顏建河

如何有目標(biāo)、有針對性地進(jìn)行高效復(fù)習(xí)，成為廣大師生共同關(guān)注的話題。從近年全國各地高考試題來看，試題以落實“立德樹人”為根本任務(wù)，將學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和化學(xué)學(xué)科能力以化學(xué)基本思想、基本方法、基礎(chǔ)知識和基本技能為載體進(jìn)行考查。高考化學(xué)《考試大綱》對化學(xué)學(xué)習(xí)能力的要求，強調(diào)掌握化學(xué)實驗的基本方法和技能，運用化學(xué)原理和科學(xué)方法，能設(shè)計合理方案，初步實踐科學(xué)探究。特別是根據(jù)化學(xué)實驗的目的和要求，能做到：①設(shè)計實驗方案;②正確選用實驗裝置;③掌握控制實驗條件的方法;④預(yù)測或描述實驗現(xiàn)象、分析或處理實驗數(shù)據(jù)，得出合理結(jié)論;⑤評價或改進(jìn)實驗方案?；诖?，化學(xué)實驗承載著更多的功能，它可以喚醒對相關(guān)化學(xué)知識、基本實驗操作方法的理解和記憶，等等。這就要求我們要基于實驗的問題情境創(chuàng)設(shè)、挖掘試題中的實驗素材，通過整合教材中的實驗，采用探究或演示，不斷強化基本實驗操作，促進(jìn)對知識的深層次理解，提升科學(xué)素養(yǎng)。例如，在復(fù)習(xí)鐵及其化合物時，創(chuàng)設(shè)以“實驗”為載體問題情境來對物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)原理進(jìn)行考查的高考綜合試題，并以“問題”為導(dǎo)向，落實“考綱”目標(biāo)，來培養(yǎng)實驗設(shè)計能力、歸納總結(jié)知識能力，將化學(xué)知識應(yīng)用于實踐，體現(xiàn)知識的價值意義。

案例 用零價鐵（Fe）去除水體中的硝酸鹽（NO-）已成為環(huán)境修復(fù)研究的熱點之一。

（1）Fe還原水體中NO-的反應(yīng)原理如圖1所示。

①作負(fù)極的物質(zhì)是____ 。

②正極的電極反應(yīng)式是 ____ 。

（2）將足量鐵粉投入水體中，經(jīng)24小時測定NO-的去除率和pH，結(jié)果如表1。

pH=4.5時，NO-的去除率低。其原因是 ____。

（3）實驗發(fā)現(xiàn)：在初始pH=4.5的水體中投入足量鐵粉的同時，補充一定量的Fe2+可以明顯提高NO-的去除率。對Fe2+的作用提出兩種假設(shè)：

I.Fe2+直接還原NO-;

Ⅱ.Fe2+破壞FeO（OH）氧化層。

①做對比實驗，結(jié)果如下面圖2所示，可得到的結(jié)論是____。

②同位素示蹤法證實Fe2+能與FeO（OH）反應(yīng)生成Fe3O4。結(jié)合該反應(yīng)的離子方程式，解釋加入Fe2+提高NO-去除率的原因：____ 。

（4）其他條件與（2）相同，經(jīng)1小時測定NO-的去除率和pH，結(jié)果如表2。

與（2）中數(shù)據(jù)對比，解釋（2）中初始pH不同時，NO-去除率和鐵的最終物質(zhì)形態(tài)不同的原因：____。

【問題】實驗探究題源于真實的化學(xué)，重視學(xué)科能力及科學(xué)素養(yǎng)的考查，具有信息的新穎性、結(jié)論的不確定性和知識綜合性等特點。這類高考化學(xué)實驗題大多源于教材，實驗方案的“根”都植于教材中。教材是根本，是每一位師生都有的“資料”，出自教材的實驗對考生具有公平性，因而越來越受到命題者的青睞。同時，對考生的發(fā)散思維能力、分析問題的能力提出較高的要求。

