资料简介
人教版高一化学必修1《铁及其化合物》教学设计 一、教材分析 “铁及其化合物”是高中化学必修课程中核心内容，是高中一年级全体学生都应学习的重点化学内容。铁元素不仅是典型的金属元素，还是重要的变价元素。铁及其化合物，与人体健康密切相关，在生活、生产中也有着广泛的应用。 《普通高中化学课程标准（2017年版）》对本节的内容要求是：结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铁及其重要化合物的主要性质，了解它们在生产、生活中的应用。具体内容包含：了解Fe的物理性质和化学反应，认识Fe3+的氧化性和鉴别，掌握Fe2+与Fe3+的转化规律。 本节课铁及其化合物，以麦片含有铁粉引起大众惊慌这一新闻事件引入，以“麦片中是否含有铁粉”——“为什么麦片中添加铁粉”——“服用补铁剂的注意事项”——“补铁剂的定性和定量检测”为教学主线，将Fe的物理性质和化学性质，Fe2+与Fe3+性质和相互转化，以及Fe2+与Fe3+的检验鉴别等学科知识用于实际问题的解决。发展物质性质和物质用途关联、化学物质及其变化的社会价值的认识水平，并在不断应用中促进核心素养的发展，提升从“解题”到“解决问题”的能力。 二、学情分析 通过初中化学及高一前阶段的学习，学生对铁及其化合物知识有了一定程度的了解，具备了分类研究物质性质和科学探究的基本方法，具有了氧化还原理论和离子反应的概念。因此，学生对于本节课的学习有了一定的知识基础和方法；通过前期的学习，学生具有一定的实验操作、观察分析和表达交流的能力，但在严密性、完整性、科学性及逻辑推理等方面尚存在欠缺。本节课通过实际问题的解决，引导学生从物质类别、核心元素的价态两个角度来认识物质的化学性质，逐步建立、完善和应用研究物质化学性质的视角和模型。 三、教学目标 1.通过对麦片中是否含有铁粉的实验探究，以及对加入还原铁粉作用的分析，诊断并发展学生对铁的性质认识水平（孤立水平、系统水平）。 2.通过对Fe的化学性质的分析，以及Fe2+与Fe3+相互转化条件探讨和实验方案设计，诊断并发展学生从物质类别和元素价态两个视角认识物质间转化关系认识的结构化水平及科学探究水平（基于经验水平、基于概念原理水平）。 3.通过对服用补铁剂的注意事项以及定性和定量检验铁的交流和讨论，诊断并发展学生解决实际问题的能力水平及其对化学价值的认识水平（学科价值视角、社会价值视角、学科和社会价值视角）。 四、教学重点 1.通过设计实验验证“麦片中是否含有铁粉”，应用Fe的物理性质解决实际问题。 2.应用Fe的化学性质解释“为什么麦片中添加铁粉”，并运用氧化还原反应的理论对生成+2价和+3价铁进行归纳，从物质类别和元素价态两个视角认识物质间转化关系，建构研究物质化学性质的认知模型。在此基础上再认识铁和水蒸气的反应。 3.在分析“服用补铁剂的注意事项”过程中，应用从物质类别和元素价态两个视角认识物质间转化关系的模型，预测并实验验证学习了Fe2+与Fe3+性质以及相互转化，并能运用Fe2+与Fe3+性质来解决实际问题。 4.在模拟质检员测定补铁剂中是否含有铁元素，铁含量是否达标的过程中，应用Fe2+与Fe3+的鉴别，和铁的化合物间的转化规律，设计测定铁元素含量的方法，并从中提炼测定物质含量的一般思路。 五、教学难点 1.建立从物质类别、核心元素的价态两个角度来认识物质的化学性质的视角和模型。 2.发展学生应用Fe以及Fe2+与Fe3+性质和转化规律的学科知识解决实际问题的能力及其对化学价值的认识。 六、教学流程 （一）环节一：麦片中是否含有铁粉 1.创设情境，提出问题。 教师引导：麦片中添加还原铁粉引起公众惊慌的新闻事件。展示麦片配料表，显示添加了还原铁粉。请根据已学知识设计实验判断麦片中是否添加还原铁粉？ 