元素与化合物教学的实验研究&以“铁化合物”为例_元素分析论文

元素化合物教学中的实验探究——以“铁的化合物”为例，本文主要内容关键词为：化合物论文,为例论文,元素论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      元素化合物知识是中学化学的基础知识，而金属元素及其化合物性质的学习，则是将物质的分类、离子反应和氧化还原反应等概念、原理与物质的化学性质有机结合的一道重要“桥梁”。在教学元素化合物知识的过程中，虽然学生已经学习了一定的理论知识，但将理论与具体物质联系起来还是具有一定的难度的。笔者以为，通过实验探究，可以有效地突破这一教学难点。

      一、实验探究对元素化合物学习的促进作用

      （一）有助于全面观察与体验物质的性质及其变化

      在元素化合物知识的教学中，要使学生形成物质的概念，必须从揭示物质的性质入手。而物质的性质，特别是化学性质，只有借助于一定的化学实验，在人为控制的条件下，才能直观地显露出来，才能被学生感知。所以，化学实验是学生获得物质的性质等事实的重要途径，元素化合物知识的教学离不开化学实验。心理学研究表明，人们接受外界信息时所运用的感觉器官不同，则记忆的保持率也有所差异。运用多种感官协同学习，可以更多地在大脑中留下回忆的线索，从而提高记忆的效率。教学元素化合物知识时，教师不仅要尽量多地设计和安排化学实验，对于一些操作简便、现象明显、安全可靠的实验，还应尽可能地让学生自己动手完成，甚至让学生参与或自行设计一些简单的探究实验，以充分调动学生的感觉器官（包括眼、耳、口、手、脑等），对物质及其变化进行全面的观察与体验，使结论的获得与具体的情境、过程有机结合，促进学生对元素化合物知识的记忆和理解。

      （二）有助于自主建构知识体系

      学生学习元素化合物知识的困难，主要源于元素化合物知识的“零乱、分散”，不能找出它们之间的内在联系和变化规律。而在实验探究的过程中，一方面，可以引导学生运用氧化还原反应和离子反应的知识，对有关物质的性质进行分析，以理解反应的本质和变化的规律。另一方面，可以引导学生运用比较的方法，找出物质化学性质的共性和差异，使学生了解物质的一般化学性质和不同物质之间的差异性，从而对元素化合物的性质有一个整体的认识。

      （三）有助于培养学科思维品质

      在实验探究的过程中，学生能够自主运用已有的知识和技能，自己设计方案、动手实验，通过对实验现象的观察、分析和思考，去探求和解决问题，担当的是探索者和发现者的角色。这样，能够在最大限度上激发学生学习的积极性和主动性，培养学生良好的学习习惯和思维品质。

      二、“铁的化合物”的探究价值

      “铁的化合物”的探究价值主要体现在两个方面：

      其一，铁及其化合物是中学阶段唯一系统学习的过渡元素“家族”。铁的化合物主要存在两种价态，即+2价和+3价，因此，相同价态铁的化合物具有其所属类别（碱性氧化物、碱、盐）的通性，相互之间的转化属于非氧化还原反应；不同价态铁的化合物具有氧化性或还原性，相互之间的转化属于氧化还原反应。通过探究铁的重要化合物之间的相互转化，从核心元素化合价的角度来认识物质的化学性质，完善了研究物质化学性质的角度，即物质类别的角度和核心元素化合价的角度。

      其二，在学习铁的化合物之前，学生已经学习了离子反应和氧化还原反应的有关知识，了解了常见的氧化剂和还原剂、常见的离子和沉淀的颜色，知道了铁与氧气反应可以生成四氧化三铁或三氧化二铁——铁单质遇弱氧化剂生成+2价铁的化合物，遇强氧化剂生成+3价铁的化合物。这些都是本节课的学习基础。同时，学生还没有熟练掌握物质之间的转化规律，对离子反应方程式的书写及运用还不够熟练，对氧化还原反应中的有关概念的理解（特别是氧化剂和还原剂的选择）还不够到位，这些都需要通过实验探究的过程进行知识的重组与深化。

      三、“铁的化合物”实验探究的基本流程

      一般来说，实验探究的基本流程大致分为6个部分：提出关键问题→拆分关键问题→挖掘问题内容→设计实验方案→实施实验探究→评价与交流。在整个实验探究的过程中，各个环节之间不是独立存在的，而是根据学生学习过程的推进而相互联系的。在每次的探究过程中，要着重关注一个具体的问题；根据不同的探究目的，可以适当地调整各个环节的具体操作方法。