對于緊扣“鐵及其化合物”相關(guān)知識進(jìn)行命制的高考化學(xué)試題，涉及兩方面的問題：

一是實驗，其著眼點：（1）明確實驗?zāi)康?（2）建構(gòu)操作流程（核心物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、試劑的添加順序、必要的基本操作）;（3）評價優(yōu)化方案（科學(xué)簡單易操作、實驗條件控制、綠色化學(xué)理念）;（4）精準(zhǔn)表達(dá)方案。

二是物質(zhì)，其著眼點：（1）抓結(jié)構(gòu)，著眼于價態(tài)的變化;（2）抓特征，著眼于顏色的變化;（3）抓轉(zhuǎn)化，著眼于物質(zhì)間的相互反應(yīng)，即從鐵元素三種價態(tài)的結(jié)構(gòu)、特征、顏色及相互轉(zhuǎn)化（鐵三角關(guān)系）去認(rèn)識鐵及其化合物間的氧化還原反應(yīng)規(guī)律，從而緊扣問題導(dǎo)向，落實考綱目標(biāo)，最終實現(xiàn)對知識的運用，提升科學(xué)素養(yǎng)。

【對策】根據(jù)案例（試題）中的相關(guān)信息，結(jié)合問題的處理方法，運用鐵及其化合物知識，不難解決試題中的各個問題：

（1）從題給圖示可知，鐵作為負(fù)極失去電子，NO-在正極上得到電子生成NH4+，據(jù)此，推斷出其電極方程式為NO-+8e-+10H+==N H4+ +3H2O。

（2）從（1）（2）問給出的信息分析可知，F(xiàn)e形成的Fe2O4能夠?qū)щ姡纬傻腇eO（OH）則不利于電子轉(zhuǎn)移。據(jù)此，當(dāng)溶液的pH=4.5，F(xiàn)e3+更易水解生成阻礙電子轉(zhuǎn)移的FeO（OH），所以NO-的去除率低。

（3）根據(jù)圖像的方式提供對此實驗的研究結(jié)果，只有Fe2+時，對硝酸根離子幾乎沒有脫除作用。顯然，F(xiàn)e2+不能直接還原NO-，在Fe和Fe2+共同作用下，NO-的去除率最高，表明猜想Ⅱ是正確的。“同位素示蹤法”的實證手段表明“Fe2++ 2Fe0（ OH）==Fe3O3+2H+”，減少了不導(dǎo)電FeO（OH）的生成。同時，生成了導(dǎo)電性的Fe3O4，有利于NO-的轉(zhuǎn)化率增大。

（4）依據(jù)（3）的探究結(jié)論，F(xiàn)e2+可以明顯提高NO-的去除率.起初pH=2.5時，c（H+）較大，產(chǎn)生的Fe2+的量較多，而pH=4.5時產(chǎn)生的Fe2+量不足，合理解釋了（2）中NO-的去除率和鐵的最終物質(zhì)形態(tài)不同。

【答案】（1）①鐵②NO- +8e- +10H+==NH+ +3H2O （2）FeO（OH）不導(dǎo)電，阻礙電子轉(zhuǎn)移 （3）①本實驗條件下，F(xiàn)e2+不能直接還原N（）i;在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO-的去除率

②Fe2++2FeO（ OH）==Fe3O2+2H+，F(xiàn)e2+將不導(dǎo)電的FeO（OH）轉(zhuǎn)化為可導(dǎo)電的Fe3O4，利于電子轉(zhuǎn)移 （4）初始pH低時，產(chǎn)生的Fe2+量充足;初始pH高時，產(chǎn)生的Fe2+量不足

【總結(jié)】《考試大綱》明確了有關(guān)鐵及其化合物的要求層次，在復(fù)習(xí)中要對照考綱要求，將案例及運用中所涉及到的考點知識進(jìn)行梳理和總結(jié)，從而實現(xiàn)知識的再鞏固。

