实验活动2 铁及其化合物的性质（教学设计）化学人教版2019必修第一册

该高中化学教学设计聚焦铁及其化合物的性质、铁离子检验及价态转化，通过铁的价类二维图导入，直观呈现0、+2、+3价铁的物质类别，引出转化问题，衔接学生已有铁与氧气、酸反应的基础，搭建系统知识框架。 以实验探究为主线，学生自主设计试剂验证铁单质还原性等实验，培养科学探究与实践能力，通过价类二维图和现象推理构建价态转化模型发展科学思维，结合硫酸亚铁晶体制备讨论体现化学与实际联系，提升学生实验设计和问题解决能力，为教师提供结构化教学与评价素材。

第三章 铁 金属材料 实验活动2 铁及其化合物的性质 一、知识目标 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.了解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。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：通过实验观察铁及其化合物的性质表现，从微观角度理解氧化还原反应中电子转移与元素价态变化的关系，建立物质性质与微观结构的联系。 2.证据推理与模型认知：根据实验现象进行推理分析，构建不同价态铁元素物质相互转化的模型，培养逻辑思维和科学探究能力。 3.科学探究与创新意识：通过设计实验方案、操作实验和分析实验结果，提高科学探究能力，尝试创新实验方法来解决问题。 一、教学重点 认识铁及其化合物的重要化学性质，学会铁离子的检验方法。 二、教学难点 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。 铁元素是一种重要的金属元素，铁及其化合物在日常生活、工业生产和科学研究中都有广泛的应用。这部分内容是高中化学元素化合物知识的重要组成部分，对于学生认识金属元素及其化合物的性质和用途，理解氧化还原反应原理在实际中的应用具有重要意义。 教材围绕铁及其化合物的性质展开，包括铁单质的还原性、铁盐的氧化性、亚铁盐的氧化性和还原性以及铁离子的检验方法等内容。通过实验活动，让学生亲身体验和探究铁及其化合物的性质，培养学生的实验操作能力和科学探究精神。同时，教材还引导学生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，加深学生对氧化还原反应的理解。此外，教材最后还设置了以铁屑为原料制备硫酸亚铁晶体的讨论任务，将知识的学习与实际应用相结合，提高学生解决实际问题的能力。 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的系统知识和氧化还原反应的理解还不够深入。 在思维能力方面，学生正从形象思维向抽象思维过渡，开始具备一定的逻辑推理和分析问题的能力，但在实验设计和探究能力上还有待提高。对于实验现象的观察和分析，可能还停留在表面，缺乏深入的思考和归纳总结。 在学习兴趣上，学生对化学实验充满好奇和兴趣，但在面对较为复杂的实验操作和理论知识时，可能会产生畏难情绪。因此，在教学过程中，教师应充分利用实验的趣味性，引导学生积极参与实验探究，逐步培养学生的学习兴趣和自主学习能力。同时，要关注学生的个体差异，根据学生的实际情况进行有针对性的指导，帮助学生克服学习中的困难，顺利掌握铁及其化合物的相关知识。 教学环节一 新课导入 【展示铁的价类二维图】现在，老师给大家展示一张铁的价类二维图（展示课件中的铁的价类二维图）。从这张图中我们可以看到，铁元素有不同的价态，包括 0 价、+2 价、+3 价等，并且存在着不同价态铁元素的物质，如单质铁、亚铁盐、铁盐等。不同价态的铁元素之间还可以相互转化，那么这种转化是如何实现的呢？又遵循着怎样的化学规律呢？ 【提出问题，导入新课】带着这些关于铁及其化合物的疑问，让我们一起走进今天的学习内容——铁及其化合物的性质。