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    苏教版高中化学必修一学案-3.2 铁、铜的获取及应用
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    化学必修一第二单元 铁、铜的获取及应用学案设计

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    这是一份化学必修一第二单元 铁、铜的获取及应用学案设计,共6页。学案主要包含了问题驱动1,问题驱动2,问题驱动3,设计意图,实验探究1,实验探究2,问题拓展2等内容,欢迎下载使用。

    1 教材及教情、学情分析
    苏教版化学?必修1?将“铁、铜的获取及应用〞编排在专题3“从矿物到根底材料〞的第二单元。在学习教材内容“铁、铜及其化合物的应用〞编写上来看,首先从回忆初中已学过的铁、铜的根本性质引入,再重点探究三个知识点:〔1〕从氧化复原角度分析Fe2+和Fe3+的相互转化〔2〕Fe3+的检验方法〔3〕Cu与FeCl3反响的应用---制作印刷电路板。经过多个课时学习,学生能够建立铁及其化合物相互转化的知识网络,例如铁三角关系、铁及其化合物的二维关系〔图1和图2〕。有老师利用思维导图和框图构建进行教学,内容丰富多彩,对学生新课时的学习和复习有很大的帮助。但在高考题中涉及“铁、铜及其化合物〞知识点主要集中在两种题型:〔1〕实验选择题〔如Fe2+和Fe3+的检验、Fe(OH)2制备、Fe3+和Cu2+的水解问题等〕〔2〕化工流程题〔其中氧化复原反响方程式书写为必考内容〕,这就要求高三学生能学以致用,对已有的知识进行升华和提炼才能解决高考题中的相关问题。化学元素观是化学观念中的核心观念,笔者根据高三化学一轮复习的教学情况和内容,努力将学生的“元素观〞进行具体化地拓展〔图3和图4〕,开展学生的化学学科思维,帮助学生实现化学学科观念的建构,实现“元素及其化合物〞问题的高得分率。

    图1 铁三角关系 图2 铁及其化合物的二维关系

    图3 具体知识与观念认识的“金字塔〞关系示意图 图4 “具体化的元素观〞的认知结构
    2 基于“元素观〞的三维目标
    2.1 知识与技能
    掌握铁、铜及其化合物的性质和应用,能从氧化复原反响的角度书写相关方程式,加强实验操作技能。
    2.2 过程与方法
    通过Fe2+与Fe3+的相互转化、Fe(OH)2的制备、Fe3+与HCO3-的双水解等问题,运用归纳、总结、类比、实验等方法促进铁、铜及其化合物的“价态观〞“强弱观〞“水解观〞的建立。
    2.3 情感态度与价值观
    〔1〕学科价值:铁、铜是典型的金属元素,对铁、铜化合物的学习也有利于其他金属元素的学习。
    〔2〕认识价值:在已有的元素观〔组成和价态〕知识体系上对铁、铜化合物进行更深层次地学习和讨论,提高学生的认识能力和水平。
    〔3〕生活价值:铁、铜是生活中应用较为广泛的金属,它们与工业生产、科学研究、百姓生活有着密切的联系,它们是我们“最亲密的金属〞之一。
    3 教学过程和设计
    3.1 引入
    【问题驱动1】将FeCl3溶液滴加到淀粉-KI试纸上为何变蓝?
    【问题驱动2】向FeBr2溶液中通入Cl2为何先氧化Fe2+?
    【问题驱动3】如何除去CuSO4溶液中混有少量Fe3+?
    【生1】:2Fe3++2I- = I2+2Fe2+,Fe3+将I-氧化成I2,淀粉遇碘变蓝。 〔表达价态观〕
    【生2】:由2Fe2++Br2=2Fe3++2Br- 可知,复原性Fe2+>Br-。 〔表达氧化性/复原性的强弱观〕
    【生3】:利用Fe3+的水解平衡原理,,可以参加CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3消耗H+,增大溶液的pH值,由于Cu(OH)2和Fe(OH)3的Ksp差异,可使得Fe3+的水解程度增大直至生成Fe(OH)3沉淀而不使Cu2+沉淀,最终除去Fe3+。 〔表达Fe3+的水解观〕
    【设计意图】:通过已具备的铁、铜及其化合物“元素观〞知识来解决三个角度的问题,引导学生将知识网络进行延伸,实现由“学〞向“用〞,由“是什么〞向“为什么〞的转变。让学生从每个问题中体会“具体的〞元素观〔价态观、强弱观、水解观〕,掌握思考和答题的方法。
    3.2 价态观
    【投影】:展示多种相同价态和不同价态的铁、铜化合物和Fe2+与Fe3+的相互转化关系〔图5和图6〕

