資源簡介

第三章《鐵及其化合物》教學設計
　　一、教材分析
　　“鐵及其化合物”是高中化學必修課程中核心內容，是高中一年級全體學生都應學習的重點化學內容。鐵元素不僅是典型的金屬元素，還是重要的變價元素。鐵及其化合物，與人體健康密切相關，在生活、生產中也有著廣泛的應用。
　　《普通高中化學課程標準（2017年版）》對本節的內容要求是：結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解鐵及其重要化合物的主要性質，了解它們在生產、生活中的應用。具體內容包含：了解Fe的物理性質和化學反應，認識Fe3+的氧化性和鑒別，掌握Fe2+與Fe3+的轉化規律。
　　本節課鐵及其化合物，以麥片含有鐵粉引起大眾驚慌這一新聞事件引入，以“麥片中是否含有鐵粉”——“為什么麥片中添加鐵粉”——“服用補鐵劑的注意事項”——“補鐵劑的定性和定量檢測”為教學主線，將Fe的物理性質和化學性質，Fe2+與Fe3+性質和相互轉化，以及Fe2+與Fe3+的檢驗鑒別等學科知識用于實際問題的解決。發展物質性質和物質用途關聯、化學物質及其變化的社會價值的認識水平，并在不斷應用中促進核心素養的發展，提升從“解題”到“解決問題”的能力。
　　二、學情分析
　　通過初中化學及高一前階段的學習，學生對鐵及其化合物知識有了一定程度的了解，具備了分類研究物質性質和科學探究的基本方法，具有了氧化還原理論和離子反應的概念。因此，學生對于本節課的學習有了一定的知識基礎和方法；通過前期的學習，學生具有一定的實驗操作、觀察分析和表達交流的能力，但在嚴密性、完整性、科學性及邏輯推理等方面尚存在欠缺。本節課通過實際問題的解決，引導學生從物質類別、核心元素的價態兩個角度來認識物質的化學性質，逐步建立、完善和應用研究物質化學性質的視角和模型。
　　三、教學目標
　　1.通過對麥片中是否含有鐵粉的實驗探究，以及對加入還原鐵粉作用的分析，診斷并發展學生對鐵的性質認識水平（孤立水平、系統水平）。
　　2.通過對Fe的化學性質的分析，以及Fe2+與Fe3+相互轉化條件探討和實驗方案設計，診斷并發展學生從物質類別和元素價態兩個視角認識物質間轉化關系認識的結構化水平及科學探究水平（基于經驗水平、基于概念原理水平）。
　　3.通過對服用補鐵劑的注意事項以及定性和定量檢驗鐵的交流和討論，診斷并發展學生解決實際問題的能力水平及其對化學價值的認識水平（學科價值視角、社會價值視角、學科和社會價值視角）。
　　四、教學重點
　　1.通過設計實驗驗證“麥片中是否含有鐵粉”，應用Fe的物理性質解決實際問題。
　　2.應用Fe的化學性質解釋“為什么麥片中添加鐵粉”，并運用氧化還原反應的理論對生成+2價和+3價鐵進行歸納，從物質類別和元素價態兩個視角認識物質間轉化關系，建構研究物質化學性質的認知模型。在此基礎上再認識鐵和水蒸氣的反應。
　　3.在分析“服用補鐵劑的注意事項”過程中，應用從物質類別和元素價態兩個視角認識物質間轉化關系的模型，預測并實驗驗證學習了Fe2+與Fe3+性質以及相互轉化，并能運用Fe2+與Fe3+性質來解決實際問題。
　　4.在模擬質檢員測定補鐵劑中是否含有鐵元素，鐵含量是否達標的過程中，應用Fe2+與Fe3+的鑒別，和鐵的化合物間的轉化規律，設計測定鐵元素含量的方法，并從中提煉測定物質含量的一般思路。
　　五、教學難點
　　1.建立從物質類別、核心元素的價態兩個角度來認識物質的化學性質的視角和模型。
　　2.發展學生應用Fe以及Fe2+與Fe3+性質和轉化規律的學科知識解決實際問題的能力及其對化學價值的認識。
　　六、教學流程
　　（一）環節一：麥片中是否含有鐵粉
　　1.創設情境，提出問題。
　　教師引導：麥片中添加還原鐵粉引起公眾驚慌的新聞事件。展示麥片配料表，顯示添加了還原鐵粉。請根據已學知識設計實驗判斷麥片中是否添加還原鐵粉？