通过今天的实验，我们将揭开铁元素的神秘面纱，了解铁及其化合物的重要化学性质，学会铁离子的检验方法，还能明白不同价态铁元素的物质间是如何通过氧化还原反应实现相互转化的。 【设计意图】 1.利用直观图表：展示铁的价类二维图，将抽象的铁元素价态和物质类别以直观的图表形式呈现出来，帮助学生建立起系统的知识框架，引发学生对不同价态铁元素物质间相互转化的思考，自然地过渡到本节课的主题。 2.引发思考，明确目标：提出一系列关于铁及其化合物的问题，引导学生带着问题去探索新知识，使学生在学习过程中有明确的目标和方向，提高学习的主动性和针对性。 教学环节二 铁及其化合物的性质 任务1：请同学们在给定试剂中选择合适试剂，设计铁单质的还原性的实验方案。 【问题】请同学们在给定试剂（试管、胶头滴管、药匙、镊子、溶液、稀溶液、溶液、溶液、酸性溶液、溶液、溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝）中选择合适试剂，设计铁单质的还原性的实验方案。 【学生思考并回答】可以选择试管、铁丝、镊子、溶液。实验步骤为在试管中加入溶液，再将一段铁丝放入溶液中，过一会儿取出铁丝，观察实验现象。 【教师讲解】很好，那我们来进行这个实验。现在大家观察实验现象，看看能得出什么结论。 【学生观察并回答】铁丝表面有红色物质生成。这说明铁的还原性强于铜，把铜离子从溶液中置换出来了，化学方程式为。 【教师总结】非常棒，通过这个实验我们验证了铁单质具有还原性。 【设计意图】让学生自主设计实验方案，培养学生的实验设计能力和科学探究精神。通过实验操作和观察，让学生直观地认识铁单质的还原性，加深对化学知识的理解。 【总结讲解】 一、铁及其化合物的性质 1.铁单质的还原性 实验操作 实验现象 实验结论 （化学方程式） 在1支试管里加入2mL CuSO4  溶液，再将一段铁丝放到CuSO4溶液中，过一会儿，取出铁丝，观察发生的现象。 铁丝表面有红色物质生成 铁的还原性强于铜，把铜离子从溶液中置换出来 任务2：请同学们在给定试剂中选择合适试剂，设计铁盐的氧化性的实验方案。 【问题】请同学们在给定试剂（试管、胶头滴管、药匙、镊子、溶液、稀溶液、溶液、溶液、酸性溶液、溶液、溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝）中选择合适试剂，设计铁盐的氧化性的实验方案。 【学生思考并回答】可以选择试管、铜片、溶液、镊子，蒸馏水、溶液、溶液。实验步骤为：①取稀溶液加入试管中，加入几小块铜片，振荡，过一会儿，观察现象。②在一支盛有水的试管中滴加几滴稀溶液，再滴加滴溶液，观察现象。然后向溶液中滴加滴淀粉溶液，观察现象。 【教师讲解】非常好，那我们按照这个方案进行实验，大家仔细观察现象并分析。 【学生观察并回答】①实验中铜片逐渐溶解，溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色，这说明具有氧化性，化学方程式为。②实验中滴加溶液后，溶液棕黄色褪去，加入淀粉溶液后，溶液变为蓝色，这说明具有氧化性，具有还原性，化学方程式为，遇淀粉变蓝。 【教师总结】大家分析得很准确，通过这两个实验我们验证了铁盐具有氧化性。 【设计意图】进一步培养学生的实验设计和探究能力，让学生通过实验深入理解铁盐的氧化性，提高学生的分析和解决问题的能力。 【总结讲解】 一、铁及其化合物的性质 2.铁盐的氧化性 实验操作 实验现象 实验结论 （化学方程式） 1、取一支试管加入3mL FeCl3溶液，再加入几小块铜片，观察现象。 铜片逐渐溶解，溶液有棕黄色逐渐变为浅绿色 Fe3+具有氧化性 实验操作 实验现象 实验结论 （化学方程式） 2、在一支盛有3mL水的试管中加入几滴FeCl3溶液，再滴加3滴KI溶液，最后滴加2滴淀粉溶液，观察现象。 滴加KI溶液后，溶液棕黄色褪去，加入淀粉溶液后，溶液变为蓝色 Fe3+具有氧化性 I- 具有还原性 任务3：请同学们在给定试剂中选择合适试剂，设计铁亚铁盐的氧化性和还原性的实验方案。 