      【片段1】

的制备

      以

制备过程中的转化现象为出发点，通过对

转化现象的分析，引导学生从“隔绝氧化剂”、“加入还原剂”的角度进行实验探究活动，从而透彻地理解氧化还原反应的相关知识，加深对“+2价铁的化合物易被氧化”这一化学性质的认识，为下一阶段“

与

的相互转化”的学习打下良好的基础。教学过程如下：

      （一）创设探究情境

      1.设疑：经过对Na、A1的化合物性质的学习，可以将同一类型的物质性质进行迁移，推导其未知的元素及其化合物性质。例如，通过哪些途径可以制备

？

      2.分析：结合

的制备方法，推导反应原理，即可溶性铁盐（或亚铁盐）+可溶性碱。

      3.任务：现有

溶液和

溶液，再应用其他试剂制备

。

      4.实验：完成

的制备，在实验过程中完成实验报告。

      5.展示：刚刚制备出的

是白色固体。

      6.观察：

在展示过程中会发生变化，从白色迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。由灰绿色转化为红褐色的时间比较长，可在滤纸上滴加硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液，从而较快地观察到红褐色的

。

      7.要求：分析该过程中涉及的氧化还原反应。

      （二）提出探究问题

      1.任务：

易被氧化，而空气中的氧气无所不在，如何制备能够保持较长时间的

？

      2.分析：在此过程中发生的变化是

→

→

，说明

不稳定。通过分析化合价，可以判断

很容易就被空气中的

氧化。

      3.结论：保持较长时间的

关键在于，尽量避免生成的

与

接触。

      4.讨论：（1）隔绝溶液与外界

的接触。（2）溶液内部尽量不要有

。

      （三）明确探究任务

      1.提示：（1）如何“避免生成的

与

接触”？（2）如何在操作上实现这些条件？提出一些可操作的实验方案。

      2.引导：（1）通过对现象的分析，可以初步得出：

在空气中容易转化为

。可以结合二维图，从化合价改变、氧化还原反应的角度对物质的转化过程进行分析，凸显

易被氧化的特征，进而拓展到同一价态的

具有同样的性质：还原性。（2）基于上述理论推导，结合氧化还原反应的原理，可以分析得出“保持

不变”的关键是防止

被氧化，从而明确“通过控制实验条件，防止

被氧化，避免氧化还原反应的发生”是本次实验探究的重点。

      （四）设计实验方案

      1.任务：以两人小组为单位，设计实验方案。各小组展示实验设计方案，并对实验方案进行评价。

      2.引导：可以引导参考已有的知识，从如何在装置内部实现排除

和产生NaOH的角度进行思考，并提出注意点：（1）在溶液与外界之间加一层隔绝物。（2）将溶解在溶液中的

排出。

      3.实验：各小组选择其中一种实验方案进行实验，并在实验过程中完成实验报告；并与其他小组的实验进行对比，分析各自实验方案的优劣。

      4.讨论：单一实验条件的改变，使得实验现象有所改善（试管中的白色沉淀能保持较长的时间），但是对实验结果的影响不明显。从可操作性、预测的实验效果等方面，预测到综合多个条件共同实施，可以得到较为成功的实验方案。

      5.归纳：结合各小组实验情况，得出综合实验方案。

      （五）实施实验方案

      1.实验：根据综合实验方案完成实验，在实验过程中完成实验报告。

      2.结论：（1）配制

溶液时，应使用经过煮沸后的蒸馏水，尽量减少溶液中

的溶解。（2）加入铁粉和盐酸，生成的

既可以排除

，过量的铁粉还可以防止

被氧化。（3）在

溶液表面覆盖一层煤油，可以起到隔绝空气的作用。（4）将胶头滴管伸入

溶液内部后再挤出NaOH溶液，尽量避免

与外界环境的接触。

      （六）评价与交流

      1.拓展：（1）分析《学习与评价》第87页“思考与交流”中的实验装置与实验原理。（2）任选试剂及仪器，对

的制备进行改进。

      2.思考：从外部滴加NaOH溶液，无可避免地会使

接触到

，能不能从内部就实现反应？

      3.讨论：提出实验改进方案，相互交流。

      4.小结：总结成功制备

的过程中表现出的

的性质。

      【片段2】

、

的检验与转化

      通过试剂性质对比、实验现象对比，整合氧化还原反应的概念，并以此指导学生自主构建Fe、

、

之间的转化关系及条件，进一步明确铁元素的两种不同价态的盐的性质。在检验的过程中，引导学生不再拘泥于初中阶段利用相同价态物质之间转化的非氧化还原反应原理，而将关注点更多地放在不同价态铁元素之间表现出的不同氧化性、还原性的差异，并利用这些差异进行物质的转化和检验，更大程度地突出铁的化合物性质中

