運用三重表征方式設計“鐵的重要化合物”教學

【摘要】用變化的角度看自然，用微觀的角度理解變化，并用符號描述變化是化學學科的基本特征，即要求化學教學或學習是宏觀、微觀、符號三水平的有機結合?！拌F的重要化合物”就是一節能夠很好體現“宏─微─符”三重表征構建教學模式的內容。故本節課就以其作為典型選題，結合化學實驗探究的方法，進一步體現“宏─微─符”三重表征的構建教學方式在化學教學中的具體應用。

【關鍵詞】運用 三重表征方式 設計 鐵的重要化合物

【中圖分類號】G65【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）11-0175-02

一、化學學習中“宏─微─符”三重表征的構建方式

化學是在原子、分子的水平上研究物質的組成、結構、性質與變化的規律。

物質的性質體現在其變化上，物質的組成、結構是理解性質的基礎，化學符號又巧妙地從微觀層次準確簡明地表達宏觀物質及其變化規律。由此就形成了“用變化的角度看自然，用微觀的角度理解變化，并用符號描述變化”的化學學科的基本特征，即要求化學學習是宏觀、微觀、符號三水平的有機結合。

所謂表征是指信息在頭腦中的呈現和記載的方式，即信息和對信息的加工。

化學既研究物質宏觀上可以直接觀察到的性質及其變化，如物質的顏色、狀態、反應現象等；也研究物質微觀上不能直接觀察到的結構，運動、相互作用及基本概念和原理知識等；而作為研究和交流化學的工具，則是表示物質組成、結構和變化的符號。因此，在化學上就形成了對物質特有的三種表征形式：宏觀表征、微觀表征和符號表征。

二、運用“宏─微─符”三重表征的構建方式設計“鐵的重要化合物”教學

（一）教材分析

本節課題“鐵的重要化合物”，其內容包括鐵的氧化物、鐵的氫氧化物的制備和性質、鐵鹽與亞鐵鹽的相互轉化，是常見金屬鐵的重要內容，也是中學化學中的基礎知識部分。這些知識既是對前邊的實驗和理論知識補充感性認識的材料，又可以為化學必修2理論知識的學習打下重要的基礎，也可以幫助學生逐步掌握學習化學的一些基本方法。

（二）教學目標

知識與技能：（1）了解FeO、Fe2O3、Fe3O4的性質和應用；（2）掌握Fe2+、Fe3+的檢驗方法及相互轉化；（3）掌握Fe（OH）2、 Fe（OH）3的制備和性質；（4）通過學生實驗，培養學生的觀察能力、動手能力及綜合分析能力。

過程與方法：（1）通過創設教學情境，提出鐵的重要化合物的課題；（2）通過實驗探究，學習研究問題的科學方法及過程，培養學生分析和解決問題的能力。

情感態度和價值觀：（1）通過鐵的重要化合物的學習，提高學生學習化學的興趣；（2）鼓勵學生積極提出問題，培養學生勇于創新的精神。

（三）教學重點、難點

重點：Fe（OH）3的性質；Fe3+、Fe2+的轉化；難點：Fe3+、Fe2+的轉化。

（四）教學構思

采用“宏─微─符”三重表征方式設計本節教學。即先創設情境從宏觀現象著手引入課題，提出問題，然后進行猜想假設，以實驗探究為手段，以學生活動為中心展開教學。在教學中適時地提出引發學生思考的問題，引導學生深入分析、思考現象產生背后的原因，并用實驗進行驗證，得出相關的結論；最后再從微觀角度分析本質，用化學符號即表征符號闡述反應原理。

