陳艷艷

摘要：以“鋼鐵的應(yīng)用，鋼鐵生銹的原因，鋼鐵除銹的方法到蒸汽發(fā)藍防銹的原理探究”為教學(xué)主線，通過創(chuàng)設(shè)生活化情境，對“鐵的單質(zhì)及其氧化物”展開實驗探究，同時利用化學(xué)知識解決生活問題，強化生活體驗，提升了學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：鐵的單質(zhì)及其氧化物；生活情境；化學(xué)核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2021）10-0076-03中圖分類號：G632.41文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.10.018

一、基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容分析

新課標(biāo)強調(diào)要重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)：倡導(dǎo)真實生活情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力[1]。鐵是人類使用最廣泛的一種金屬，與我們生活息息相關(guān)，鋼鐵生銹現(xiàn)象的普遍存在都有利于生活情境的創(chuàng)設(shè)。學(xué)生在初中化學(xué)的學(xué)習(xí)中，已經(jīng)學(xué)習(xí)過單質(zhì)鐵及其氧化物的一些性質(zhì)，這便于學(xué)生的進一步學(xué)習(xí)與探究。本文中增設(shè)了關(guān)于鐵的氧化物的性質(zhì)探究實驗，通過實物觀察、性質(zhì)實驗的比較，滿足了學(xué)生的動手欲，增強了學(xué)生體驗，有利于發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力。同時，通過設(shè)計鐵與水蒸氣反應(yīng)的實驗裝置的活動，并對教材中鐵與水蒸氣反應(yīng)的實驗裝置加以改進，培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)化意識和創(chuàng)新精神。

二、基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)思路

見圖1。

三、基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)過程設(shè)計

1.教學(xué)環(huán)節(jié)一：鐵之應(yīng)用

【PPT】數(shù)據(jù)：中國鋼鐵產(chǎn)量及占全球比重

【教師】鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國民經(jīng)濟發(fā)展水平和國家綜合實力的重要標(biāo)志。1949年新中國剛建立時，國內(nèi)鋼鐵工業(yè)產(chǎn)量幾乎為0，在排名靠后的情況下，我們國家從無到有，到現(xiàn)在的穩(wěn)居全球第一，我國鋼鐵工業(yè)是在經(jīng)歷了漫長曲折的歷程后發(fā)展起來的。請同學(xué)們舉例說明鐵在生產(chǎn)、生活中有哪些用途呢？

【學(xué)生1】鐵鍋，鐵門等常見的鐵制品。

【學(xué)生2】房屋建筑、道路、橋梁等建設(shè)離不開鐵。

【教師】這些用途體現(xiàn)了鐵單質(zhì)的哪些性質(zhì)？

【學(xué)生】延展性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等。

【設(shè)計意圖】通過數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的方式讓同學(xué)們直觀地感受我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和社會責(zé)任感。鐵是人類使用最廣泛的金屬之一，從身邊熟悉的應(yīng)用事例著手，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)鐵的興趣，根據(jù)這些用途得出鐵的物理性質(zhì)，體會物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的用途。

【教師】請同學(xué)們寫出學(xué)過的與鐵相關(guān)的化學(xué)方程式（屬于離子反應(yīng)的，寫離子方程式）。

【學(xué)生活動】書寫與鐵相關(guān)的化學(xué)方程式或離子方程式。

【設(shè)問】分析鐵化合價的變化有何異同？

【學(xué)生】鐵反應(yīng)后的產(chǎn)物有+2、+3兩種價態(tài)。

【追問】反應(yīng)后的產(chǎn)物價態(tài)與什么因素有關(guān)？

【學(xué)生】反應(yīng)后的產(chǎn)物價態(tài)與氧化劑的強弱有關(guān)。鐵是一種較活潑的金屬，具有還原性，鐵與弱氧化劑（如鹽酸、硫酸銅等）反應(yīng)生成+2價，鐵與強氧化劑（如氯氣等）反應(yīng)生成+3價。

【設(shè)計意圖】結(jié)合學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗，通過喚醒學(xué)生的已有認(rèn)知展開鐵單質(zhì)的性質(zhì)教學(xué)，同時用化學(xué)方程式、離子方程式進行表征，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識和微觀探析素養(yǎng)。從氧化還原反應(yīng)的角度認(rèn)識鐵是一種變價金屬，具有還原性，能概括出鐵與強弱氧化劑的反應(yīng)規(guī)律，使學(xué)生氧化還原反應(yīng)理論達到結(jié)構(gòu)化水平。