【问题】请同学们在给定试剂（试管、胶头滴管、药匙、镊子、溶液、稀溶液、溶液、溶液、酸性溶液、溶液、溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝）中选择合适试剂，设计亚铁盐的氧化性和还原性的实验方案。 【学生思考并回答】可以选择试管、溶液、锌片、镊子、溶液、酸性溶液、溶液。实验步骤为：①取溶液加入试管中，加入几小块锌片，振荡，过一会儿，观察现象。②在一支试管中加入少量酸性溶液，然后向试管中加入少量溶液，观察溶液的颜色变化。当溶液紫色褪去时，再滴加滴溶液，观察现象。 【教师讲解】很好，我们来进行实验，看看会有什么现象。 【学生观察并回答】①实验中溶液由浅绿色逐渐变为无色，说明具有氧化性，化学方程式为。②实验中紫色的酸性高锰酸钾溶液褪色，当溶液紫色褪去后，滴加溶液，溶液变为红色，这说明具有氧化性，具有还原性，遇到溶液变红，化学方程式为。 【教师总结】通过这两个实验，我们验证了亚铁盐既有氧化性又有还原性。 【设计意图】让学生全面认识亚铁盐的性质，培养学生的综合实验能力和对知识的归纳总结能力。 【总结讲解】 一、铁及其化合物的性质 3.亚铁盐的氧化性和还原性 实验操作 实验现象 实验结论 （化学方程式） 亚铁离子的氧化性 取3mL的FeCl2溶液加入试管，加入几小块锌片，振荡，过一会儿，观察现象。 溶液由浅绿色逐渐变为无色 Fe2+具有氧化性 实验操作 实验现象 实验结论 （化学方程式） 亚铁离子的还原性 在1支试管里加入少量KMnO4酸性溶液，然后向试管中加入少量的FeCl2溶液，观察溶液的颜色变化。当溶液紫色褪去时，在滴入2滴KSCN溶液，振荡，观察现象。 紫色的酸性高锰酸钾溶液褪色，当溶液紫色褪去会后，滴加KSCN溶液，溶液变为红色 KMnO4具有氧化性 Fe2+具有还原性 Fe3+遇到KSCN溶液变红 教学环节三 铁离子的检验 任务1：请同学们在给定试剂中选择合适试剂，设计铁离子的检验的实验方案。 【引入】我们已经了解了铁及其化合物的一些性质，那如何检验铁离子呢？接下来我们通过实验来探究。 【问题】请同学们在给定试剂（试管、胶头滴管、药匙、镊子、溶液、稀溶液、溶液、溶液、酸性溶液、溶液、溶液、淀粉溶液、蒸馏水、锌片、铜片、铁粉、铁丝）中选择合适试剂，设计铁离子的检验的实验方案。 【学生思考并回答】可以选择试管、蒸馏水、溶液、溶液。实验步骤为在一支试管中加入蒸馏水，再滴加几滴稀溶液，然后滴加几滴溶液，观察现象。 【教师讲解】很好，我们进行这个实验，大家观察现象并得出结论。 【学生观察并回答】溶液变为红色，说明遇到溶液变红，化学方程式为。 【教师总结】对，这就是检验铁离子的一种常用方法。 【设计意图】让学生通过实验掌握铁离子的检验方法，培养学生的实验操作和观察分析能力。 【总结讲解】 二、铁离子的检验 1.FeCl3溶液与KSCN溶液的反应 实验操作 实验现象 实验结论 （化学方程式） 在1支试管中加入2ml蒸馏水，再滴加1滴FeCl3溶液，然后滴加几滴KSCN溶液，观察现象。 溶液变为红色 Fe3+遇到KSCN溶液变红 任务2：请同学们进一步探究铁离子和亚铁离子与KSCN溶液的反应. 【问题】我们再来做一个实验，在一支试管中加入少量稀溶液，然后加入适量铁粉，轻轻振荡片刻，再滴加几滴溶液，观察现象并分析。 【学生实验并回答】无现象，说明遇到溶液无现象。因为铁粉将还原为，化学方程式为。 【教师总结】通过这个实验，我们进一步区分了铁离子和亚铁离子与溶液的不同反应。 【设计意图】加深学生对铁离子和亚铁离子性质差异的理解，强化对铁离子检验方法的认识。 【总结讲解】 二、铁离子的检验 2.FeCl2溶液与KSCN溶液的反应 实验操作 实验现象 实验结论 （化学方程式） 在一支试管中加入少量FeCl3稀溶液，然后加入适量铁粉，轻轻振荡片刻，再滴加几滴KSCN溶液，观察现象。 无现象 Fe2+遇到KSCN溶液无现象 任务3：请同学们思考与讨论：以铁屑为原料，如何制备硫酸亚铁晶体（FeSO4·7H2O）？ 