（五）教學過程

[問題引入]日常生活中大家見過的鐵銹是什么顏色的？它是怎樣生成的？屬于哪一類型的物質？

[學生]紅棕色的；常溫下鐵被空氣中的氧氣氧化形成的，是氧化物。

[師]氧化物是化合物，鐵的化合物種類比較多，主要以+2、+3價的形式存在。本節課來學習鐵的重要化合物。

[板書]鐵的重要化合物

1.鐵的氧化物

[情境展示]展示三種固體物質。

[提問]在實驗臺上分別放有三種固體物質，請大家仔細觀察這三種固體物質的顏色和狀態，你能得到什么信息？

[學生活動]觀察、總結。

[宏觀表征]一種是黑色粉末、一種是黑色固體，另一種是紅棕色粉末。

[講解]鐵元素可以形成三種氧化物，分別是氧化亞鐵（FeO）、氧化鐵（Fe2O3）和四氧化三鐵（Fe3O4）。其中，紅棕色的粉末是Fe2O3，就是大家熟悉的鐵銹的主要成分，俗稱鐵紅。常用作紅色油漆和涂料；Fe3O4是大家在初中就學過的一種鐵的氧化物，它是黑色晶體，具有磁性，故俗稱磁性氧化鐵；剩下一種黑色粉末是FeO ，它不穩定，在空氣中易被氧化成Fe3O4。

[提示]大家知道：堿性氧化物可以與酸反應，生成鹽和水。FeO 和Fe2O3 都是堿性氧化物。請大家書寫它們與酸反應的離子方程式。

[學生活動]動手書寫。

[符號表征] FeO+2H+=Fe2++H2O

Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O

[過度設疑]從鐵元素的化合價+2、+3價猜想一下，鐵的氫氧化物可能有幾種？在實驗室如何制備它們？

[板書]2.鐵的氫氧化物

[學生猜想]有兩種，分別是Fe（OH）2和 Fe（OH）3，可用Fe2+、 Fe3+的可溶性鹽與NaOH溶液反應制的。

[投影]提供藥品：FeSO4溶液、 FeCI3溶液和稀NaOH溶液；

實驗儀器：小試管；

請同學們根據提供的儀器和藥品，按照課本60頁的實驗3-9的步驟來制取鐵的氫氧化物。仔細觀察實驗現象，看看是否能得到Fe（OH）2和 Fe（OH）3，它們會是什么顏色的？

[學生活動]分組完成實驗3-9。

[強調]認真觀察、記錄現象。

[學生匯報]

[宏觀表征]①在FeCI3溶液中滴加稀NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成；②而在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液時，先生成白色絮狀沉淀，而后迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色沉淀。

[設疑]為什么在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液時，生成的白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色沉淀呢？

[學生活動]思考、分析原因。

[宏觀表征]在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液，生成的白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色的沉淀與在FeCI3溶液中滴加稀NaOH溶液生成紅褐色沉淀是一樣的，說明最終都是生成了Fe（OH）3，從而說明Fe2+變成了Fe3+，化合價升高被氧化，氧化劑應該是空氣中的氧氣。