学生活动：（1）进行小组讨论，代表发言，利用铁具有铁磁性这一特性，如果有黑色粉末，并能被磁石吸引，可判断含有铁粉。（2）实验验证。将打磨麦脆片并装入保鲜袋，加水溶解进行实验，观察是否有被磁铁吸引的黑色粉末。实验验证结果麦片中确实含有还原铁粉。 教师引导：刚才实验我们是利用铁具有铁磁性这一特殊的物理性质，铁是生活中应用最广泛、用量最大的一种金属元素，具有典型的金属通性，那铁还具有哪些物理性质呢？ 学生活动：银白色金属光泽，导电性、导热性、延展性。 设计意图：这一环节让学生设计简单的实验方案判断麦片是否真的含有铁粉，目的在于诊断学生对铁的物理性质认识发展水平是孤立水平还是系统水平以及提升了学生依据证据推出合理的结论，设计简单的实验方案，根据现象作出解释，运用所学知识解决生活中简单的化学问题的核心素养。 （二）环节二：为什么在麦片中添加还原铁粉 1.分析和解释还原铁粉的作用 教师引导：通过实验验证了麦片中确实含有还原铁粉，那么为什么要在麦片中添加还原铁粉？ 学生活动：学生小组讨论，并汇报、交流还原铁粉的作用。 小组1：初中学过，铁粉可以作双吸剂，吸收空气中的氧气和水，防止食物被氧化，具有保鲜的作用。 小组2：可以补铁，血红蛋白中含有铁元素，铁是构成人体的必不可少的重要元素。还原铁粉吃下去后能和胃酸反应生成二价铁。 教师引导：同学们一定很关心，像这样直接以铁单质的形式出现在食物里，是否对身体有害。对于“还原铁”而言，只要在国家标准内使用就无害，所以不必担心。 2.自主归纳物质间转化的认识角度 教师引导：刚刚我们利用以前学过的铁相关的性质，解释了还原铁粉的作用。同学们还学过哪些铁的反应呢？请举例。并从不同角度认识这些反应，对反应进行分类。 学生活动：学生小组讨论，并汇报、交流、并补充。 小组1：根据物质分类的角度，铁是金属单质，可以与非金属单质、酸、盐溶液发生反应。 小组2：从氧化还原的角度，根据铁元素价态的变化，我们发现，铁有较强的还原性，铁可被氧化到+2价和+3价。 教师引导：追问概括铁单质在什么条件下转化为+2价，什么条件下转化为+3价？ 学生活动：与弱氧化剂反应生成+2价铁，与强氧化剂反应生成+3价的铁。 3.探究铁与水蒸气的反应 教师引导：[图片情境]在钢铁厂的生产中，炽热的铁水或钢水注人模具之前，出土的模具必须进行充分的干燥处理，不得留有水。这是为什么呢？生活经验告诉我们，在常温下，铁与水是不发生反应的。那么，在高温下，铁能否与水发生反应呢？有人设计了如图所示的装置，进行还原铁粉与水蒸气反应的实验。 教师进行演示实验，学生认真观察实验并讨论交流该装置的实验原理，并根据实验现象，分析可能的生成物。 学生活动：在高温条件下，铁粉与水蒸气反应装置很巧妙地利用一根试管完成了实验。用湿棉花加热提供水蒸气、用肥皂液收集氢气并点燃验证。这一实验中，红热的铁能与水蒸气反应， 设计意图：铁的化学性质是学生较为熟悉的内容，本节课在此内容的处理上并不是简单罗列，而是创设真实的问题情境——“麦片中为何要添加还原铁”，目的在于诊断学生对铁的化学性质认知是处于识记水平还是应用水平。此外，“铁单质在什么条件下转化为+2价，什么条件下转化为+3价”这一评价任务的设计，目的在于使学生氧化还原反应理论达到“结构化”水平，实现知识向素养转化。 （三）环节三：服用补铁剂的注意事项 1.应用物质类别和元素价态两个视角来预测Fe2+与Fe3+性质，并通过实验探究来验证其相互转化。 教师引导：前面通过实验，我们已经验证麦片中确实加入了“还原铁粉”，可以被人体吸收，但吸收效率不高。因此，如果是缺铁性贫血，就需要服用专门的补铁剂。 [实物展示]常见的补铁剂有硫酸亚铁、乳酸亚铁、血红素亚铁等，由此可知，补铁剂中铁元素的化合价是+2价，是因为人体对二价铁的吸收利用率比三价铁高得多。看说明书，发现服用补铁剂的一些注意事项。 教师引导：为了解释这些注意事项背后的原理，我们首先要先了解Fe2+与Fe3+性质。