【问题】请同学们思考与讨论：以铁屑为原料，如何制备硫酸亚铁晶体（）？铁屑的主要成分有和（少量）。 【学生讨论并回答】可以先进行酸浸，用稀硫酸与铁屑反应，与稀硫酸反应生成和，化学方程式为；与稀硫酸反应生成和，化学方程式为。然后加入铁粉将还原为，化学方程式为。最后经过过滤、结晶得到硫酸亚铁晶体。 【教师总结】非常好，大家分析得很全面。通过这个讨论，我们了解了物质制备的一般思路和方法。 【设计意图】培养学生的综合分析和解决问题的能力，让学生了解化学知识在实际物质制备中的应用。 【总结讲解】 二、铁离子的检验 3.以铁屑为原料，制备硫酸亚铁晶体（FeSO4·7H2O）？ 实验活动2 铁及其化合物的性质 一、铁及其化合物的性质 1.铁单质的还原性 实验：铁单质与CuSO₄溶液的反应 现象：铁丝表面有红色物质生成 结论：铁的还原性强于铜 2.铁盐的氧化性 实验：FeCl₃溶液与铜片、KI溶液的反应 现象：铜片溶解，溶液颜色变化；溶液棕黄色褪去，加入淀粉溶液变蓝 结论：Fe³⁺具有氧化性 3.亚铁盐的氧化性和还原性 氧化性：FeCl₂溶液与锌片反应，溶液由浅绿色变为无色 还原性：FeSO₄溶液与酸性KMnO₄溶液反应，紫色褪去，加KSCN溶液变红 二、铁离子的检验 1.FeCl₃溶液与KSCN溶液的反应 现象：溶液变为红色 结论：Fe³⁺遇到KSCN溶液变红 2.FeCl₂溶液与KSCN溶液的反应 现象：无现象 结论：Fe²⁺遇到KSCN溶液无现象 3.制备硫酸亚铁晶体 铁屑→酸浸（稀硫酸）→过滤→结晶→硫酸亚铁晶体 1.探究铁及其化合物的性质，下列方案设计、现象和结论都正确的是（ ） 选项 实验方案 现象 结论 A 向FeCl2溶液中加入Zn片 短时间内无明显现象 Fe2＋的氧化能力比Zn2＋弱 B 向某溶液中滴加KSCN溶液 溶液变成红色 该溶液中无Fe2＋ C 将食品脱氧剂样品中的还原铁粉溶于盐酸，滴加KSCN溶液 溶液呈浅绿色 食品脱氧剂样品中没有＋3价铁 D 向沸水中逐滴加5～6滴饱和FeCl3溶液，持续煮沸 溶液先变成红褐色再析出沉淀 Fe3＋先水解得Fe(OH)3胶体，再聚集成Fe(OH)3沉淀 【答案】D 【解析】A选项，向FeCl₂溶液中加入Zn片，发生反应Zn + Fe²⁺ = Zn²⁺ + Fe，短时间内无明显现象可能是反应速率较慢，不能得出Fe²⁺的氧化能力比Zn²⁺弱的结论，A错误；B选项，向某溶液中滴加KSCN溶液，溶液变成红色，只能说明溶液中存在Fe³⁺，不能确定是否存在Fe²⁺，B错误；C选项，将食品脱氧剂样品中的还原铁粉溶于盐酸，若存在＋3价铁，会被铁还原为Fe²⁺，滴加KSCN溶液溶液呈浅绿色，不能说明食品脱氧剂样品中没有＋3价铁，C错误；D选项，向沸水中逐滴加5 - 6滴饱和FeCl₃溶液，持续煮沸，Fe³⁺先水解得Fe(OH)₃胶体，继续加热，胶体聚集成Fe(OH)₃沉淀，溶液先变成红褐色再析出沉淀，D正确。 2.把铁片放入下列溶液中，铁片溶解，溶液质量增加，但没有气体放出的是（ ） A．稀硫酸 B．CuSO₄溶液 C． Fe₂(SO₄)₃溶液 D．AgNO₃溶液 【答案】C 【解析】A选项，铁片放入稀硫酸中，发生反应Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑，有气体放出，不符合要求，A错误；B选项，铁片放入CuSO₄溶液中，发生反应Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu，溶液质量减小，不符合要求，B错误；C选项，铁片放入Fe₂(SO₄)₃溶液中，发生反应Fe + Fe₂(SO₄)₃ = 3FeSO₄，铁片溶解，溶液质量增加，且没有气体放出，C正确；D选项，铁片放入AgNO₃溶液中，发生反应Fe + 2AgNO₃ = Fe(NO₃)₂ + 2Ag，溶液质量减小，不符合要求，D错误。 3.部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是（ ） A. a可与e反应生成b B. b既可被氧化，也可被还原 C. 