山東 宮建民

對(duì)于元素化合物的學(xué)習(xí)，2017年9月新頒布的《新課程標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)要求與建議》指出：應(yīng)該幫助學(xué)生建立元素與物質(zhì)的聯(lián)系，建立基于元素認(rèn)識(shí)物質(zhì)的意識(shí)。發(fā)揮物質(zhì)分類、氧化還原反應(yīng)、電離及離子反應(yīng)等核心概念的功能價(jià)值，豐富學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其性質(zhì)的角度。通過鈉、鐵、硫、氮、氯元素及其化合物性質(zhì)的教學(xué)，在教學(xué)中幫助學(xué)生建立基于類別、核心元素價(jià)態(tài)等認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)、設(shè)計(jì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的核心角度，形成認(rèn)識(shí)路徑，并將其應(yīng)用于解決真實(shí)問題，進(jìn)而形成問題解決的思路和方法。引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)的角度認(rèn)識(shí)和理解人與自然的關(guān)系，幫助學(xué)生初步形成科學(xué)的物質(zhì)觀和合理利用物質(zhì)的意識(shí)；建立分析解決材料、環(huán)境、健康、能源等領(lǐng)域關(guān)于物質(zhì)制備和應(yīng)用等實(shí)際問題的思路和方法。促進(jìn)學(xué)生在“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”及“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。元素化合物的學(xué)習(xí)關(guān)鍵在于構(gòu)建“類別”“核心元素”思想。本文擬以“鐵”為專題進(jìn)行教學(xué)流程與思路設(shè)計(jì)，拋磚引玉。

【考題展示】(2016全國Ⅱ，28)某班同學(xué)用如下實(shí)驗(yàn)探究Fe2+、Fe3+的性質(zhì)?；卮鹣铝袉栴}：

(1)分別取一定量氯化鐵、氯化亞鐵固體，均配制成0.1 mol/L的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量鐵屑，其目的是_______________________________________。

(2)甲組同學(xué)取2 mL FeCl2溶液，加入幾滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液變紅，說明Cl2可將Fe2+氧化。FeCl2溶液與氯水反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________。

(3)乙組同學(xué)認(rèn)為甲組的實(shí)驗(yàn)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，該組同學(xué)在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入幾滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液變紅，煤油的作用是__________________________________________________________。

(4)丙組同學(xué)取10 mL 0.1 mol/L KI溶液，加入6 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液混合。分別取2 mL此溶液于3支試管中進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

①第一支試管中加入1 mL CCl4充分振蕩、靜置，CCl4層顯紫色；

②第二支試管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成藍(lán)色沉淀；

③第三支試管中加入1滴KSCN溶液，溶液變紅。

實(shí)驗(yàn)②檢驗(yàn)的離子是________(填離子符號(hào))；實(shí)驗(yàn)①和③說明：在I-過量的情況下，溶液中仍含有________(填離子符號(hào))，由此可以證明該氧化還原反應(yīng)為_______________________________________。

(5)丁組同學(xué)向盛有H2O2溶液的試管中加入幾滴酸化的FeCl2溶液，溶液變成棕黃色，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________;一段時(shí)間后，溶液中有氣泡出現(xiàn)，并放熱，隨后有紅褐色沉淀生成，產(chǎn)生氣泡的原因是_______________________________________，生成沉淀的原因是_______________________________(用平衡移動(dòng)原理解釋)。

【參考答案】(1)防止Fe2+被氧化

(3)隔絕空氣

(4)Fe2+Fe3+可逆反應(yīng)

【考題點(diǎn)評(píng)】本題以核心元素“鐵及其化合物”為素材比較全面地考查了元素化合物的基礎(chǔ)知識(shí)、平衡移動(dòng)反應(yīng)原理，值得深入探究挖掘。適合專題復(fù)習(xí)與學(xué)習(xí)使用。從知識(shí)歸納上分析，可總結(jié)兩點(diǎn)：①Fe2+的性質(zhì)及檢驗(yàn)方法；②Fe3+的性質(zhì)及檢驗(yàn)方法。

【核心素養(yǎng)一】培養(yǎng)“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”

探究題組一

1.速力菲是一種人工合成的補(bǔ)鐵劑，如何證明速力菲中鐵元素的價(jià)態(tài)？

2.速力菲的主要成分是硫酸亞鐵，如何測(cè)定速力菲中鐵元素的百分含量，有哪些方法？如何操作。(提示：氣體法：轉(zhuǎn)化為氣體，測(cè)量氣體的質(zhì)量或體積。沉淀法：通過反應(yīng)使其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的沉淀。滴定法：酸堿中和滴定或氧化還原滴定法)

