制备Fe（OH）2的实验设计探究

浙江省高中化学学科探究性教学案例评比制备Fe（OH）2的实验设计探究教学案例制备Fe（OH）2的最佳实验设计一、教材分析高二化学课本第四章第二节《铁和铁的化合物》中有一制取Fe（OH）2的演示实验，教师上课演示时成功率较低，学生基本上看不到白色沉淀，而只能看到灰绿色的絮状物质。学生对Fe（OH）2的颜色心存疑惑，对知识提出了置疑。Fe（OH）2的知识是本节内容的一个重点，必须加以突破，利用探究式教学，让学生进行实验设计制取出纯净的Fe（OH）2，不仅能使学生巩固所学知识原理，加深对二价铁和三价铁之间互相转化关系的理解，使学生熟练掌握了实验操作技能，而且在探究的方法、认知的程度方面都有较大幅度的提高扩展，探究欲增强了，为学习新知识作了很好的铺垫。二、教学目标1、知识目标：使学生掌握Fe（OH）2的性质，Fe（OH）2的Fe（OH）3的关系，以及制取Fe（OH）2的最佳方法。2、能力目标：（1）提高实验设计、实验操作能力；（2）提高运用所学知识解决实际问题的能力；（3）提高学生科学研究的能力；（4）增强知识迁移的能力与口头表达能力。3、科学目标：（1）培养实事求是的科学世界观和严谨求实的学习态度；（2）学会自主学习，养成终身学习的习惯三、设计思路本节课安排的内容是Fe（OH）3的性质和制取，Fe（OH）2的性质和制取，重点在Fe（OH）2的制取方法设计上，安排纯净Fe（OH）2的制取由学生进行探究性学习，由学生设计实验方案进行实验验证，从而获得新知识，在教学过程中，采用演示、启发、对比、讨论、设计、实验、探究、评析等多种方法相结合来突破本课重点。本节课的主要思路是：由Fe（OH）3的制取引入新课——创设问题情境——学生进行实验方案设计——再进行实验探究——教师对其探究结果进行评价。四、教学准备1、实验仪器：试管（若干）、橡胶塞（若干）、胶头滴管（长12支，短12支）铁架台（12台）、烧杯（24支）、导管（直管12支，弯管12支）、双孔橡皮塞（12个）、单孔橡皮塞（12个）、酒精灯（12盏）、试管夹（12个）2、实验药品：氢氧化钠溶液、还原铁粉、稀硫酸、新制的硫酸亚铁溶液、氯化铁溶液、蒸馏水、稀盐酸、煤油、KSCN溶液3、学生准备：四人为一组，用最优化组合配置，课前预习有关书本知识。4、本节课设置在化学实验室中上。五、教学过程1、问题情境创设[教师]：铁的常见氢氧化物主要有两种：Fe（OH）2和Fe（OH）3，它们都是难溶于水的物质。[设疑]：根据同学们已有的知识，选取你们前面的实验仪器和药品来制取Fe（OH）2和Fe（OH）3，说出它们的颜色。[学生分组实验]：此时需要5分钟时间[学生]：一代表发言：用FeCl3溶液和NaOH溶液制取Fe（OH）3，出现红褐色絮状沉淀，此沉淀就是Fe（OH）3，说明Fe（OH）3是红褐色的。用新制的FeSO4溶液和NaOH溶液混合制取Fe（OH）2，出现灰绿色絮状沉淀，说明Fe（OH）2是灰绿色的。[教师]：很好，各位同学都同意他的意见吗？[学生]：我有不同意见，我在制取Fe（OH）2时先看到了白色絮状沉淀，Fe（OH）2应该是白色的。此时学生主要分成了两派，各坚持自己的意见。[教师]：同学们不要争论，现在请大家来看老师在实验室制取并密封保存好的Fe（OH）2和Fe（OH）3的样品。展示已制好并密封保存的Fe（OH）2和Fe（OH）3样品。结论：Fe（OH）2样品是白色的，Fe（OH）3样品红褐色的。[学生]：那为什么我们实验中得到的Fe（OH）2是灰绿色物质，难道我们的实验做错了或是所用的药品有问题。依据我们所学的知识，用Fe2++2OH-==Fe（OH）2应该是没错的。