1.鐵的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

鐵屬于過渡元素，位于第四周期第Ⅷ族，其結(jié)構(gòu)特征是原子最外層電子數(shù)不超過兩個，在化學(xué)反應(yīng)中，最外層和次外層都容易失去電子，有可變化合價。當(dāng)Fe與弱氧化劑反應(yīng)時，只失去最外層上的2個電子，形成Fe2+;當(dāng)Fe與強氧化劑反應(yīng)時，還能進(jìn)一步失去次外層上的一個電子，形成Fe3+。這就是鐵在其化合物中通常顯+2價或+3價的原因。Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng)能得到+2價還是+3價，需看參加反應(yīng)的氧化劑的強弱，有時還要看反應(yīng)物的量之間的關(guān)系。例如，①鐵在O2中燃燒，其產(chǎn)物為Fe3 O4（表現(xiàn)+2價和+3價），同時，一定要在集氣瓶底留有少量的水或一層沙子，防止瓶子被炸裂;②Fe與S反應(yīng)，F(xiàn)e只能失去其最外層的2個電子而變成+2價，反應(yīng)開始后撤去酒精燈，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行，說明反應(yīng)放熱;③Fe在C12中燃燒時不但能失去最外層的2個電子，而且還可失去次外層的1個電子后變成+3價，說明氧化性C12 >S;④在高溫時Fe能與C、P、Si等化合。

2.鐵的幾種重要化合物。

（1） Fe3O4是復(fù)雜的化合物，經(jīng)研究證明，在Fe3O4晶體中有1/3的Fe是+2價，有2/3的Fe是+3價，可看成FeO. Fe2 O3，實際應(yīng)寫成Fe（ FeO2）2，即鐵酸亞鐵鹽，不是一般的氧化物。

（2）Fe（OH）2和Fe（OH）3從溶液中析出的現(xiàn)象不同，前者是白色絮狀沉淀，后者是紅褐色沉淀。而Fe（OH）2極不穩(wěn)定，易被氧化成Fe（ OH）3，反應(yīng)現(xiàn)象是：白色一灰綠色一紅褐色。

（3）若要觀察到白色的Fe（OH）2沉淀，需要創(chuàng)造以下條件：

①排除亞鐵鹽溶液里的Fe3+，以免Fe3+直接與OH結(jié)合生成Fe（OH）3。

②盡量排除溶液中溶解的氧氣（絕對排除是辦不到的），以減慢生成的Fe（OH）2被氧化成Fe（OH）3的速度。

③反應(yīng)要用新制備的亞鐵鹽溶液，并放人少量的鐵以防止Fe3+產(chǎn)生。亞鐵鹽溶液與堿溶液在混合前分別加熱以排除溶有的空氣，然后，把堿溶液沿著試管壁加入盛亞鐵鹽溶液的試管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入堿溶液，可觀察到白色絮狀沉淀。

3.Fe、Fe2+和Fe3+之間相互轉(zhuǎn)化及檢驗。

從Fe、Fe2+和Fe3+的結(jié)構(gòu)可知：Fe只有還原性，F(xiàn)e3+通常只有氧化性，F(xiàn)e2+既具有氧化性又具有還原性。上述微粒通過跟一定的氧化劑或還原劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，才能實現(xiàn)不同價態(tài)的鐵相互轉(zhuǎn)化。

方法一：滴加KSCN溶液，無明顯現(xiàn)象，再滴加新制氯水，溶液立即變紅色。

方法二：滴加NaOH溶液，生成白色絮狀沉淀，該沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色。

②Fe3+的檢驗。

方法一：滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即變?yōu)檠t色。

方法二：滴加NaOH溶液，出現(xiàn)紅褐色沉淀。

【運用】高考化學(xué)試題，源于教材，而高于教材，涉及的考點的“根”都植于教材之中，強化在真實的“問題”情境去解決問題，才能做到有理可依，目標(biāo)明確、思路清晰，實現(xiàn)知識與能力的升華。