　　學生活動：（1）進行小組討論，代表發言，利用鐵具有鐵磁性這一特性，如果有黑色粉末，并能被磁石吸引，可判斷含有鐵粉。（2）實驗驗證。將打磨麥脆片并裝入保鮮袋，加水溶解進行實驗，觀察是否有被磁鐵吸引的黑色粉末。實驗驗證結果麥片中確實含有還原鐵粉。
　　教師引導：剛才實驗我們是利用鐵具有鐵磁性這一特殊的物理性質，鐵是生活中應用最廣泛、用量最大的一種金屬元素，具有典型的金屬通性，那鐵還具有哪些物理性質呢？
　　學生活動：銀白色金屬光澤，導電性、導熱性、延展性。
　　設計意圖：這一環節讓學生設計簡單的實驗方案判斷麥片是否真的含有鐵粉，目的在于診斷學生對鐵的物理性質認識發展水平是孤立水平還是系統水平以及提升了學生依據證據推出合理的結論，設計簡單的實驗方案，根據現象作出解釋，運用所學知識解決生活中簡單的化學問題的核心素養。
　　（二）環節二：為什么在麥片中添加還原鐵粉
　　1.分析和解釋還原鐵粉的作用
　　教師引導：通過實驗驗證了麥片中確實含有還原鐵粉，那么為什么要在麥片中添加還原鐵粉？
　　學生活動：學生小組討論，并匯報、交流還原鐵粉的作用。
　　小組1：初中學過，鐵粉可以作雙吸劑，吸收空氣中的氧氣和水，防止食物被氧化，具有保鮮的作用。
　　小組2：可以補鐵，血紅蛋白中含有鐵元素，鐵是構成人體的必不可少的重要元素。還原鐵粉吃下去后能和胃酸反應生成二價鐵。
　　教師引導：同學們一定很關心，像這樣直接以鐵單質的形式出現在食物里，是否對身體有害。對于“還原鐵”而言，只要在國家標準內使用就無害，所以不必擔心。
　　2.自主歸納物質間轉化的認識角度
　　教師引導：剛剛我們利用以前學過的鐵相關的性質，解釋了還原鐵粉的作用。同學們還學過哪些鐵的反應呢？請舉例。并從不同角度認識這些反應，對反應進行分類。
　　學生活動：學生小組討論，并匯報、交流、并補充。
　　小組1：根據物質分類的角度，鐵是金屬單質，可以與非金屬單質、酸、鹽溶液發生反應。
　　小組2：從氧化還原的角度，根據鐵元素價態的變化，我們發現，鐵有較強的還原性，鐵可被氧化到+2價和+3價。
　　教師引導：追問概括鐵單質在什么條件下轉化為+2價，什么條件下轉化為+3價？
　　學生活動：與弱氧化劑反應生成+2價鐵，與強氧化劑反應生成+3價的鐵。
　　3.探究鐵與水蒸氣的反應
　　教師引導：[圖片情境]在鋼鐵廠的生產中，熾熱的鐵水或鋼水注入模具之前，出土的模具必須進行充分的干燥處理，不得留有水。這是為什么呢？生活經驗告訴我們，在常溫下，鐵與水是不發生反應的。那么，在高溫下，鐵能否與水發生反應呢？有人設計了如圖所示的裝置，進行還原鐵粉與水蒸氣反應的實驗。

　　教師進行演示實驗，學生認真觀察實驗并討論交流該裝置的實驗原理，并根據實驗現象，分析可能的生成物。
　　學生活動：在高溫條件下，鐵粉與水蒸氣反應裝置很巧妙地利用一根試管完成了實驗。用濕棉花加熱提供水蒸氣、用肥皂液收集氫氣并點燃驗證。這一實驗中，紅熱的鐵能與水蒸氣反應，

　　設計意圖：鐵的化學性質是學生較為熟悉的內容，本節課在此內容的處理上并不是簡單羅列，而是創設真實的問題情境——“麥片中為何要添加還原鐵”，目的在于診斷學生對鐵的化學性質認知是處于識記水平還是應用水平。此外，“鐵單質在什么條件下轉化為+2價，什么條件下轉化為+3價”這一評價任務的設計，目的在于使學生氧化還原反應理論達到“結構化”水平，實現知識向素養轉化。
　　（三）環節三：服用補鐵劑的注意事項
　　1.應用物質類別和元素價態兩個視角來預測Fe2+與Fe3+性質，并通過實驗探究來驗證其相互轉化。
　　教師引導：前面通過實驗，我們已經驗證麥片中確實加入了“還原鐵粉”，可以被人體吸收，但吸收效率不高。因此，如果是缺鐵性貧血，就需要服用專門的補鐵劑。
　　[實物展示]常見的補鐵劑有硫酸亞鐵、乳酸亞鐵、血紅素亞鐵等，由此可知，補鐵劑中鐵元素的化合價是+2價，是因為人體對二價鐵的吸收利用率比三價鐵高得多。看說明書，發現服用補鐵劑的一些注意事項。
