不同视角下对元素化合物教学内容的研究 *——以铁及其化合物为例

刘婷婷

(安徽省阜阳第一中学 安徽 阜阳 236000)

1.知识角度

铁元素是一种特殊的过渡元素：从性质视角掌握铁的基本性质是认识铁及其化合物的基础，包括元素在周期表中的具体位置、化合价、与其他化合物的转化关系等[1]。铁及其化合物知识内容丰富，主要包含结构、性质、用途。通过对铁及其化合物的学习，建立一个学习模型，对后续其他物质的学习会有很大帮助。

铁及其化合物考察知识内容有以下几点：(1)铁的原子序数、在周期表中的位置、电子排布式(图)、还原性、常见价态等。(2)铁单质的物理性质、存在形态、与氧气、氯气、硫等氧化剂的反应。(3)铁的化合物：①氧化亚铁、氧化铁和四氧化三铁的颜色、俗名、溶解性、与稀盐酸、稀硫酸和稀硝酸的反应现象和产物。②氢氧化亚铁和氢氧化铁的颜色、状态、溶解性、稳定性、与氧化剂(如氧气、硝酸、过氧化氢等)反应、制备保存等。③亚铁盐和铁盐相互转化。

为了更好地将内容串联起来，可以通过展示生活中常见铁的化合物和情景创设引导学生从物质类别、元素价态两个角度对物质进行分类，初步建立和应用物质分类和元素价态的视角和模型，从不同种类、不同价态认识物质的组成。在课堂教学中，首先以物质分类为基础，借助元素周期表，掌握化合物结构和性质的递变规律，其次注重逻辑关系，采用表格、图像等方式实现铁及其化合物知识的结构化。最后，以模型归纳图展示亚铁离子和铁离子氧化还原反应方程式的书写过程，形成结构化的化学概念和化学基本理论。当然在习题讲解中注重知识的衔接和拓展，在已学知识体系中纳入新学知识，并加以概括总结，引导学生构建思维导图，得到完整的知识系统。

2.实验角度

化学课程标准中对“元素及其化合物”内容提出以下要求：能利用典型代表物的性质和反应，设计常见物质制备、分离、提纯、检验等简单任务的方案，能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化路径；以及能根据物质的性质分析实验室、生产、生活及环境中的某些常见问题，说明妥善保存、合理使用化学品的常见方法[2]；以上这些目标可以通过药品食品中铁元素价态的检验来达成。

(1)检验药片在保存过程中铁元素是否被部分氧化为正三价，建立平衡的基本概念，从粒子浓度角度把握配位键的形成，了解浓度对配位平衡的影响。利用配合物的颜色进行定性检验，感受化学知识在生活中的应用。(2)检验补铁药片中铁元素的存在价态是否为二价。(3)选择检验Fe2+和Fe3+的试剂，提升宏观辨识与微观探析的核心素养。(4)探索邻二氮菲检验Fe2+的酸碱性条件，提升学生的科学探究与创新意识[3]。(5)利用色度传感器法测定食物中铁元素含量，通过对食物中铁元素含量的测定，找到不同食物比如干黑木耳、银耳、海带等铁元素含量的高低，指导学生健康饮食[4]。

3.实际应用角度

学科素养要求学生具备科学的思维方法，能发现问题、拥有解决问题基本方法和综合应用能力；分析高考题目可以帮助学生找到问题的核心，把握知识点的应用，更加深入思考问题的来源和实际应用。高考题目中有关铁及其化合物的考察如下：

3.1 亚铁离子和铁离子检验。(2020·新课标Ⅰ)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是______。

3.2 工业流程中铁的氧化和沉淀。(2019·新课标1)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵：

回答下列问题：(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是____。分批加入H2O2，同时为了___，溶液要保持pH小于0.5。

分析：(3)H2O2可以将Fe2+氧化为Fe3+，且H2O2的还原产物为H2O，不会引入新的杂质。因为H2O2本身易分解，所以在加入时需分量加入，同时为了防止Fe3+水解，溶液要保持pH小于0.5。

3.3 铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀。(2019年江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( )

B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能

C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀

D.以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀

分析：本题考查金属铁的腐蚀。根据电解质溶液的酸碱性可判断电化学腐蚀的类型。

本文从知识角度、实验角度和实际应用角度对铁及其化合物的性质进行概括总结，知识角度可以培养学生的宏观辨识、微观探析能力；实验角度可以培养学生的动手操作能力和实验创新意识；实际应用角度可以增强学生的证据推理、模型认知的能力，并孕育科学精神与社会责任感。