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《鐵和鐵的化合物》教學設計 贛南師范學院 09化學本科 李昕 1.教材分析 本節(jié)教材是人教版高二化學（必修加選修）第四章第二節(jié)的內容。學生在初中已學過一些鐵的知識，如鐵的性質、幾種鐵合金、生鐵和鋼的冶煉。在高一學習中已經掌握了堿金屬元素及其重要化合物的性質,在本章第一節(jié)又學習了鎂和鋁兩種金屬元素的性質。在這些知識基礎上，結合金屬活動順序表、物質結構和元素周期律、氧化還原反應等知識，教材從鐵在元素周期表中的位置和鐵的發(fā)展史入手，介紹了鐵在人類生存與發(fā)展中的巨大作用。對于性質部分，主要是介紹鐵的化學性質。由鐵原子的核外電子排布，分析其失電子情況，加深了學生對結構決定性質的認識。結合學生原有的元素化合物知識對鐵的化學性質進行了適當加深和拓寬。例如，在初中原有的知識基礎上，介紹鐵與酸的反應時不提具體跟哪一種酸反應，而是擴展到鐵和氫離子的一般反應。本節(jié)教材還起到了承上啟下的作用，在學習鐵跟水的反應時為第四節(jié)原電池原理及其應用埋下伏筆。另外，關于鐵的有關知識的學習還對學生認識過渡元素起到了一定的作用。 2．教學對象分析 （1）鐵是學生非常熟悉的一種金屬，學生愿意更深入地學習。在學習其它化學知識時涉及鐵元素的化學反應非常多，學生對于鐵及其化合物的性質已有一定的認識。 （2）學生在學習堿金屬和鎂鋁有關知識時已初步掌握了主族金屬元素的性質，但對像鐵這樣次外層電子未達飽和的過渡金屬元素性質缺乏了解。 （3）經過一年多的高中學習，學生已初步掌握了一些學習化學的方法，具備了一定的實驗操作技能，能在教師的指導下較好地完成一些實驗的設計和操作，并具備了一定的實驗觀察能力和實驗分析能力。但由于是普通學校的學生，學生的知識遷移能力、對比歸納能力、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題及解決問題的能力等方面需進一步提高，同時也需進一步培養(yǎng)學生科學的學習方法。 【教學設計思路】 1．教學過程中力求發(fā)揮教師的主導作用，引導學生自主學習、合作學習，順應學生的認知規(guī)律，利用已掌握的知識學習新知識，將原有知識進一步擴展、深化，并應用這些知識解決遇到的問題。恰當?shù)剡\用現(xiàn)代信息技術，提高課堂效率。 2．結合圖片和表格把化學知識和生產、生活、社會聯(lián)系在一起，來激發(fā)學生的學習興趣和民族自豪感，如講述我國是世界上最早掌握鐵的冶煉工藝的國家等，對學生進行愛國主義教育。 3．通過學生查看元素周期表，認識鐵在周期表中的位置,畫出鐵的原子結構示意圖,讓學生討論、推斷其性質，使學生能夠運用從結構決定性質這一思維方式，從理性上探索事物變化的本質，發(fā)現(xiàn)事物變化的規(guī)律，強化學生分析問題能力，有助于學生對本節(jié)教材內容的深入理解。 4．通過學生對鐵的化學性質的回憶，將鐵的性質進行歸納，引導學生總結鐵在什么情況下生成+2價鐵的化合物，在什么情況下生成+3價鐵的化合物。借助實物投影將學生書寫的化學方程式進行展示、講評。 【教學目標】 1、了解鐵在元素周期表中的位置及原子結構特點。 