可将e加入浓碱液中制得d的胶体 D. 可存在b→c→d→e→b的循环转化关系 【答案】C 【解析】根据价类二维图可知，a为Fe，b为Fe²⁺，c为Fe(OH)₂，d为Fe(OH)₃，e为Fe³⁺。A选项，Fe与Fe³⁺反应生成Fe²⁺，即a可与e反应生成b，A合理；B选项，Fe²⁺处于中间价态，既可被氧化为Fe³⁺，也可被还原为Fe，B合理；C选项，将Fe³⁺加入浓碱液中得到的是Fe(OH)₃沉淀，而不是胶体，C不合理；D选项，Fe²⁺可与碱反应生成Fe(OH)₂，Fe(OH)₂被氧化生成Fe(OH)₃，Fe(OH)₃与酸反应生成Fe³⁺，Fe³⁺被还原可生成Fe²⁺，可存在b→c→d→e→b的循环转化关系，D合理。 4.是人体必需的微量元素，治疗缺铁性贫血的常见方法是服用补铁药物。“速力菲”(主要成分：琥珀酸亚铁，呈暗黄色)是市场上一种常见的补铁药物。该药品不溶于水但能溶于人体中的胃酸。某同学为了检测“速力菲”药片中Fe²⁺的存在，设计并进行了如下实验： 试回答下列问题： (1)试剂1是_______，试剂2是__________，加入新制氯水后溶液中发生反应的离子方程式是_________________________、_________________________。 (2)加入试剂2后溶液中颜色由淡黄色转变为淡红色的原因是_________________，写出该溶液中＋2价Fe在空气中转化为＋3价Fe的化学方程式：______________________________。 (3)该同学猜想红色溶液变为无色溶液的原因是溶液中的＋3价铁被还原为＋2价铁，你认为该同学的猜想合理吗？________。若你认为合理，请说明理由(若你认为不合理，该空不作答)：_______；若你认为不合理请提出你的猜想并设计一个简单的实验加以验证(若你认为合理，该空不作答)：____________。 【答案】(1)稀盐酸；KSCN溶液；2Fe²⁺＋Cl₂ = 2Fe³⁺＋2Cl⁻；Fe³⁺＋3SCN⁻ = Fe(SCN)₃ (2)少量的Fe²⁺转化为Fe³⁺；4FeCl₂＋O₂＋4HCl = 4FeCl₃＋2H₂O (3)不合理；Fe(SCN)₃中的SCN⁻被过量的氯水氧化；设计的实验为在褪色后的溶液中加入FeCl₃溶液，不变红色(或在褪色后的溶液中加入KSCN溶液，变红色) 【解析】(1)检测“速力菲”药片中Fe²⁺的存在，先加稀盐酸溶解药品，再加KSCN溶液检验是否有Fe³⁺，若无明显现象，加入新制氯水，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，发生反应的离子方程式为2Fe²⁺＋Cl₂ = 2Fe³⁺＋2Cl⁻，Fe³⁺与SCN⁻反应生成Fe(SCN)₃，离子方程式为Fe³⁺＋3SCN⁻ = Fe(SCN)₃。 (2)加入试剂2后溶液中颜色由淡黄色转变为淡红色，是因为少量的Fe²⁺被空气中的氧气氧化为Fe³⁺；＋2价Fe在空气中转化为＋3价Fe的化学方程式为4FeCl₂＋O₂＋4HCl = 4FeCl₃＋2H₂O。 (3)该同学猜想不合理，因为过量的氯水具有强氧化性，会将Fe(SCN)₃中的SCN⁻氧化，使溶液褪色。验证方法为在褪色后的溶液中加入FeCl₃溶液，不变红色(或在褪色后的溶液中加入KSCN溶液，变红色)。 在本次教学中，通过实验让学生深入了解铁及其化合物的性质和铁离子的检验方法，取得了较好的教学效果。学生在实验过程中积极参与，提高了动手能力和观察能力。但在教学过程中也存在一些不足之处，例如部分学生对氧化还原反应的理解还不够深入，导致在分析实验现象和书写化学方程式时出现困难。在今后的教学中，应加强对氧化还原反应等基础知识的讲解和练习，同时增加一些拓展性实验，培养学生的创新思维和科学探究能力。此外，在时间把控上还需进一步优化，确保每个教学环节都能充分展开。 / 学科网（北京）股份有限公司 $