不同視角下對元素化合物教學內容的研究 *——以鐵及其化合物為例

劉婷婷

(安徽省阜陽第一中學 安徽 阜陽 236000)

1.知識角度

鐵元素是一種特殊的過渡元素：從性質視角掌握鐵的基本性質是認識鐵及其化合物的基礎，包括元素在周期表中的具體位置、化合價、與其他化合物的轉化關系等[1]。鐵及其化合物知識內容豐富，主要包含結構、性質、用途。通過對鐵及其化合物的學習，建立一個學習模型，對后續其他物質的學習會有很大幫助。

鐵及其化合物考察知識內容有以下幾點：(1)鐵的原子序數、在周期表中的位置、電子排布式(圖)、還原性、常見價態等。(2)鐵單質的物理性質、存在形態、與氧氣、氯氣、硫等氧化劑的反應。(3)鐵的化合物：①氧化亞鐵、氧化鐵和四氧化三鐵的顏色、俗名、溶解性、與稀鹽酸、稀硫酸和稀硝酸的反應現象和產物。②氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的顏色、狀態、溶解性、穩定性、與氧化劑(如氧氣、硝酸、過氧化氫等)反應、制備保存等。③亞鐵鹽和鐵鹽相互轉化。

為了更好地將內容串聯起來，可以通過展示生活中常見鐵的化合物和情景創設引導學生從物質類別、元素價態兩個角度對物質進行分類，初步建立和應用物質分類和元素價態的視角和模型，從不同種類、不同價態認識物質的組成。在課堂教學中，首先以物質分類為基礎，借助元素周期表，掌握化合物結構和性質的遞變規律，其次注重邏輯關系，采用表格、圖像等方式實現鐵及其化合物知識的結構化。最后，以模型歸納圖展示亞鐵離子和鐵離子氧化還原反應方程式的書寫過程，形成結構化的化學概念和化學基本理論。當然在習題講解中注重知識的銜接和拓展，在已學知識體系中納入新學知識，并加以概括總結，引導學生構建思維導圖，得到完整的知識系統。

2.實驗角度

化學課程標準中對“元素及其化合物”內容提出以下要求：能利用典型代表物的性質和反應，設計常見物質制備、分離、提純、檢驗等簡單任務的方案，能從物質類別和元素價態變化的視角說明物質的轉化路徑；以及能根據物質的性質分析實驗室、生產、生活及環境中的某些常見問題，說明妥善保存、合理使用化學品的常見方法[2]；以上這些目標可以通過藥品食品中鐵元素價態的檢驗來達成。

(1)檢驗藥片在保存過程中鐵元素是否被部分氧化為正三價，建立平衡的基本概念，從粒子濃度角度把握配位鍵的形成，了解濃度對配位平衡的影響。利用配合物的顏色進行定性檢驗，感受化學知識在生活中的應用。(2)檢驗補鐵藥片中鐵元素的存在價態是否為二價。(3)選擇檢驗Fe2+和Fe3+的試劑，提升宏觀辨識與微觀探析的核心素養。(4)探索鄰二氮菲檢驗Fe2+的酸堿性條件，提升學生的科學探究與創新意識[3]。(5)利用色度傳感器法測定食物中鐵元素含量，通過對食物中鐵元素含量的測定，找到不同食物比如干黑木耳、銀耳、海帶等鐵元素含量的高低，指導學生健康飲食[4]。

3.實際應用角度

學科素養要求學生具備科學的思維方法，能發現問題、擁有解決問題基本方法和綜合應用能力；分析高考題目可以幫助學生找到問題的核心，把握知識點的應用，更加深入思考問題的來源和實際應用。高考題目中有關鐵及其化合物的考察如下：

3.1 亞鐵離子和鐵離子檢驗。(2020·新課標Ⅰ)為驗證不同化合價鐵的氧化還原能力，利用下列電池裝置進行實驗。實驗前需要對鐵電極表面活化。在FeSO4溶液中加入幾滴Fe2(SO4)3溶液，將鐵電極浸泡一段時間，鐵電極表面被刻蝕活化。檢驗活化反應完成的方法是______。

3.2 工業流程中鐵的氧化和沉淀。(2019·新課標1)硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一種重要鐵鹽。為充分利用資源，變廢為寶，在實驗室中探究采用廢鐵屑來制備硫酸鐵銨：

回答下列問題：(3)步驟③中選用足量的H2O2，理由是____。分批加入H2O2，同時為了___，溶液要保持pH小于0.5。

分析：(3)H2O2可以將Fe2+氧化為Fe3+，且H2O2的還原產物為H2O，不會引入新的雜質。因為H2O2本身易分解，所以在加入時需分量加入，同時為了防止Fe3+水解，溶液要保持pH小于0.5。

3.3 鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕。(2019年江蘇卷)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后，置于如圖所示裝置中，進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列有關該實驗的說法正確的是( )

B.鐵腐蝕過程中化學能全部轉化為電能

C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕

D.以水代替NaCl溶液，鐵不能發生吸氧腐蝕

分析：本題考查金屬鐵的腐蝕。根據電解質溶液的酸堿性可判斷電化學腐蝕的類型。

本文從知識角度、實驗角度和實際應用角度對鐵及其化合物的性質進行概括總結，知識角度可以培養學生的宏觀辨識、微觀探析能力；實驗角度可以培養學生的動手操作能力和實驗創新意識；實際應用角度可以增強學生的證據推理、模型認知的能力，并孕育科學精神與社會責任感。