2、掌握鐵的主要化學性質。 3、初步了解Fe2＋與Fe3＋的相互轉化。 4、通過演示、分組實驗,培養(yǎng)學生分析實驗現(xiàn)象的能力。 5、通過新舊知識聯(lián)系，培養(yǎng)學生知識遷移、擴展能力。 6、通過對鐵與不同物質反應生成兩種不同價態(tài)化合物的學習,培養(yǎng)學生分析、歸納的思維能力，提高綜合運用知識的能力。 7、通過介紹我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展變化,對學生進行愛國主義教育。 【教學重點】鐵的化學性質——鐵是常見的還原劑， 鐵在與不同氧化劑反應的情況下，分別顯示不同的價態(tài)。 【教學難點】鐵的還原性，F(xiàn)e2＋與Fe3＋的相互轉化。 【教學方法】教師引導下，學生自主合作學習。 【教學用具】試管、膠頭滴管、磁鐵、鋅粉、鐵粉、FeCl3溶液、久置的硫酸亞鐵溶液；（共8組） 課件、多媒體教學設備 【教學過程設計】 結構流程圖 教師活動 學生活動 設計意圖 引入 展示 鐵制品 圖片、冶鐵的 圖表 發(fā)展史 引發(fā)學生思考，進入對鐵的性質的學習 引導學生從金屬活動順序表 分析鐵的性質 從鈉、鎂性質和金屬活動順序表引入鐵跟水的反應 播放 鐵跟水在 錄像 高溫下反應 根據(jù)反應產物書寫化學方程式，判 斷氧化劑 聯(lián)系實際，為 學習電化腐蝕 打基礎 學生練習書寫關于鐵的化 學方程式 投影展示學生書寫的化學方程式 師生 進行邏輯 推理，總結 歸納 引發(fā)學生思考 性質與結構關系 學生在元素 周期表中，找 到鐵元素 位置 教師畫出鐵原子結構示意圖 學生分析鐵原子結構特點 教師總結講解鐵原子結構特點 學生在教師引導下分析鐵與鹽溶液反 應并用實驗驗 證 師生歸納總結 反應規(guī)律 【引入】金屬在人類的生產 、生活中占據(jù)重要的地位，我們在生活中接觸最多、用途最廣泛的金屬是什么？ 今天我們以小組合作的方式來學習有關鐵的一些知識。 【板書】第二節(jié) 鐵和鐵的化合物 一、鐵 【結合圖片講解】 人類使用鐵的歷史可以追溯到四千五百多年以前，那時的鐵是太空掉下的隕鐵，（展示隕鐵圖片）春秋初年我國已掌握了冶鐵技術,比歐洲國家早近2000年（展示古代冶鐵、出土鐵制品圖片）；鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎，新中國成立后我國的鋼鐵工業(yè)得到了飛速發(fā)展,自1996年開始持續(xù)居世界首位（展示鋼鐵產量突破1億噸紀念郵票圖片）。 【過渡】人類使用鐵的歷史非常悠久，但出土文物中鐵制品卻很少見，為什么？ 【設問】從金屬活動順序表分析鐵有哪些化學性質？ 【投影】金屬活動順序表 【小結】這也是金屬的化學通性。 【板書】 鐵的化學性質 1、 鐵能跟非金屬反應 2、 鐵能跟酸反應 3、 鐵能跟鹽溶液反應 4、 鐵可能跟水反應？ 【質疑】已知鈉、鎂都能跟水反應生成氫氣，鐵能否跟水反應？從金屬活動順序表和生活中的經驗分析。 【投影】金屬活動順序表 【觀看錄像】鐵與水在高溫下的反應 【板書】鐵跟水的反應 【引導思考】 為什么要加熱？鐵與鈉、鎂相比活潑性如何？生成物是什么？ 【提問】鐵與水反應生成的是四氧化三鐵。