、铁的氧化物 2.化学性质 ⑴碱性氧化物 ， ， Fe3O4 特殊氧化物：。 ⑵氧化亚铁不稳定，受热会转化为四氧化三铁 ⑶氧化性、还原性 典例精讲 【例1】下列关于铁的氧化物①FeO、②Fe2O3、③Fe3O4的说法中正确的是( ) A. 都是黑色固体 B. 都不溶于水 C. 铁元素化合价相同 D. 都能与水反应 【答案】B 【例2】下列说法正确的是( ) A. 赤铁矿的主要成分是Fe3O4 B. Fe2O3为碱性氧化物，可与水反应生成Fe(OH)3 C. 铁锈的主要成分是Fe2O3 D. Fe3O4中铁元素有＋2价和＋3价，Fe3O4是混合物 【答案】C 任务3：请同学们通过视频了解铁的氧化物的用途。 【引入】我们学习了铁的氧化物的性质，那它们在生活中有哪些用途呢？下面通过视频了解一下。 【设计意图】让学生了解铁的氧化物在实际生活中的应用，体会化学与生活的紧密联系，提高学生学习化学的兴趣。 【师生活动】 教师播放铁的氧化物用途的视频。 学生观看视频后，总结铁的氧化物的用途： 铁的氧化物是冶炼铁的原料。 可作红色油漆和涂料。 可制录音磁带和电讯器材，打印机或复印机的墨粉。 教师补充一些其他的应用实例，加深学生的印象。 【总结讲解】 一、铁的氧化物 3.铁的氧化物的用途 ⑴铁的氧化物是冶炼铁的原料 ⑵Fe2O3 红色油漆和涂料 ⑶Fe3O4 制录音磁带和电讯器材，打印机或复印机的墨粉 典例精讲 【例3】下列关于铁的氧化物说法正确的是( ) A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色,可能是来自氧化亚铁 B.Fe2O3是红棕色粉末,俗称磁性氧化铁,常用作红色油漆和涂料 C.Fe3O4中Fe元素的化合价有+2价和+3价,因而Fe3O4是FeO与Fe2O3的混合物 D.FeO在空气中受热，能迅速被氧化成Fe2O3 【答案】A 教学环节三 铁的氢氧化物 任务1：请同学们画一下铁元素价类二维图 【引入】我们已经学习了铁的氧化物，接下来学习铁的氢氧化物。首先，请同学们画一下铁元素价类二维图。 【设计意图】通过绘制铁元素价类二维图，帮助学生梳理铁元素不同价态对应的物质类别，建立知识体系，为后续学习铁的氢氧化物的制备和性质奠定基础。 【师生活动】 教师给出铁元素价类二维图的框架，包括物质类别（单质、氧化物、碱、盐）和元素价态（、 + 2 + 3）。 学生根据所学知识，在图中填写相应的物质，如、、、、、、、。 教师巡视学生的绘制情况，给予指导和纠正。 教师提问：“从铁元素价类二维图中，我们如何制备、呢？”引导学生思考制备方法。 任务2：请同学们思考如何制备Fe(OH)3 、Fe(OH)2? 【引入】我们知道了可以从铁元素价类二维图思考制备方法，那具体如何制备、呢？下面请同学们思考并设计实验方案。 【设计意图】培养学生的实验设计能力和创新思维，让学生在思考和设计实验的过程中，加深对铁的氢氧化物制备原理的理解。 【师生活动】 教师介绍金属的氢氧化物通常的制备方案：单质和水反应、氧化物和水反应、可溶性盐和碱溶液反应。 学生思考后提出用亚铁盐（如）和铁盐（如）分别与碱（如）反应来制备和。 教师展示实验步骤：在两支试管中分别加入少量的溶液和溶液，然后各滴入溶液。观察并描述发生的现象。 学生分组进行实验，记录实验现象。       Fe(OH)3        Fe(OH)2   实验操作       实验现象        任务3：学生分组实验制备Fe(OH)3 、Fe(OH)2 【总结讲解】 二、铁的氢氧化物 1.制备Fe(OH)3 、Fe(OH)2       Fe(OH)3        Fe(OH)2   实验操作       实验现象 有红褐色沉淀 Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓ Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓ 任务4：请同学们讨论为什么在FeSO4溶液中加入NaOH溶液时，生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，过一段时间后还会生成红褐色物质呢？ 【引入】同学们在实验中观察到在溶液中加入溶液时，生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，过一段时间后还会生成红褐色物质，这是为什么呢？下面我们来讨论一下。 【设计意图】引导学生分析实验现象背后的原因，培养学生的分析问题和解决问题的能力，加深对性质的理解。 【师生活动】 教师提出问题：“请同学们讨论为什么会出现这样的现象呢？” 学生分组讨论，小组代表发言，推测是因为被氧化了。 教师总结学生的讨论结果，并讲解反应原理：，说明不稳定，容易被空气中的氧气氧化为。 学生理解反应原理，记录化学方程式。 【总结讲解】 二、铁的氢氧化物 2. Fe(OH)2不稳定易转化为Fe(OH)3 生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，过一段时间后还会生成红褐色物质。 