【題目】某小組在驗證反應(yīng)“Fe+ 2Ag+==Fe2++ 2Ag”的實驗中檢測到Fe3+，發(fā)現(xiàn)和探究過程如下。

向硝酸酸化的0. 05 mol . L^-1硝酸銀溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。

（1）檢驗產(chǎn)物。

①取出少量黑色固體，洗滌后，___ （填操作和現(xiàn)象），證明黑色固體中含有Ag。

②取上層清液，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，說明溶液中含有 ____ 。

（2）針對“溶液呈黃色”，甲認(rèn)為溶液中有Fe3+，乙認(rèn)為鐵粉過量時不可能有Fe3+，乙依據(jù)的原理是 ___（用離子方程式表示）。針對兩種觀點繼續(xù)實驗：

①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測。同時發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關(guān)，對比實驗記錄如表3。（資料：Ag+與SCN生成白色沉淀AgSCN）

②對Fe3+產(chǎn)生的原因作出如下假設(shè)：

假設(shè)a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe3+。

假設(shè)b：空氣中存在O2，由于___（用離子方程式表示），可產(chǎn)生Fe3+。

假設(shè)c：酸性溶液中NO-具有氧化性，可產(chǎn)生Fe3+。

假設(shè)d：根據(jù) ____現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag+，可產(chǎn)生Fe3+。

③下列實驗I可證實假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe3+的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設(shè)d成立。

實驗工：向硝酸酸化的 ___ 溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN溶液，3 min時溶液呈淺紅色，30 min后溶液幾乎無色。

實驗Ⅱ：裝置如圖3。其中甲溶液是____，操作及現(xiàn)象是 ____。

（3）根據(jù)實驗現(xiàn)象，結(jié)合方程式推測實驗i - iii中Fe3+濃度變化的原因：___ 。

【命題特點】本題是一道“某小組在驗證反應(yīng)“Fe+2Ag+ ==Fe2+ +2 Ag”的實驗中檢測到Fe3+，在實驗背景下，進(jìn)行涉及Fe、Fe2+和Fe3+的一系列探究性實驗，通過實驗方案明確反應(yīng)條件和試劑用量的控制等。著力考查化學(xué)反應(yīng)原理、物質(zhì)的檢驗、原電池結(jié)構(gòu)和實驗設(shè)計及評價等相關(guān)知識，從而實現(xiàn)在問題的解決過程，提升思維能力和知識的遷移運用能力，落實“考綱”目標(biāo)，實現(xiàn)所學(xué)知識的再升華。

解析：（1）根據(jù)所學(xué)相關(guān)知識可知，①黑色固體中含有過量鐵，如果同時含有銀，則可加入HCI或H2SO4溶解Fe，而銀不能溶解;或者用硝酸溶解固體，再用HCI檢驗Ag+。②K3 [Fe（CN）6]是檢驗Fe2+的試劑，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，則說明含有Fe2+。

“抗疫”小知識

75%醫(yī)用酒精

為了阻止新型冠狀病毒的傳染，居家消毒成了重要的預(yù)防手段，75%醫(yī)用酒精無疑是最便捷的消毒用品。醫(yī)用酒精的主要成分是乙醇，并且它是混合物。醫(yī)用酒精是用淀粉類植物經(jīng)糖化再發(fā)酵經(jīng)蒸餾制成，相當(dāng)于制酒的過程，但蒸餾溫度比酒低，蒸餾次數(shù)比酒多，酒精度高，制成品出量高，含酒精以外的醚、醛成分比酒多，不能飲用，但可接觸人體醫(yī)用。

為什么將75%醫(yī)用酒精用于消毒？這是因為過高濃度的酒精會在細(xì)菌表面形成一層保護(hù)膜，阻止其進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，難以將細(xì)菌徹底殺死。若酒精濃度過低，雖可進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，但不能將其體內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固，同樣也不能將細(xì)菌徹底殺死。