2.教學(xué)環(huán)節(jié)二：鐵之生銹

【PPT】圖片：生活中生銹的鐵制品

【教師】在我國，每年被腐蝕的鐵占到我國鋼鐵年產(chǎn)量的十分之一，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。同學(xué)們，你知道鐵銹的主要成分是什么？鐵生銹的條件是什么？

【學(xué)生】鐵銹的主要成分是三氧化二鐵，鐵會與空氣中的氧氣和水蒸氣作用生成鐵銹。

【教師】那么鐵在氧氣中燃燒的產(chǎn)物呢？

【學(xué)生】四氧化三鐵。

【教師】你還知道其它鐵的氧化物嗎？

【學(xué)生】氧化亞鐵。

【教師】非常好，下面我們一起來認(rèn)識鐵的這三種氧化物。

【學(xué)生活動】以小組為單位，探究鐵的三種氧化物的性質(zhì)。

儀器：試管、膠頭滴管、藥匙若干

藥品與試劑：氧化亞鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵、蒸餾水、稀硫酸

【PPT】表1。

【教師】巡視，指導(dǎo)學(xué)生完成實驗，并投影展示小組實驗記錄表，學(xué)生相互糾正、補充，完善三種氧化物的性質(zhì)。

【設(shè)計意圖】通過鐵制品在使用的過程中生銹的普遍性，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會問題，激發(fā)學(xué)生對鐵除銹、防銹的求知欲，為后面的學(xué)習(xí)能順利展開做好鋪墊。通過提供藥品試劑，學(xué)生分組展開實驗探究活動并分享成果，提高了學(xué)生的實驗操作能力和合作意識。通過列表的形式從物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等方面比較鐵的氧化物，引導(dǎo)學(xué)生更加全面地認(rèn)識鐵的化合物。

3.教學(xué)環(huán)節(jié)三：鐵之除銹

【教師】鐵銹表面疏松多孔，不能阻礙內(nèi)部的鐵與氧氣、水蒸氣等接觸，如不及時處理，最終會導(dǎo)致鋼鐵全部被腐蝕。請同學(xué)們想想有什么方法可以除去鐵制品表面的鐵銹？

【學(xué)生1】利用打磨的方式除去鐵銹，例如用砂紙、鋼絲球等進行打磨。

【學(xué)生2】氧化鐵是一種堿性氧化物，能與酸反應(yīng)，可以用稀硫酸除去鐵制品表面的鐵銹。

【教師】利用打磨的方式除去鐵銹屬于物理方法，利用酸與鐵銹發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而達到除銹的目的屬于化學(xué)方法。若用稀硫酸、鹽酸除去銹鐵時需要注意什么？

【學(xué)生】稀硫酸、鹽酸不僅能與氧化鐵反應(yīng)，還能與鐵反應(yīng)，操作時應(yīng)控制反應(yīng)進程，避免鐵被反應(yīng)。另外反應(yīng)會產(chǎn)生氫氣，遇明火會發(fā)生爆炸，所以，除銹操作時需要禁止煙火。

【設(shè)計意圖】運用所學(xué)的知識，利用物理方法與化學(xué)方法除去鐵銹，解決了實際問題，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的成就感。通過討論用酸除去鐵銹時需考慮的注意事項培養(yǎng)學(xué)生的安全意識。

4.教學(xué)環(huán)節(jié)四：鐵之防銹

【教師】請同學(xué)們根據(jù)鐵生銹的原理，思考應(yīng)采取什么措施去防止鐵的生銹？

【學(xué)生】最簡單的方法是不讓鐵與空氣、水等接觸，因此可以采用在鐵表面覆蓋保護層的方法防止鐵的生銹，如塑料包裹、噴油漆等。

【教師】很棒，除了這些方法以外，還有一種特別的防銹方法——蒸汽發(fā)藍。

【PPT】資料卡：蒸汽發(fā)藍是指在較高溫度下通過水蒸氣在鋼鐵表面生成一層致密的氧化膜，經(jīng)過發(fā)藍處理后的鋼鐵的耐腐蝕有很大提高。

【設(shè)問】從理論上分析，鐵是否具備與水反應(yīng)的可能性？鐵若能與水蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)物可能是什么？

【學(xué)生1】從金屬活動性順序看，鐵是一種較活潑的金屬，排在氫的前面，能置換出水中的氫。

【學(xué)生2】從氧化還原反應(yīng)原理看，鐵的化合價升高，必然有一種元素化合價降低，結(jié)合反應(yīng)物推斷只能是氫元素降低，因此有氫氣生成。

