• 陈苏苏:基于研学问题的高三化学一轮复习(苏州中学)
  • ——以“铁及其化合物”教学设计为例
  •           2018/5/2     浏览()     【
  • 基于研学问题的高三化学一轮复习

    ——以“铁及其化合物”教学设计为例

    陈 苏 苏

                                  江苏省苏州中学,江苏苏州,215007

    1 设计思路

    1.1教学内容分析

    铁及其化合物的知识在《化学1》中学习过。新教材重视学科知识与科技、生产和生活的联系,改变了传统教材以物质结构、性质、制法、用途为主线的系统学习物质的方法,在一定程度上影响了《化学1》教学时元素化合物知识架构的严密逻辑性。

    1.2 学情分析

    学生在《化学1》中学习元素化合物知识时,尚无多少理论内容支撑,因此学生感觉学习过的知识比较零散、系统性不强。在复习中如果仍然按课本专题进行复习,势必影响学生知识网络结构的形成,造成建构的知识缺乏系统性,导致学生运用知识的能力较差。

    1.3 设计思路

    元素及其化合物的知识点多、零散,运用知识网络图,打破以往围绕单一物质的组成、结构、物理性质、化学性质、实验室制备、工业制法、应用的线性教学模式,着重引导学生对知识的合理重组,理清知识间的逻辑关系。教师预先将课堂中有价值的问题提炼出来,确立为研学问题,研学问题是围绕学科核心知识或概念而预设或生成的需要探究的教学问题,以研学问题为载体把高三化学一轮复习中所需要的知识和能力糅合其中。这样复习不仅可以将知识进行回顾和整理,还可以将知识系统化与结构化,最终提升学生的学科素养、学科能力。

    2 过程方法

    2.1 明确高考要求

    高考复习备考必须以考纲为准绳,我们复习的时候要清楚高考考什么,高考怎么考。高考对铁及其化合物的要求是:了解铁及其重要化合物的主要性质及其应用;能鉴别溶液中的Fe2+Fe3+。课前教师收集近三年高考考题中有关铁及其化合物的素材,从题目数量比例和具体生活化内容题材两个角度,让学生感受铁及其化合物知识的重要性。

    2.2 学生自主学习

    由学生按照学案自主复习,在独立思考的基础上绘制铁及其化合物的知识网络图。

    2.3 研学问题的确立

    确立高三一轮化学复习课的研学问题需要考虑问题的真实性、价值性、统合性、可操作性。不管问题是预设的还是生成的,都应该是学习过程中可能真实遇到的问题;它可以将高一、高二看似孤立的知识统合起来,有助于完善学科的核心观念,提升学科能力。教师课前需要精包括了学科课程标准、考试要求、学生的认知水平和学习特点。只有课前的功夫做透了,才能精心设计出有研学价值的研学问题。研学问题的设计要精准,抓准教学任务的关键处,在关键处设问,研学问题承载着整个课堂复习任务。

    3 基于研学问题的课堂实施

    3.1提出问题,知识问题化

    提出问题是研学课堂的第一步,问题可以由学生提出也可以由教师提出。高三一轮复习中研学问题的提出倾向于后者。教师提出的问题往往是预设的问题或者是学生早先生成的问题,研学过程比较完整与系统。如本节课开始,教师设计了以下几个研学问题:

    1)通过铁原子结构示意图以及基态铁原子的核外电子排布式,分析铁的常见价态。

    2)回忆常见的铁的化合物,构建铁及其化合物物质类别-化合价二维坐标关系图

     

     

     

     


    3)列举下列各组物质的多种反应情况:FeH2SO4溶液 FeHNO3溶液 FeO2

    4从铁及其化合物中,找出条件对其有一定影响的其他反应。

    教师提出这些问题,目的在于让学生通过对反应的分析和回顾,将化学反应原理的理论知识应用到具体元素化合物内容中,从浓度、温度、反应物的量等条件衍生到溶液的酸碱性等条件对反应的影响,进一步强化条件对反应产生很大影响的物质转化观。

    3.2 收集素材,问题情境化

    收集材料,就是针对所提出的关键问题寻找素材,明确解决问题的方向。在提出问题环节,学生已经总结了本节课的重点和难点是注重反应条件对化学反应的影响。高三复习课中的素材主要来自于高考考题和模拟题,教师根据本节课的研学问题重点,精心挑选了几个素材。