[教师引导]：你们的理论依据完全正确，只是Fe2+在空气中很容易被空气中的氧气氧化成为Fe3+。同学们的实验结果与事实不附，说明肯定是哪里有问题，可能是药品有问题，也可能是实验过程有问题，是否是药品有问题呢？我们来检验一下，下面请同学用实验来验证是否是FeSO4溶液发生了变质。（上节课已经学习过Fe3+的检验方法）[学生]：分组实验[学生]：发言：FeSO4溶液中加入KSCN溶液不出现红色，说明FeSO4没变质。[教师引导]：由刚才制取Fe（OH）3的实验中，我们已经知道NaOH溶液是没有变质的，那我们的实验为何不成功呢？[学生]：讨论后发言：因为Fe2+易被氧化，所以Fe（OH）2不稳定，在空气中容易被氧化。[教师]：回答的非常好，正是由于Fe（OH）2不稳定，在空气中很容易被氧化而生成Fe（OH）3而呈现灰绿色，这个灰绿色物质是由Fe（OH）2和Fe（OH）3以一定比例混和的特殊物质，过一段时间，当Fe（OH）2完全被氧化为Fe（OH）3时，我们就会看到红褐色物质出现。[板书]：4Fe（OH）2+O2+2H2O==4Fe（OH）3[教师引导]：既然Fe（OH）2这么容易被氧化，那我们又可以通过什么方法制取纯净的Fe（OH）2呢？[设疑]：请同学们用你前面的仪器和药品设计一个制取纯Fe（OH）2的实验。[教师引导]：还原Fe粉可与Fe3+反应生成Fe2+2、实验探究过程学生四人一组进行讨论实验设计方案，（此时需3分钟）。大部分学生能设计出如下两个方案：第一种：在试管中加入新制的FeSO4溶液，先加入一些还原铁粉，再加入NaOH溶液。第二种：在试管中加入少量铁粉，再加入稀硫酸溶液，等反应完全后，再加入NaOH溶液，然后用塞子把试管口塞住。教师首先肯定此两种方案的优点，再要求学生按照此两种方案进行实验验证。（学生自行选择其中一种方案进行实验）[学生]：分组实验[实验结果]：两个实验都不能制取出白色沉淀，都出现灰绿色物质。[教师分析]：实验失败了，那到底失败在哪里呢？我们在实验时忽略了什么？必须注意什么？[学生]：讨论发言：刚才实验时有O2存在，影响了实验结果。[教师设疑]：我们在实验时如何才能消除O2的影响？[学生]：隔绝空气，并设计成一个相对密闭的实验体系。[教师引导]：在刚才设计第二种实验方案的同学已经想到了要形成一密封系统，但由于在铁与稀硫酸反应完全后再加氢氧化钠时有空气进去，没有完全消除氧气的影响。除了这个，还要注意什么？请同学根据这个思路再次进行设计实验方案。[学生]：分组进行讨论再次设计实验方案。经过5分钟学生活动，学生基本可设计如下方案：第三种：在试管中加入少量铁粉，再加入稀硫酸溶液，在稀硫酸和铁粉还没反应完的时候就加入NaOH溶液，并立即用单孔塞把试管口塞住，一端导管通入水中。第四种：往试管中加入稀硫酸溶液，先用酒精灯进行加热，再加入铁粉，等快反应完全时再加入NaOH溶液，然后立即用单孔塞把试管口塞住，单孔塞一端导管通入水中。教师先对此两种方案进行肯定，再由学生自行选择进行实验验证。（需5分钟时间）实验结果：第三种方案的现象是：首先有出现白色沉淀，但立即变为浅灰绿色。第四种方案的现象是：首先有出现白色沉淀，但后也变为浅灰绿色。[教师]：实验结果分析：此两种实验设计还是不能完全消除氧气的影响，原因在哪里？[学生]：讨论分析：稀硫酸溶液和氢氧化钠溶液中溶解有氧气没有除去，在加氢氧化钠溶液时有空气混入。[教师引导]：为了组成一个相对密闭的体系，切实消除O2的影响，我们必须要队稀H2SO4溶液和NaOH溶液加热，去除其中的溶解O2，并且要用适当的方法加入氢氧化钠溶液，而不能带入空气。