    图5 不同价态的铁、铜化合物 图6 Fe2+与Fe3+的相互转化关系
    【设计意图】:根据元素组成找到物质所属类别,学习物质的通性;根据核心元素的化合价,可判断物质的氧化性和复原性,而“具体化的元素观〞-“价态观〞直观地引导学生体会和预测已学过和未学过物质的性质,为下面的铁、铜化合物参与氧化复原反响的方程式书写做好铺垫。
    【问题驱动1】:以下离子的检验方法合理的是 〔 D 〕
    A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色,说明不含Fe2+
    B.向某溶液中参加酸性KMnO4溶液,溶液褪色,说明原溶液中一定含Fe2+
    C.向某溶液中参加NaOH溶液,得红褐色沉淀,说明溶液中一定不含Fe2+
    D.向某溶液中参加NaOH溶液得白色沉淀,又观察到颜色逐渐变为红褐色,说明该溶液中含有Fe2+,
    可能含有Mg2+
    【问题驱动2】请同学们分析氢氧化亚铁的制备原理。
    改良
    改良
    改良

    【问题驱动3】请写出以下反响的离子反响方程式。
    1. 向Fe(NO3)2溶液中参加稀硫酸的反响。
    2.FeCl3溶液吸收H2S气体,得到S单质的反响。
    3.K2FeO4是一种新型的净水剂,利用FeCl3与KClO在强碱条件下可制取K2FeO4。净水时,K2FeO4
    与水反响生成红褐色沉淀和O2。(两个反响)。
    4.铜与稀硫酸不反响,参加H2O2后溶液很快变成蓝色。
    5.Cu2O在稀硫酸中不稳定,有Cu单质生成,溶液成蓝色。
    6.CuSO4溶液中参加一定量的Na2SO3和NaCl溶液,加热生成CuCl沉淀。
    【设计意图】:此处设计了三个问题:(1)Fe2+和Fe3+的检验 (2)氢氧化亚铁的制备 (3)含有不同价态铁、铜化合物的离子反响方程式的书写。问题1是对所学知识的回忆,目的是做到“温故而知新〞。问题2目的是培养学生的化学思维,通过思考“如何防止氢氧化亚铁被空气氧化而保持长时间的白色沉淀状态〞的问题,并贯穿复分解反响〔氢氧化亚铁的制备〕→氧化复原反响〔氢氧化亚铁的不稳定性〕→电解池〔电化学〕知识,将问题层层递进来提高学生的化学学科素养。问题3目的是理解和感受高考题中有关化工流程问题“氧化复原反响方程式〞的书写,而离子反响方程式又是反响的本质,通过书写练习引导学生利用“价态观〞来解决问题,将“元素观〞的认知进行具体化和扩大化。
    3.3 强弱观
    【师】:Fe3+和Cu2+都具有氧化性,如何比拟二者的氧化性强弱呢?
    【生】:利用FeCl3溶液腐蚀Cu电路板的原理比拟:2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,在同一氧化复原反响里,氧化剂的氧化性大于氧化产物,即Fe3+>Cu2+。
    【问题驱动1】请大家利用这一结论思考一下这一问题。
    FeCl3、CuCl2的混合溶液中参加铁粉,充分反响后仍有固体存在,那么以下判断不正确的选项是〔 C 〕
    A. 参加KSCN溶液一定不变红色 B. 溶液中一定含Fe2+
    C. 溶液中一定含Cu2+ D. 剩余固体中一定含铜
    【生】:剩余固体是Cu或Fe和Cu,因为先发生Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+,后发生Fe+ Cu2+ = Fe2+ + Cu,Fe3+一定没有剩余,有铁必有铜,应选C。
    【问题驱动2】在FeCl3、CuCl2、FeCl2的混合溶液中,Fe3+、Cu2+和Fe2+的物质的量纸币为3:2:1,现参加适量铁粉,使溶液中三种离子的物质的量之比变化为1:2:4,那么参加反响的铁粉与原溶液中Fe3+的物质的量之比为 〔 C 〕 A.2:1 B.1:2 C.1:3 D.1:4
    【生】:因氧化性:Fe3+>Cu2+>Fe2+,从离子比的变化可以看出Fe3+有剩余,那么Cu2+、Fe2+没有参加反响,根据反响的定量关系可以判断C是正确的。