[教師評價]分析的很好。請大家寫出這兩反應的化學方程式。

[學生活動]動手書寫

[符號表征] FeCI3 + 3NaOH = Fe（OH）3↓+3NaCI

FeSO4+ 2NaOH=Fe（OH）2↓+Na2SO4

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

[講解]Fe（OH）3受熱時會發生分解生成Fe2O3粉末和水。

[過渡]Fe2+是鐵元素的中間價態，既有氧化性又有還原性； Fe3+是鐵元素的最高價態，只有氧化性。

[板書]3.鐵鹽和亞鐵鹽

（1）Fe3+的檢驗

[情境創設]展示FeCI3溶液和FeCI2溶液。

[設疑]觀察這兩種溶液的顏色有何不同？

[學生活動]觀察、思考。

[宏觀表征] FeCI2溶液呈淺綠色，FeCI3溶液呈棕黃色。

[設疑]如何鑒別這兩種不同價態的鹽溶液呢？請看課本61頁的實驗3-10，按照實驗步驟完成。

[學生活動]分組實驗，認真觀察現象。

[宏觀表征]在FeCI3溶液中滴入KSCN溶液時，溶液立即變成紅色；而在FeCI2溶液中滴入KSCN溶液時，溶液顏色無變化。

[微觀表征]說明Fe3+能與KSCN溶液反應，生成紅色的溶液；而Fe2+與KSCN溶液不反應。

[結論]可以利用這一特征反應用KSCN溶液來檢驗Fe3+ 的存在。

[設疑]通過上述的實驗探究，我們已經了解了Fe2+、Fe3+的主要性質及特征反應，若現有FeCI2和FeCI3溶液兩瓶試劑，你能通過哪幾種方法將它們區別出來？

[學生活動]思考、總結：觀察顏色、與KSCN溶液反應及與NaOH溶液反應。

[教師評價]總結的很好、很全面。

[設疑]請仔細觀察課本圖3-19，會發現什么現象？這是為什么？

[學生活動]觀察：在FeCI2溶液中滴入KSCN溶液后，液面上方有一薄層的紅色。

[微觀表征]這是因為FeCI2溶液中處于上層溶液里少量的Fe2+被空氣氧化成了Fe3+，當遇到KSCN溶液時反應生成了紅色的溶液的緣故。

[過度]可見，Fe2+很容易被空氣中的氧氣氧化成Fe3+。那么在實驗室中Fe2+與Fe3+是如何相互轉化呢？請大家設計實驗方案來驗證。

[板書]（2）Fe2+與Fe3+的相互轉化

[學生討論]分析轉化原理。

[微觀表征]Fe2+如果要轉化成Fe3+，化合價升高被氧化，則需要加入氧化劑。常見的氧化劑有氧氣、氯氣、KMnO4溶液等；而Fe3+要轉化成Fe2+，化合價降低被還原，則需要加入還原劑。常見的固體還原劑有Fe粉、銅粉。

[符號表征] 2Fe2++CI2 = 2Fe3++2CI-

2Fe3++Fe=3Fe2+

[設計實驗方案]在盛有FeCI3溶液的試管中加入過量鐵粉使之轉化成FeCI2溶液；在FeCI2溶液中滴入氯水，使之轉化成FeCI3溶液。

[宏觀表征] 在盛有FeCI3溶液中加入過量鐵粉，溶液逐漸由棕黃色變成淺綠色；在FeCI2溶液中滴入幾滴氯水，溶液由淺綠色逐漸變成棕黃色。

結論：Fe3+遇到較強的還原劑時，會被還原成Fe2+；而Fe2+遇到較強的氧化劑時，會被氧化成Fe3+。Fe2+和Fe3+在一定條件下是可以相互轉化的。

[師]請同學們按照設計的實驗方案動手完成Fe2+與Fe3+的相互轉化實驗。

[實驗探究]學生按照自己設計的方案進行實驗。

[小結]由此，我們可以找到關于鐵元素的Fe2+、Fe3+和單質Fe三者之間相互轉化的關系，我們把這種關系叫做“鐵三角”的關系。

[學生活動]動手畫出Fe2+、Fe3+和單質Fe三者之間相互轉化的關系圖，并附加轉化條件。

[教學總結]通過這節課的學習，我們認識了金屬鐵的三種常見氧化物、了解了鐵的兩種氫氧化物的制備和性質，還認識了Fe2+與Fe3+之間相互轉化的關系；同時更為重要的是通過這節課使我們學會了以實驗為基礎的探究問題的科學方法及過程。

參考文獻：

[1]普通高中課程標準實驗教科書 化學1（必修）教師教學用書.人民教育出版社.2007，第3版.

[2]李友銀，蒲緒鳳.基于三重表征方式設計“鋁的重要化合物”教學. 中學化學教學參考，2011，7.

[3]孫運利，陳亞山.彰顯個性 感受精彩——評“鐵、銅及其化合物的應用”的同課異構.中學化學教學參考，2011，5.