的氧化性和

的还原性，从而在众多的化合物性质中迅速找到铁的化合物性质的学习突破口。教学过程如下：

      （一）创设探究情境

      通过展示缺铁性贫血和补铁的相关资料，创设铁与人体健康密切相关的情境。

      （二）提出探究问题

      1.任务：（1）网上购物真假难辨，该如何辨别购买的补铁剂的真假？（2）怎样保存补铁剂？（3）如何促进补铁剂的吸收？

      2.分析：结合情境资料背景，得出问题的实质：（1）

、

的检验。（2）防止

氧化，即

→

。（3）

不利于补铁剂的吸收，即

→

。

      （三）明确探究任务

      1.探究：（1）

、

的检验。（2）基于氧化还原反应原理，选择合适的氧化剂、还原剂，明确“在确定没有

的情况下，如何进一步确定存在

”“如何将

转化为

”。（3）以物质的检验为载体，明确Fe、

、

相互转化的条件。

      2.分析：结合铁及其化合物的二维图，根据已知物质的性质，从“盐的通性”和“元素的氧化性、还原性”两个角度，对

、

的性质进行对比——

只有氧化性，

既有氧化性也有还原性。

      （四）设计实验方案

      1.任务：以两人小组为单位，设计实验方案。各小组展示实验设计方案，并对实验方案进行评价。

      2.引导：注意3个设计要点：（1）选择检验试剂。在“

→

”中，需选择合适的氧化剂（提供试剂氯水、过氧化氢、

等）；在“

→

”中，需选择合适的还原剂（提供试剂Fe、Cu等）。（2）依据物质性质（还原性或氧化性），即检验原理。（3）预测在不同氧化剂、不同还原剂的情况下可能出现的实验现象。

      3.实验：根据原有的

、

的性质、同一价态化合物之间的转化等，对实验室提供的

溶液、

溶液进行检验，并在实验过程中完成实验报告。

      4.讨论：注意规范操作细节，如用量、预测现象的描述等。

      5.归纳：结合各小组实验情况，得出综合实验方案。

      （五）实施实验方案

      1.实验：根据实验设计方案进行实验，记录实验现象，完成实验报告。

      2.拓展：另取2支试管，分别滴加1滴

溶液和1滴

溶液，再加入5 mL蒸馏水，按照实验设计方案再次实验，评价原有方案在不同条件下实施效果的差异。

      3.现象：（1）单纯观察溶液颜色无法区分。（2）加入NaOH溶液，开始时没有明显的变化，加入量非常大时出现稍微的颜色变化，也没有预期的沉淀产生。

      4.分析：颜色、沉淀等都与离子的浓度有关，当需要检验的离子浓度很小时，现象就不明显。这也说明，在物质检验时要优先选择一些现象更明显、反应更灵敏的实验试剂。

      （六）评价与交流

      1.引导：通过对上述实验操作的比较，进行各个实验方案的评价，学会选择不同条件下的最佳实验方案。

      2.拓展：介绍灵敏度较高的检验试剂KSCN。向两种溶液中分别滴加1～2滴KSCN溶液，振荡，可观察到

溶液出现明显的红色，而

溶液没有明显的变化。

      3.总结：检验

的最佳方法是，加入KSCN溶液，溶液变红；检验

的最佳方法是，先加入KSCN溶液，溶液没有明显变化，再加入氯水（或过氧化氢），溶液变红。

      上述两个案例表明，实验探究不仅可以帮助学生形成研究物质化学性质的一般思路，形成寻找物质制备途径的一般思路，更能帮助学生发展对元素观的认识（由某种元素能组成一系列不同的物质，这些物质之间的相互转化分为两种类型——相同价态物质之间的转化属于非氧化还原反应，不同价态物质之间的转化属于氧化还原反应），逐渐培养学习元素化合物知识的思维方式，这也将有助于学生对下一阶段的非金属及其化合物性质的学习与理解。

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