    【设计意图】:为了加强学生的“强弱观〞,此处设置了如下的“问题链〞---根据氧化复原反响的组成:氧化剂+复原剂=氧化产物+复原产物,利用氧化复原反响规律比拟不同价态物质的氧化性和复原性强弱〔Fe3+>Cu2+〕→问题1从定性的角度进行运用→问题2从定量的角度分析理解不同的价态铁微粒间的相互转化。
    3.4 水解观
    【实验探究1】:对于Fe2+、Fe3+、Cu2+在水溶液中存在水解情况,所以我们除了要掌握它们的“价态观〞、“强弱观〞,还要考虑它们的“水解观〞。如泡沫灭火器原理是AlCl3与NaHCO3溶液的双水解反响迅速生成Al(OH)3和CO2,那么FeCl3与NaHCO3溶液混合有什么现象呢?
    【现象1】:在试管底部生成红褐色沉淀[Fe(OH)3],有气体生成(CO2)。
    【实验探究2】:将镁条放入硫酸铜溶液中有什么现象呢?
    【现象2】:反响剧烈,有蓝绿色沉淀[Cu(OH)2]和大量气泡生成(H2)。
    【生1】:根据水解原理---Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+、HCO3一+H2OH2CO3+OH一,二者的水解互相促进生成Fe(OH)3沉淀和CO2气体,即Fe3++3HCO3一= Fe(OH)3↓+3CO2↑。
    【生2】:Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+,Mg消耗H+反响生成H2,从而促进Cu2+生成Cu(OH)2沉淀,即Mg+Cu2++2H2O=Mg2++Cu(OH)2↓+H2↑。
    【问题驱动1】:Fe2+生成Fe(OH)2开始沉淀的pH为5.8,沉淀完全的pH为8.8,FeSO4+Na2CO3= FeCO3↓+Na2SO4,请答复:制备FeCO3时,选用的加料方式 C (填字母),原因是 防止生成Fe(OH)2沉淀 。
    a.将FeSO4溶液与Na2CO3溶液同时参加到反响容器中
    b.将FeSO4溶液缓慢参加到盛有Na2CO3溶液的反响容器中
    c.将Na2CO3溶液缓慢参加到盛有FeSO4溶液的反响容器中
    【问题拓展2】:将溶液中的Cu2+、Fe2+、Fe3+沉淀为氢氧化物,需溶液的pH分别为6.4、9.6、3.7。现有含FeClx杂质的氯化铜晶体(CuCl2·2H2O),为制取纯洁的CuCl2·2H2O,首先将其制成水溶液,然后按图示步骤进行提纯。
    〔1〕加氧化剂的目的为将Fe2+转化为Fe3+,便于除去,本实验最适合的氧化剂X是 C 。
    A.K2Cr2O7 B.NaClO C.H2O2 D.KMnO4
    〔2〕参加CuO调节溶液的pH来除去Fe3+,pH值范围为 [3.7, 6.4) 。
    〔3〕除去Fe3+的离子方程式为 3H2O+2Fe3++3CuO=2Fe(OH)3+3Cu2+ 。
    〔4〕溶液III能不能直接蒸发结晶得到CuCl2·2H2O晶体? 不能 。
    假设不能,应如何操作?向CuCl2溶液中通入HCl气体后进行加热浓缩、降温结晶、过滤得晶体。
    【设计意图】:化学学习过程需要通过实验获取宏观现象,并从微观视角探讨其本质,从而得出物质及其变化的根本规律。离子的“水解观〞是高考考查的重点,它是“微观微粒〞发生“宏观可观察〞反响的内在动力。通过FeCl3与NaHCO3溶液混合的现象帮助学生理解离子间“双水解〞的意义。通过镁条与硫酸铜溶液的反响现象,能帮助学生在已有的认知〔Mg将Cu置换出来〕根底上进一步理解Cu2+的“水解观〞作用。通过对问题驱动1〔2021年江苏高考化学第19题〕的思考,要求学生能运用Fe2+和CO32-的水解来解决FeCO3的制备问题。问题拓展2是典型的高考化工流程题的考查,主要考查Fe2+与Fe3+的转化、利用“水解观〞调节溶液的pH值除杂的原理和溶液中晶体获得的方法三个知识点,这同时也是对前面知识的综合总结和应用。
    4 板书设计
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