    【素材1】已知Fe2+生成Fe(OH)2开始沉淀的pH5.8,沉淀完全的pH8.8FeSO4 + Na2CO3 = FeCO3↓ + Na2SO4,请回答:制备FeCO3,选用的加料方式是___(填字母),原因是防止生成Fe(OH)2沉淀。

    a.FeSO4溶液与Na2CO3溶液同时加入到反应容器中

    b.FeSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中

    c.Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中

    【素材2】以富含硫酸亚铁的工业废液为原料生产氧化铁的工艺如下(部分操作和条件略):
    .从废液中提纯并结晶出FeSO4?7H2O

    .将FeSO4?7H2O配制成溶液。
    FeSO4溶液与稍过量的NH4HCO3溶液混合,得到含FeCO3的浊液。
    .将浊液过滤,用90℃热水洗涤沉淀,干燥后得到FeCO3固体。
    .煅烧FeCO3,得到Fe2O3固体。
    【素材3】高铁酸钾有以下几种常见制备方法:

    干法

    Fe2O3KNO3KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物

    湿法

    强碱性介质中,Fe(NO3)3NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液

    电解法

    制备中间产物Na2FeO4,再与KOH溶液反应

    1、干法制备K2FeO4的反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为          

    2、某湿法制备高铁酸钾的基本流程如图1所示:

     

     

     


    1 湿法制备高铁酸钾的基本流程

    已知高铁酸钾性质:

      低温、碱性环境中稳定,高温、中性和酸性条件下不稳定。

      溶解度很大,难溶于无水乙醇等有机溶剂。

      具有强氧化性,能氧化烃、苯胺和80%以下乙醇溶液。

    3、电解法制备高铁酸钾操作简单、成功率高,易于实验室制备。其原理如图2所示。

     

     

     


    2 电解法制备高铁酸钾

    .实验过程中,阳极区溶液逐渐变成紫红色;停止实验,铁电极明显变细。查阅资料发现,高铁酸根(FeO42-)在溶液中呈紫红色。

    1)电解过程中,阴极电极反应是______________________

    2)生成高铁酸根(FeO42-)的电极反应是_______________________________________

    3)电解过程中,阳极也有气体产生,该气体是______________;并观察到阳极有红褐色物质生成,该物质是____________________

    据此,有研究者认为阳极生成的气体和红褐色的物质都参与了高铁酸根(FeO42-)形成过程。试写出阳极有关反应的电极反应式或离子反应方程式。

      生成Fe2+______________________________________

      产生O2_______________________________________

      生成Fe(OH)3__________________________________

      生成FeO42-____________________________________

    总反应:Fe + 8OH- - 6e-  = FeO42- + 4H2O

    .制备中间产物Na2FeO4后,在低温下,用饱和氢氧化钾溶液,按氢氧化钾与高铁酸钠物质的量比值3:1反应转化生成高铁酸钾。

    1)氢氧化钾过量的目的是_______________________________________

    2)转化过程中加入饱和KOH溶液的作用是______________________________________

    3)转化反应在低温下进行,说明此温度下Ksp(K2FeO4)________ Ksp(Na2FeO4)(填“>”“<”或“=)

     3.3 解剖素材,知识模块化

    高考一轮复习不能就事论事,我们应该擅长将知识问题化,将题目扩大化,打破模块的界限。现在高考对元素化合物的考查从事实性知识向综合性应用转变。元素化合物更多地成为考查概念、原理方法和能力的载体。复习过程中,教师应将素材进行解剖,用放大镜找一找,以点带面,从线到面,让学生在复习的过程中,逐步形成模块知识大合作。教师在将素材内容进行解剖的时候,采取了借题发挥,借题质疑,步步质疑,层层驱动,环环相扣的方法。学生在不断激疑和释疑的过程中,不仅完成了知识网络的构建,还将课本中概念原理、实验、计算、物质结构等知识进行有机的整合。

    【解剖素材2

    1、硫酸亚铁的结晶水合物俗称绿矾,在医疗上硫酸亚铁可用于生产防治缺铁性贫血的药剂,在工业上硫酸亚铁还是生产铁系净水剂和颜料氧化铁红的原料,在化学合成上用作还原剂及催化剂。

    2、工业上常用废铁屑溶于一定浓度的硫酸溶液制备绿矾,反应前用什么试剂除去铁屑表面沾有的油污?