任务5：请同学们讨论在实验室里，如何得到Fe(OH)2呢? 【分析】 Fe(OH)2会被O2氧化，因此制取Fe(OH)2的关键是防止O2的干扰，需要做到：溶液中不含O2； 生成的Fe(OH)2隔绝O2 【总结讲解】 二、铁的氢氧化物 3. 制备Fe(OH)2的注意事项 ① 使用新配制的FeSO4溶液(可加入少量铁屑） ②把NaOH溶液或配制溶液用的蒸馏水加热煮沸除去溶解氧 ③ 滴入溶液时将胶头滴管伸入液面以下 任务6：请同学们设计实验并分组实验改进Fe(OH)2 制取实验 【引入】我们知道了容易被氧化，那么在实验室里，如何得到呢？请同学们讨论并设计实验改进方案。 【设计意图】培养学生的创新思维和实践能力，让学生在讨论和设计改进方案的过程中，深入理解防止物质被氧化的方法和原理。 【师生活动】 教师引导学生分析被氧化的原因：反应试剂中溶有氧气、试剂与空气接触。 学生分组讨论改进方法，提出如配制试剂的蒸馏水要煮沸、在溶液的液面上加少量苯（或植物油）、胶头滴管插入液面下加入溶液等改进措施。 教师展示几种改进方案的装置图，如改进方案一、改进方案二、改进方案三，并讲解操作步骤。 学生分组设计实验并进行分组实验，验证改进方案的效果。 【总结讲解】 二、铁的氢氧化物 4.制取 Fe(OH)2 实验改进 ①改进方案一  Fe(OH)2被氧化的原因 改进方法 改进装置   反应试剂中溶有氧气  配制试剂的蒸馏水要煮沸    试剂与空气接触 ①在Fe(OH)2溶液的液面上加少量苯（或植物油） ②胶头滴管插入液面下加入NaOH溶液 ②改进方案二 操作： 先滴加 稀硫酸 ， 然后 收集氢气并验纯 ， 当氢气纯净后，再滴加 NaOH溶液 。 ③改进方案三 操作： 先打开止水夹，在试管Ⅱ出口处收集氢气并验纯，当氢气纯净后，关闭止水夹。产生的氢气使Ⅰ中压强 增大 ，将生成的硫酸亚铁溶液从长导管入 Ⅱ中 . 典例精讲 【例1】下列各图示中，能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀的是（ ） 【答案】①②④ 【例2】某同学欲利用如图装置制取能较长时间存在的 Fe(OH)2，其中实验所用溶液现配现用且蒸馏水先加热煮沸。下列分析正确的是(　　) A.蒸馏烧瓶中反应的离子方程式是：2Fe＋6H＋===3Fe2＋＋3H2↑ B.实验开始时应先关闭止水夹a、打开 b，再向烧瓶中加入稀盐酸 C.反应一段时间后可在烧瓶中观察到白色沉淀 D.反应结束后若关闭 b 及分液漏斗活塞，则 Fe(OH)2可较长时间存在 【答案】D 任务6：请同学们总结铁的氢氧化物的性质 【师生活动】 教师提出问题：“请同学们讨论氢氧化物的性质如何？” 学生分组讨论，小组代表发言，总结铁的氢氧化物的性质。 【总结讲解】 二、铁的氢氧化物 Fe(OH)2 Fe(OH)3 色、态 白色固体 红褐色固体 水溶性 不溶于水 制法 Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓ Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓ 加热分解 不分解 2Fe(OH)3 == Fe2O3 + 3H2O 与酸反应 Fe(OH)2 +2H+ = Fe2+ +2H2O Fe(OH)3+ 3H+ = Fe3++ 3H2O 转化 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O == 4Fe(OH)3 一、铁的氧化物 1.认识 化学式 俗名 颜色状态 化合价 FeO / 黑色粉末 +2 Fe₂O₃ 铁红 红棕色粉末 +3 Fe₃O₄ 磁性氧化铁 黑色晶体 +2、+3 2.化学性质 （1）碱性氧化物 FeO + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂O Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂O Fe₃O₄ + 8H⁺ = Fe²⁺ + 2Fe³⁺ + 4H₂O （2）氧化还原性 FeO + CO === Fe + CO₂ 6FeO + O₂ == 2Fe₃O₄ Fe₂O₃ + 3CO === 2Fe + 3CO₂ （3）热稳定性 6FeO + O₂ == 2Fe₃O₄ 3.用途 （1）冶炼铁 （2）Fe₂O₃：红色油漆和涂料 （3）Fe₃O₄：制录音磁带和电讯器材等 二、铁的氢氧化物 1.制备 Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓ Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓ 2.