3.思考與交流：(對(duì)上述三法之一進(jìn)一步思考交流)

(1)沉淀法測(cè)量硫酸亞鐵片中鐵元素的百分含量，最好選擇的試劑是________。

A.BaCl2溶液

B.NaOH溶液

C.氨水

D.氫氧化鈉溶液和雙氧水

(2)如果選用滴定法，選擇哪些標(biāo)準(zhǔn)液可以滴定Fe2+濃度？指示劑如何選擇？

【參考答案】1.取少量速力菲藥品，加適量鹽酸溶解，加入KSCN溶液，若溶液變?yōu)榧t色，則證明含有Fe3+；若沒有顏色變化，再滴加氯水，若變紅則存在Fe2+；若有顏色變化，再滴加酸性KMnO4后紫色褪去，則既有Fe2+又有Fe3+。2.可加堿使其沉淀為Fe(OH)2，稱量沉淀質(zhì)量求得(或其他合理答案均可)。3.(1)D (2)酸性KMnO4，不加指示劑即可。

設(shè)計(jì)說明：以真實(shí)情境材料來探究知識(shí)的運(yùn)用能力。

探究題組二

1.CaCO3與FeCl3溶液能反應(yīng)嗎？請(qǐng)說明原因。

2.在有Cu2+、Fe3+、Fe2+三種陽離子的混合溶液中，如何除去Fe3+和Fe2+？

3.弱氧化劑I2能將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+嗎？

設(shè)計(jì)說明:拓展反應(yīng)原理知識(shí)，加強(qiáng)核心知識(shí)的總深度。

【參考答案】1.能 FeCl3水解使溶液呈較強(qiáng)酸性，CaCO3可溶解其中 2.先加入H2O2，充分?jǐn)嚢瑁尤隒aO或Ca(OH)2調(diào)節(jié)pH。根據(jù)沉淀時(shí)不同的pH范圍，可除去Fe3+和Fe2+3.不能

【核心素養(yǎng)二】培養(yǎng)“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”

請(qǐng)根據(jù)相關(guān)資料，總結(jié)Na2FeO4的有關(guān)性質(zhì)，寫出畫線部分涉及的離子(或電極)方程式。

高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種能氧化、殺菌、脫色、除臭的新型高效水處理劑，其中鐵元素的化合價(jià)是+6，有強(qiáng)的氧化性，從而非常有效地殺滅水中的病菌和病毒。高鐵酸鹽除了具有優(yōu)異的氧化漂白、優(yōu)良的殺菌作用以外，它還能迅速有效地去除淤泥中的臭味物質(zhì)。高鐵酸鹽除臭主要是氧化掉諸如硫化氫(H2S)、氨氣(NH3)等惡臭物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為安全無味的物質(zhì)。由于高鐵酸鹽在整個(gè)pH范圍都具有極強(qiáng)的氧化性，因而對(duì)于淤泥除臭處理是較為理想的方法。

制備方法

方法一:以鐵為工作電極，通過電解NaOH溶液(12 mol/L)制備高鐵酸鈉。

方法二:采用次氯酸鹽氧化法,在10.00 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的次氯酸鈉溶液中加入5.5 g氫氧化鈉和0.70 g硫酸鐵,可制備濃度為0.01 mol/L的高鐵酸鈉。

【參考答案】Na2FeO4具有漂白殺菌作用等(合理即可)

方法一：

設(shè)計(jì)說明：給出具體實(shí)用性物質(zhì)，討論制備的方法、原理，進(jìn)一步提高知識(shí)的深廣度與實(shí)用性。

【核心素養(yǎng)三】培養(yǎng)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”

鐵的化合物在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用非常廣泛，高鐵酸鹽是一種殺菌、凈水的水處理劑，高鐵酸鹽電池是一種新型可充電電池。

(1)工業(yè)上可用如圖裝置制備Na2FeO4，則陽極的電極反應(yīng)式為_______________________________________；

可循環(huán)使用的物質(zhì)是_______________________________________。

(3)新型納米材料ZnFe2Ox由ZnFe2O4經(jīng)高溫用H2還原而得，常溫下能使工業(yè)廢氣中的CO2、SO2、NO2等酸性氣體分解成其單質(zhì)而除去，同時(shí)得到ZnFe2O4。若4 mol ZnFe2Ox和1 mol SO2恰好完全反應(yīng)，則ZnFe2Ox中的x=________，該反應(yīng)過程中的氧化劑是_______________________________________。