请同学们应用刚刚总结的认识物质间转化的两个视角—物质类别和元素价态的方法模型，来预测Fe2+与Fe3+性质，并说明预测的依据。 学生活动：从物质类别角度分析，硫酸亚铁和氯化铁是盐，能与碱、盐、酸、金属反应。从元素价态的角度分析，亚铁为+2价，既可升高，具有还原性可与氧化剂反应，又可降低，具有氧化性可与还原剂反应；铁离子为+3价，只能降低，具有氧化性可与还原剂反应。 教师引导：如何验证你的预测？你将选取哪些试剂？说明理由。如何证明你设计的实验中物质之间确实发生了反应？ 学生活动：设计实验，动手检验。思考选取依据、阐述原因，例如选取氢氧化钠是为了验证硫酸亚铁能与某些碱反应。 教师引导：组织学生以小组为单位设计实验方案、汇报交流。 实验目的：验证硫酸亚铁能与某和些氧化剂反应； 实验试剂：高锰酸钾溶液和硫酸亚铁； 理论依据：高锰酸钾溶液能与硫酸亚铁发生氧化还原反应； 预期现象：溶液褪色。 2.应用Fe2+与Fe3+性质解释服用补铁剂的注意事项。 学生活动：以小组为单位讨论和交流，并从酸碱反应、氧化还原反应、沉淀反应和络合反应等四大反应的角度，利用Fe2+与Fe3+性质解释这些注意事项背后的原因。 （1）久置，二价铁易被氧化为三价铁而影响疗效。 （2）维生素C有还原性，水果、果汁中富含维生素C和酸性物质，防止二价铁被氧化，有利于吸收。 （3）因茶叶和咖啡中含大量鞣酸，生成铁的络合物，影响铁的吸收。 （4）不易同时服用碱性饮料，降低胃的酸度。 （5）因铁剂能与肠内的硫化氢结合成黑色的硫化亚铁沉淀，所以病人服用铁剂后会排出黑色粪便。 设计意图：师生进行充分交流。教师追问选择试剂的依据，帮助学生内化从物质类别及氧化还原角度认识物质性质的思路和方法。采用学生分组实验的形式，引导学生充分经历预测、设计实验方案、实施实验、汇报展示、总结提升的完整的物质性质实验探究过程。另外，解释“服用补铁剂的注意事项”这一评价任务，目的在于诊断对Fe2+与Fe3+性质认识发展水平是孤立水平还是系统水平，运用所学知识解决生活中简单的化学问题的核心素养。 （四）环节四：补铁剂的定性和定量检测 1.补铁剂的定性检验 教师引导：老百姓最关心的是药品中是否含铁元素，以及铁含量是否达标。根据Fe2+与Fe3+的鉴别，请同学们来当质检员设计实验方案来检测补铁剂中是否含有铁元素。 学生活动： 方案一，先加KSCN溶液，再加入双氧水，看溶液是否变红； 方案二，直接滴加NaOH溶液，一段时间后看是否有红褐色沉淀生成。 结论：实验证实补铁剂中含有铁元素。 2.补铁剂的定量检验 教师引导：根据铁及其化合物之间的转化关系，设计实验方案测定补铁剂中铁元素的含量。 学生活动：小组讨论，设计测定方案—运用铁守恒的沉淀法，称量三氧化二铁的质量。 教师引导：除了沉淀法，还有氧化还原滴定法、比色法和原子发射光谱等技术和手段也可以用来定量检测铁的含量。 教师总结：今天的探究课题来源于生活中的真实社会话题，通过小组讨论、设计方案、动手实验，从而得出结论，再将所学知识应用到生产、生活中，可以归纳为起源于生活、形成于课本、应用于生活，这是完整的科学探究脉络。希望同学们在今后生活中遇到与科学，特别是化学相关的社会话题时，能够遵循科学探究脉络理性思考问题，不要人云亦云以讹传讹，做一个有科学素养的公民。 设计意图：本环节运用角色模拟法让学生综合应用Fe2+与Fe3+相互转化、Fe2+与Fe3+鉴别与检验等内容检测补铁剂商品质量，综合评价并巩固提升学生的化学学科核心素养。最后的结语既呼应了开头，又升华了主题，使学生今后能对与化学有关的社会热点问题进行理性思考，从而做出正确的价值判断，提升了“科学精神与社会责任”这一核心素养。 七、板书设计
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