請同學們寫出化學反應方程式，并指出氧化劑。 【講述】在常溫下，鐵跟氧氣不反應，鐵與水也不反應，但是在水和空氣里的氧氣以及二氧化碳等的共同作用下，鐵很容易發(fā)生腐蝕而生銹。這就是出土文物中鐵制品少而且腐蝕非常厲害的原因。如何防止鐵被腐蝕？我們將在第四節(jié)繼續(xù)學習。 【提問】我們學過很多鐵參加的反應,試著寫出你學過的鐵參加反應的化學方程式。 【投影】展示學生所寫化學方程式指出問題,互相補充。 【提出問題】標出方程式中鐵元素的化合價，從這些化學方程式中，你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律嗎？ 【動畫展示】將生成+2價鐵的反應和生成+3價鐵的反應分別集中。 【提問】分析以上反應的化學方程式，觀察與鐵反應生成二價Fe 的物質和與鐵反應生成三價Fe 的物質氧化性有什么不同？ 【提問】為什么鐵在化合物中有時表現(xiàn)+2價，有時表現(xiàn)+3價呢？ 【板書】1、鐵在周期表中的位置及其原子結構 【投影】元素周期表，找出鐵元素位置。 【板書】引導學生畫出鐵的原子結構示意圖。 【提問】觀察其有何特點？與鈉、鎂、鋁對比有什么不同？ 【講解】從示意圖中可以看出，鐵原子的次外層電子未達飽和，和主族元素不同，不僅最外層兩個電子容易失去，而且次外層電子也易失去，這是過渡元素不同于主族元素的特征。 【板書】Fe－2e-→Fe2+ Fe－3e-→Fe3+ 【強調】鐵是典型的變價金屬。鐵在化合物中通常顯 +2價或+3價。 【過渡】鐵能跟硫酸銅反應，能否與氯化鐵溶液反應？假如能反應，試從氧化—還原反應的角度推測可能的產物并通過實驗來驗證 【分組實驗】利用現(xiàn)有物品，先找出哪支試管中裝的是鐵粉，然后實驗鐵跟氯化鐵溶液反應 提示用對比實驗的方法 【提問】寫出鐵跟氯化鐵溶液反應的離子方程式。 【總結】可見，鐵跟鹽溶液反應不一定發(fā)生置換反應。 【提問】鐵與稀鹽酸、稀硫酸反應生成氫氣，而其本身變?yōu)?2價鐵離子。鐵與稀硝酸反應是否還生成氫氣呢？ 【追問】鐵和稀硝酸反應時一定生成Fe3+ 嗎？ 回答：鐵 感受我國悠久的煉鐵史和發(fā)達的鋼鐵工業(yè)，了解人類及我國的古代文明，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展， 激發(fā)民族自豪感和愛國情感。 引發(fā)思考：鐵性質活潑 學生討論，回答：鐵能跟氧氣等非金屬反應；鐵能跟鹽酸、稀硫酸發(fā)生置換反應生成氫氣；鐵能從鹽溶液中置換出后面的金屬； 思考 分析討論（1）鐵在金屬活動順序表中排在鋁后面，鋁很難跟水反應，鐵不跟水反應。 （2）鐵應該能跟水反應，條件困難。 （3）跟水反應，因為鐵在潮濕的空氣中會生銹。 觀察現(xiàn)象、分析現(xiàn)象 鐵的活潑性比鈉、鎂弱。 生成四氧化三鐵和氫氣。 思考，書寫化學方程式： 3Fe＋4H2O（g）Fe3O4＋4H2 ，H2O為氧化劑 傾聽。 Fe＋S FeS 2Fe＋3Cl2 2FeCl3 3Fe＋2O2 Fe3O4 Fe+2HCl→FeCl2+H2↑ Fe+4HNO3（?。鶩e（NO3）3+NO↑+2H2O（可能寫不出來） Fe+CuSO4→FeSO4+Cu 回答：鐵發(fā)生化學變化時有+2價鐵的化合物生成，也有+3價鐵的化合物生成。 