下面请同学们再行设计更佳的实验方案进行实验。在教师的提示和指导下，学生可以设计如下的方案：把氢氧化钠溶液和硫酸溶液进行加热煮沸后用橡胶塞密封在两支试管中，用一胶头滴管吸一满滴管的煮沸过的NaOH溶液，并插在一双孔塞的孔中，双孔塞的另一孔插导管，往另一试管中加如稍过量的还原铁粉，再迅速加入稀H2SO4溶液，立即用准备好的双孔塞塞住试管口，双孔塞的导管一直插入烧杯的水中。等Fe与稀H2SO4完全反应时，挤入NaOH溶液。把氢氧化钠溶液和硫酸溶液进行加热煮沸后用橡胶塞密封在两支试管中，用一胶头滴管吸一满滴管的煮沸过的NaOH溶液，往另一试管中加如稍过量的还原铁粉，再迅速加入稀H2SO4溶液，再立即往溶液中加入一些煤油进行油封，然后把准备好的胶头滴管伸入试管底部，再挤出NaOH溶液。（此二实验方案教师应进行投影）[学生]：分组实验：由学生选择其一进行实验实验结果：两个实验都能得到白色沉淀，并没有变成灰绿色。学生都很高兴，有一种收获成功的喜悦。[教师]：要求学生总结：要做成功此实验必须注意什么？[学生总结]：1、确保硫酸亚铁溶液中不含铁离子，可以加入略微过量的还原铁粉控制。2、控制硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液中溶解的氧气。3、整个实验过程应该减少氧气的影响，使整个过程最好能在相对密闭的体系中进行。[学生]：谈谈本节课的收获[教师]：布置作业，宣布本节课结束六、评价方案达标评价：依据学生上课过程中设计的实验方案的合理性，对学生进行分层次评价，分成10分、20分、30分三等，在已依据学生在实验操作过程中出现的问题，如：实验操作的规范性，实验操作的熟练程度等，也进行分层次打分，分值也为10分、20分、30分三个等级。打分方法为由同组学生互相打分，最后把两项得分累加计总分，分成A、B、C三等，以此鼓励学生积极参与活动。诊断评价：在教学过程中依据学生的表现进行口头评价，为了形成一个活跃的课堂气氛，在上课过程中组与组之间形成对比，鼓励学生积极思考，活跃学生的思维，激发他们的潜能。说明本教案的设计依据是，高中化学新教材新的教育思想和教育新理念。在教学中全面实施素质教育，在课堂中开展研究性学习，以学生为主体，让学生积极主动参与教学活动，以科学探究的思想，通过亲身体验获得知识，掌握学习方法，实现自身的全面发展。化学是一门实验科学，实验教学是中学化学教学中的重要组成部分，化学实验，可以培养学生良好的思维习惯和严谨的科学品质，对学生的探索精神和创新意识的培养也具有相当积极的作用。化学实验探究教学模式是围绕着某个实验探究主题，设计出实验方案，通过学生的实验探究，依据实验现象和事实的归纳概括、演绎推理得出结论的一种教学范型。实验探究教学模式可分为指导探究式和开发探究式，本节课以前者为主，后者为辅。从指导探究式逐渐向开发探究式过渡。使用探究模式开展的阻力是探究主题的难度与探究时的过于开放，使研究性教学过程难以控制，学生失误较多，延时耗时。所以，不必追求高难的探究主题。探究的目的是使学生从中获得科学方法上的认识提高和训练，应充分考虑学生情况，选择探究主题和方法，不能过于追求探究过程的完整性，尤其在开始时实施有指导的实验探究，要减少失误，并注意与其它教学方法的合理搭配。这是本案例设计的原理。在实际操作中可能存在的问题及注意事项：本节课必须安排在学完Fe3+的检验知识后完成。由于学生基础的差异，在课前最好先搭配好学生组合，以最佳组合为原则进行搭配。上课是可能还有以下情况出现：有部分学生在规定的时间内不能设计出实验方案，可以在上课之前先布置好任务，让学生有充分的时间设