    3、请结合绿矾的溶解度曲线,制定从废液中提纯并结晶绿矾的实验步骤。

    4、实验室使用硫酸亚铁晶体时,发现浅绿色的晶体已变质成为黄色,此晶体变质生成了

    什么物质?如何证明你的判断?全部被氧化了吗?怎样检验还有Fe2+

    5、什么物质使FeSO4·7H2O晶体发生变质?   

    6、如何保存FeSO4·7H2O晶体?如何保存FeSO4溶液?

    7、铁在人体生命活动中有重要的作用,若人体缺铁会患缺铁性贫血。某补铁药片主要成分是硫酸亚铁,除去糖衣后呈淡蓝绿色,请说明此药片为什么要包裹一层糖衣?另一补血药剂主要成分是乳酸亚铁、维生素C,请说明此药剂中维生素C有什么作用?

    8、配制FeSO4溶液时需要注意哪些问题?

    【解剖素材3

    1、高铁酸钾纯品为暗紫色有光泽粉末,极易溶于水而成浅紫红色溶液。K2FeO4在水溶液中易水解,放出氧气,并沉淀出氢氧化铁。请写出高铁酸钾在水溶液中水解的离子方程式?

    2、高铁酸钾比Cl2O3ClO2KMnO4氧化性更强,是无二次污染的绿色处理剂。具有集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭八大特点为一体的综合性能,是其他水处理剂不可比拟的。pH6-6.5时,每升水加入K2FeO46-10mg,常温下30min即可杀灭水体中致病菌、大肠杆菌、伤寒杆菌及病毒,去除率为99.5%-99.95%。高铁酸钾是一种新型、高效、多功能水处理剂。K2FeO4的净水原理是什么?

    3、下图分别是FeO42- 浓度为1.0mmol/L的试样在不同pH和温度下浓度随时间的变化。(注:800min后,三种溶液中高铁酸钾的浓度不再变化。)

    20℃

    30℃

    40℃

    60℃

     

     

     

     

     


    上图中的实验可以得到什么结论?高铁酸钾在保存时应注意什么?

    1)上述氧化过程中,发生反应的离子方程式是_______________________________________________

    2)图3是相同反应时间、不同温度对高铁酸钾产率的影响。0-20之间,产率随温度升高而提高的原因是____________________________________;温度高于20 ,产率下降的原因是____________________

     

     

     

     


    3 不同温度与高铁酸钾产率的关系

    3)若以FeCl3·6H2O代替Fe(NO3)3·9H2O作铁源,K2FeO4的产率和纯度都会降低。不同铁源制备产品的纯度、产率如表1所示。一个原因是在反应温度和强碱环境下NaCl溶解度比NaNO3大,使得NaCl结晶去除率低;另一个原因是_________________________________________________________________

     


    1 不同铁源制备产品的纯度、产率

     

    4)反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。若Fe(NO3)3加入过量,在碱性介质中Na2FeO4Fe3+发生氧化还原反应生成Na3FeO4,此反应的离子方程式为____________________________

    5)实验测得铁盐溶液的质量分数、反应时间与K2FeO4产率的实验数据分别如图4、图5所示。为了获取更多的高铁酸钾,铁盐的质量分数应控制在____________附近,反应时间应控制在_______________

     

     

     

     

     

     

    4 铁盐质量分数与高                            5 反应时间与高铁

    铁酸钾产率的关系                                 酸钾产率的关系

    6)粗K2FeO4K2FeO4包括重结晶、过滤、洗涤、干燥等步骤,洗涤干燥的目的是脱碱、脱水,洗涤时可以用__________________________________洗涤。

    4 总结与反思

    本节课不仅完成了铁及其重要化合物知识网络的构建,还采用了“解剖麻雀法”的方法,以点带面有机整合了氧化还原反应、离子反应、化学平衡、实验、电化学、物质结构等模块知识。所谓“基础不牢,地动山摇”,所以我们的高考一轮复习更应该要做到“以点带面,从线到面,逐步形成模块知识大合作!” 基于研学问题的复习模式,学生练题少了,思考多了,能激发学生的学习兴趣。传统的高三复习课,大多数采取知识回顾、考题再现、训练讲评等步骤,学生容易厌倦。但是,要设计出有价值的研学问题,需要花费大量的时间和精力,这方面的矛盾还需要在教学实践中不断尝试和调整。

    参考文献

    [1] 兰建祥.例谈高三复习教学中对“题”材的利用[J].化学教学,201511):79-84.

    [2] 曹旭琴.知识问题化问题情境化-高三元素化合物复习教学的实践与思考[J].化学教学,20147):45-47.

     

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