學生討論總結：鐵與強氧化劑如Cl2等反應生成三價Fe ，與弱氧化劑如S等反應生成二價Fe。 與鐵原子結構有關。 位置：第四周期Ⅷ族，屬“過渡元素” 學生分析 最外層只有2個電子，次外層不飽和 學生回答：能。Fe3+具有氧化性，F(xiàn)e具有還原性，發(fā)生了氧化還原反應。 學生實驗 匯報實驗現(xiàn)象并分析. 2Fe3+＋ Fe == 3Fe2＋ 總結: Fe3+具有弱氧化性,能將Fe氧化成Fe2＋。 回答：不能，稀硝酸具有強氧化性，鐵與稀硝酸反應生成NO、 Fe（NO3）3和H2O。 Fe + 4HNO3（?。?==Fe（NO3）3+NO↑+2H2O 學生討論后回答： 把化學知識和生產、生活、科技和社會聯(lián)系在一起，來激發(fā)學生的學習興趣。 激發(fā)學習興趣。 學生回憶所學知識，用金屬活動順序表分析鐵的化學通性。 引導學生學會分析元素性質的一般方法。 為后續(xù)鐵的電化腐蝕教學打基礎 鞏固書寫化學方程式的技能 發(fā)現(xiàn)問題 認識結構決定性質 培養(yǎng)學生對比學習能力。 培養(yǎng)分析能力 對鐵具有“磁性”的實際應用 為“鐵三角”的學習做準備。 對重點知識及時歸納總結 學生應用前面總結的規(guī)律在教師引導下 分析鐵與氧 化性酸反應的 規(guī)律 師生 共同歸納 總結鐵與酸 反應的規(guī)律 對重點知識 鞏固練習， 為下節(jié)課 做準備 【提問】鐵與濃硫酸、濃硝酸反應嗎？什么條件下反應？生成什么物質? 【總結】鐵跟非氧化性酸如鹽酸、稀硫酸反應生成氫氣和正二價鐵；跟氧化性酸如硝酸、濃硫酸反應生成NO、NO2或SO2和正三價鐵。常溫下，鐵在濃硫酸、濃硝酸中發(fā)生鈍化。 【課堂小結】通過這節(jié)課的學習,你對鐵的化學性質有了什么新的認識? 【知識應用】 實驗室中配制了一瓶硫酸亞鐵溶液，本應是淺綠色的透明溶液，現(xiàn)在卻變成了這樣（展示變質的硫酸亞鐵溶液）請同學們幫助老師分析是什么原因造成的？如何解決？ 【布置作業(yè)】 鐵過量時： 2Fe（NO3）3 + Fe == 3 Fe（NO3）2 3Fe+8 HNO3（稀）=== 3 Fe（NO3）2+ 2NO↑+ 4H2O 鐵少量時生成Fe3+，鐵與硝酸的物質的量之比在1：4和3：8之間既有Fe2＋又有Fe3+。 回答：（1）常溫下發(fā)生鈍化； （2）加熱反應產生SO2 / NO2 學生交流 學生積極思考，討論解決辦法 1、 將上面知識應用的討論結果整理成書面作業(yè)。 2、 學有余力的同學挑戰(zhàn)后 面兩道高考題。 引導學生發(fā)現(xiàn)問題 利用前面總結的規(guī)律進行分析，培養(yǎng)學生對知識的應用能力 及時歸納總結。 運用所學的知識解決實際問題。 【板書設計】 第二節(jié) 鐵和鐵的化合物 一、 鐵 1、周期表中的位置及其原子結構 Fe－2e=Fe2+ Fe－3e=Fe3+ 2、鐵的化學性質 鐵能跟非金屬反應 鐵能跟酸反應 Fe+4HNO3（?。?