性质 Fe(OH)₂ Fe(OH)₃ 色、态 白色固体 红褐色固体 水溶性 不溶于水 不溶于水 加热分解 不分解 2Fe(OH)₃ == Fe₂O₃ + 3H₂O 与酸反应 Fe(OH)₂ + 2H⁺ = Fe²⁺ + 2H₂O Fe(OH)₃ + 3H⁺ = Fe³⁺ + 3H₂O 转化 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃ 3.制备注意事项及改进 （1）注意事项 ① 使用新配制的FeSO₄溶液(可加入少量铁屑） ② 把NaOH溶液或配制溶液用的蒸馏水加热煮沸除去溶解氧 ③ 滴入溶液时将胶头滴管伸入液面以下 （2）改进方案 ① 方案一：在Fe(OH)₂溶液的液面上加少量苯（或植物油） ② 方案二：先滴加稀硫酸，然后收集氢气并验纯，当氢气纯净后，再滴加NaOH溶液 ③ 方案三：先打开止水夹，在试管II出口处收集氢气并验纯，当氢气纯净后，关闭止水夹 1.下列关于铁及其化合物的叙述正确的是 A．氢氧化铁受热分解可制得Fe₃O₄ B．Fe₂O₃、Fe₃O₄都有磁性 C．FeO不稳定，在空气里受热，能迅速被氧化 D．高温下，铁能与水蒸气反应生成Fe₃O₄ 【答案】C 【解析】A选项，氢氧化铁受热分解生成Fe₂O₃和水，不能制得Fe₃O₄，A错误；B选项，Fe₃O₄有磁性，Fe₂O₃没有磁性，B错误；C选项，FeO不稳定，在空气里受热，能迅速被氧化，C正确；D选项，高温下，铁能与水蒸气反应生成Fe₃O₄和氢气，但这不是本题考查的铁及其化合物在一般情况下的性质，D不符合题意。所以答案选C。 2.下列说法不正确的是 A．Fe₃O₄与盐酸反应生成两种盐 B．FeO不稳定，在空气中受热被氧化为Fe₃O₄ C．Fe(OH)₂不稳定，具有较强的氧化性 D．Fe(OH)₃比Fe(OH)₂稳定 【答案】C 【解析】A选项，Fe₃O₄与盐酸反应生成FeCl₂和FeCl₃两种盐，A正确；B选项，FeO不稳定，在空气中受热会被氧化为Fe₃O₄，B正确；C选项，Fe(OH)₂不稳定，具有较强的还原性，容易被氧化，而不是氧化性，C错误；D选项，Fe(OH)₃比Fe(OH)₂稳定，Fe(OH)₂易被氧化为Fe(OH)₃，D正确。所以答案选C。 3.已知A为常见的金属单质，根据如图所示的关系，下列叙述中正确的是( ) A.A为Fe，B为FeO B.C→D溶液的颜色变化：浅绿色→棕黄色 C.④的离子方程式： D.⑤的离子方程式： 【答案】B 【解析】根据常见铁及其化合物的转化关系可知，A为Fe ，B为Fe₃O₄，C为FeCl₂，D为FeCl₃。A选项，A为Fe，B为Fe₃O₄，不是FeO，A错误；B选项，C为FeCl₂溶液显浅绿色，D为FeCl₃溶液显棕黄色，C→D溶液的颜色变化是浅绿色→棕黄色，B正确；C选项题干未给出④的离子方程式具体内容，无法判断；D选项题干未给出⑤的离子方程式具体内容，无法判断。所以答案选B。 4.在如图所示的装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H₂SO₄等试剂制备。回答下列问题： (1)在试管I里加入的试剂是_______________。 (2)在试管II里加入的试剂是___________。 (3)为制得白色Fe(OH)₂沉淀，在试管I和II中加入试剂，塞紧塞子后的实验步骤是__________________________________ ________________________________________________________。 (4)这样生成的Fe(OH)₂沉淀能较长时间保持白色，其理由是__________ _________________________________________________________________。 【答案】(1)稀H₂SO₄、铁屑；(2)NaOH溶液；(3)打开止水夹a，待I中反应生成的氢气排净装置中的空气后，再关闭止水夹a；(4)试管I中反应生成的H₂充满了试管I和试管II，且外界空气不容易进入。 【解析】(1)要制备Fe(OH)₂，需要先生成Fe²⁺，所以在试管I里加入稀H₂SO₄和铁屑反应生成FeSO₄和H₂；(2)试管II里加入的试剂是NaOH溶液，用于和FeSO₄反应生成Fe(OH)₂；(3)为制得白色Fe(OH)₂沉淀，防止其被氧化，需要先打开止水夹a，让I中反应生成的氢气排净装置中的空气，再关闭止水夹a，使生成的FeSO₄溶液压入试管II中与NaOH反应；(4)因为试管I中反应生成的H₂充满了试管I和试管II，且外界空气不容易进入，所以这样生成的Fe(OH)₂沉淀能较长时间保持白色。 在本次教学中，通过实验探究、问题驱动等多种教学方法，引导学生认识铁的氧化物和氢氧化物的性质及制备方法，基本达成了教学目标。课堂上学生积极参与讨论和实验，对知识的理解和掌握较好。但也存在一些不足之处，例如在实验环节，由于时间有限，部分学生未能充分完成实验改进的操作，后续应合理安排时间，确保学生有足够时间进行实验。另外，对于一些抽象概念，如Fe(OH)₂被氧化的过程，部分学生理解仍有困难，在今后教学中可采用更直观的方式，如动画演示等，帮助学生理解，以提升教学效果。 / 学科网（北京）股份有限公司 $