　　教師引導：為了解釋這些注意事項背后的原理，我們首先要先了解Fe2+與Fe3+性質。請同學們應用剛剛總結的認識物質間轉化的兩個視角—物質類別和元素價態的方法模型，來預測Fe2+與Fe3+性質，并說明預測的依據。
　　學生活動：從物質類別角度分析，硫酸亞鐵和氯化鐵是鹽，能與堿、鹽、酸、金屬反應。從元素價態的角度分析，亞鐵為+2價，既可升高，具有還原性可與氧化劑反應，又可降低，具有氧化性可與還原劑反應；鐵離子為+3價，只能降低，具有氧化性可與還原劑反應。
　　教師引導：如何驗證你的預測？你將選取哪些試劑？說明理由。如何證明你設計的實驗中物質之間確實發生了反應？
　　學生活動：設計實驗，動手檢驗。思考選取依據、闡述原因，例如選取氫氧化鈉是為了驗證硫酸亞鐵能與某些堿反應。
　　教師引導：組織學生以小組為單位設計實驗方案、匯報交流。
　　實驗目的：驗證硫酸亞鐵能與某些氧化劑反應；
　　實驗試劑：高錳酸鉀溶液和硫酸亞鐵；
　　理論依據：高錳酸鉀溶液能與硫酸亞鐵發生氧化還原反應；
　　預期現象：溶液褪色。
　　2.應用Fe2+與Fe3+性質解釋服用補鐵劑的注意事項。
　　學生活動：以小組為單位討論和交流，并從酸堿反應、氧化還原反應、沉淀反應和絡合反應等四大反應的角度，利用Fe2+與Fe3+性質解釋這些注意事項背后的原因。
　　（1）久置，二價鐵易被氧化為三價鐵而影響療效。
　　（2）維生素C有還原性，水果、果汁中富含維生素C和酸性物質，防止二價鐵被氧化，有利于吸收。
　　（3）因茶葉和咖啡中含大量鞣酸，生成鐵的絡合物，影響鐵的吸收。
　　（4）不易同時服用堿性飲料，降低胃的酸度。
　　（5）因補鐵劑能與腸內的硫化氫結合成黑色的硫化亞鐵沉淀，所以病人服用鐵劑后會排出黑色糞便。
　　設計意圖：師生進行充分交流。教師追問選擇試劑的依據，幫助學生內化從物質類別及氧化還原角度認識物質性質的思路和方法。采用學生分組實驗的形式，引導學生充分經歷預測、設計實驗方案、實施實驗、匯報展示、總結提升的完整的物質性質實驗探究過程。另外，解釋“服用補鐵劑的注意事項”這一評價任務，目的在于診斷對Fe2+與Fe3+性質認識發展水平是孤立水平還是系統水平，運用所學知識解決生活中簡單的化學問題的核心素養。
　　（四）環節四：補鐵劑的定性和定量檢測
　　1.補鐵劑的定性檢驗
　　教師引導：老百姓最關心的是藥品中是否含鐵元素，以及鐵含量是否達標。根據Fe2+與Fe3+的鑒別，請同學們來當質檢員設計實驗方案來檢測補鐵劑中是否含有鐵元素。
　　學生活動：
　　方案一，先加KSCN溶液，再加入雙氧水，看溶液是否變紅；
　　方案二，直接滴加NaOH溶液，一段時間后看是否有紅褐色沉淀生成。
　　結論：實驗證實補鐵劑中含有鐵元素。
　　2.補鐵劑的定量檢驗
　　教師引導：根據鐵及其化合物之間的轉化關系，設計實驗方案測定補鐵劑中鐵元素的含量。
　　學生活動：小組討論，設計測定方案—運用鐵守恒的沉淀法，稱量三氧化二鐵的質量。
　　教師引導：除了沉淀法，還有氧化還原滴定法、比色法和原子發射光譜等技術和手段也可以用來定量檢測鐵的含量。
　　教師總結：今天的探究課題來源于生活中的真實社會話題，通過小組討論、設計方案、動手實驗，從而得出結論，再將所學知識應用到生產、生活中，可以歸納為起源于生活、形成于課本、應用于生活，這是完整的科學探究脈絡。希望同學們在今后生活中遇到與科學，特別是化學相關的社會話題時，能夠遵循科學探究脈絡理性思考問題，不要人云亦云以訛傳訛，做一個有科學素養的公民。
　　設計意圖：本環節運用角色模擬法讓學生綜合應用Fe2+與Fe3+相互轉化、Fe2+與Fe3+鑒別與檢驗等內容檢測補鐵劑商品質量，綜合評價并鞏固提升學生的化學學科核心素養。最后的結語既呼應了開頭，又升華了主題，使學生今后能對與化學有關的社會熱點問題進行理性思考，從而做出正確的價值判斷，提升了“科學精神與社會責任”這一核心素養。
　　七、板書設計

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