===Fe（NO3）3+NO↑+2H2O 鐵能跟鹽溶液反應 2Fe3++Fe===3 Fe2+ 鐵能跟水反應 3Fe＋4H2O（g）Fe3O4＋4H2，H2O為氧化劑 【課后反思】 通過課堂練習及課后作業(yè)反饋，學生對鐵的化學性質有了進一步的認識，分析、歸納等思維能力得到了訓練并有所提高，實現(xiàn)了這一節(jié)課的教學目標。 在教學過程中，靈活運用多種媒體和手段，引導學生積極主動地學習，注意引導學生進行自主學習、探究學習和合作學習，注重對學生學習化學的過程方法的指導，從而培養(yǎng)學生終身學習的意識和能力。這正是新課程理念所倡導的教育思想。 本節(jié)課教學從學生已熟練掌握的金屬活動順序表入手，引導學生回憶已掌握的鐵的化學性質，在此基礎上對鐵跟水的反應、鐵跟氯化鐵溶液的反應和鐵跟氧化性酸（重點是硝酸）進一步討論，使學生對鐵的化學性質形成較為完整的認識。這樣教學順應了學生的思維過程，有利于訓練學生的科學思維。在教學中運用現(xiàn)代信息技術創(chuàng)設學習情景，迅速將學生引入鐵的學習情景中，“鐵跟水的反應”演示實驗在課堂上做成功率不高，而且很耗時間，我利用試驗錄像來解決至少可以節(jié)約10分鐘，充分發(fā)揮了信息技術的優(yōu)勢。 在這節(jié)課的教學過程中也還存在許多需要改進的地方，如有些問題設計得不夠明確，給學生的思考設置了障礙。最后的“知識應用”題目設計得很巧妙，既鞏固了本節(jié)課的重要知識點，又對下節(jié)課的學習留下伏筆，但留給學生討論的時間過少，不利于多數(shù)學生深入思考，需要更合理安排時間。 【挑戰(zhàn)高考】（優(yōu)秀生課后探討） (96全國高考-28) (12分)在一定條件下用普通鐵粉和水蒸氣反應,可以得到鐵的氧化物。該氧化物又可以經過此反應的逆反應,生成顆粒很細的鐵粉。這種鐵粉具有很高的反應活性,在空氣中受撞擊或受熱時會燃燒,所以俗稱"引火鐵".請分別用下圖中示意的兩套儀器裝置,制取上述鐵的氧化物和"引火鐵"。實驗中必須使用普通鐵粉和6摩/升鹽酸,其他試劑自選(裝置中必要的鐵架臺、鐵夾、鐵圈、石棉網、加熱設備等在圖中均已略去)。 填寫下列空白: (1)實驗進行時試管A中應加入的試劑是 ;燒瓶B的作用是 ;燒瓶C的作用是 ;在試管D中收集得到的是 。 (2)實驗時,U型管G中應加入的試劑是 ;長頸漏斗H中應加入 。 (3)兩套裝置中,在實驗時需要加熱的儀器是(填該儀器對應的字母) 。 (5)試管E中發(fā)生反應的化學方程式是 。 (6)為了安全,在E管中的反應發(fā)生前,在F出口處必須 ;E管中的反應開始后,在F出口處應 . （2005北京高考-28）（18分）某校化學小組學生利用下圖所列裝置進行“鐵與水反應”的實驗，并利用產物進一步制取FeCl36H2O晶體。（圖中夾持及尾氣處理裝置均已略去） （1）裝置B中發(fā)生反應的化學方程式是 。 （2）裝置E中的現(xiàn)象是 。 （3）停止反應，待B管冷卻后，取其中的固體，加入過量稀鹽酸充分反應，過濾。簡述檢驗濾液中Fe3＋的操作方法： （4）該小組學生利用上述濾液制取FeCl36H2O晶體，設計流程如下： 濾液→FeCl3溶液→FeCl36H2O晶體 ①步驟I中通入Cl2的作用是 。 ②步驟II從FeCl3稀溶液中得到FeCl36H2O晶體的主要操作包括： 。 ③該流程中需保持鹽酸過量，主要原因是（結合離子方程式簡要說明） 。