【追問】如果有氫氣生成，如何驗證？

【學(xué)生】通過收集產(chǎn)物氣體，靠近點燃的酒精燈，若聽到爆鳴聲，則說明有氫氣生成。

【教師】很好，從理論上分析，鐵能與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣?，F(xiàn)在請同學(xué)們利用提供的實驗器材設(shè)計一套鐵與水蒸氣反應(yīng)的裝置。

【學(xué)生活動】設(shè)計實驗裝置探究鐵與水蒸汽的反應(yīng)

儀器：鐵架臺、干燥管、酒精燈、酒精燈罩、大試管、玻璃導(dǎo)管、膠塞、蒸發(fā)皿、火柴

藥品：還原鐵粉、棉花、水、肥皂液

【學(xué)生】小組討論和設(shè)計實驗裝置，小組代表分享設(shè)計好的實驗裝置。

【教師】同學(xué)們能根據(jù)實驗?zāi)康膹乃魵獍l(fā)生裝置、鐵與水蒸氣反應(yīng)裝置、氫氣收集檢驗裝置三個部分設(shè)計出不同的裝置，做的特別好。下面我們來對比一下教材中的反應(yīng)裝置。

【PPT】鐵與水蒸氣反應(yīng)裝置圖

【設(shè)問】請同學(xué)們思考：教材裝置中的濕棉花的作用，肥皂液的作用，加熱的順序分別是什么？

【學(xué)生1】濕棉花的作用是提供水蒸氣。

【學(xué)生2】肥皂液的作用是為了產(chǎn)生氣泡，便于驗證氫氣的生成。

【學(xué)生3】先加熱濕棉花，再加熱鐵粉。

【教師】實際上我們采用教材中的裝置進行實驗，不難會發(fā)現(xiàn)若棉花吸水量少，實驗現(xiàn)象不明顯，吸水量大，容易造成試管炸裂，而且加熱棉花容易焦化等問題，通過查閱文獻和實踐，發(fā)現(xiàn)硅酸鋁棉代替棉花，增加氫氣的干燥裝置，能大大提高了實驗的成功率[2]。

【演示實驗】鐵與水蒸氣的反應(yīng)

【學(xué)生】肥皂液中有氣泡產(chǎn)生，經(jīng)檢驗產(chǎn)生的氣體為氫氣，反應(yīng)后的固體仍為黑色。

【教師】經(jīng)進一步驗證黑色的氧化物是四氧化三鐵，請同學(xué)們寫出鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【教師】通過蒸汽發(fā)藍使鐵表面形成致密的四氧化三鐵薄膜而達到防止生銹的目的。

【總結(jié)】鐵的應(yīng)用非常廣泛，鐵生銹的現(xiàn)象也非常普遍，因此如何除銹和做好防銹等問題急需解決，通過本節(jié)課“鐵的單質(zhì)及其氧化物”的性質(zhì)學(xué)習(xí)，我們很好地解決了這些問題。我們的生活離不開化學(xué)，同時化學(xué)又服務(wù)于生活，讓我們的生活更加美好。

【設(shè)計意圖】聯(lián)系生活，從原理出發(fā)解決鋼鐵生銹的問題。通過資料卡介紹蒸汽發(fā)藍激發(fā)了學(xué)生探究鐵與水蒸氣的反應(yīng)的欲望。從金屬活動性順序和氧化還原反應(yīng)化合價變化兩個角度分析鐵與水蒸氣反應(yīng)的可能性和氫氣的生成，增強了證據(jù)推理意識。通過小組合作設(shè)計鐵與水蒸氣的反應(yīng)裝置，學(xué)會依據(jù)實驗?zāi)康脑O(shè)計實驗裝置的基本方法。通過對教材反應(yīng)裝置的改進，培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)化意識和創(chuàng)新精神。最后的結(jié)語，將生活中的問題與化學(xué)知識、化學(xué)方法緊密相連，運用化學(xué)知識解決生活中的問題，凸顯化學(xué)學(xué)科價值。

四、教學(xué)反思

創(chuàng)設(shè)真實的生活情境并提出問題，讓學(xué)生圍繞問題開展一系列探究活動，強化生活體驗，是發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的方式之一。貼近生活的問題情境會讓學(xué)生感到熟悉，激發(fā)他們學(xué)習(xí)和探究的興趣，從而讓學(xué)生更好地將生活與化學(xué)結(jié)合。本節(jié)課依據(jù)預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)，以“鋼鐵的應(yīng)用，鋼鐵生銹的原因，鋼鐵除銹的方法到蒸汽發(fā)藍防銹的原理探究”為教學(xué)主線，學(xué)生通過小組討論和實驗探究，利用化學(xué)知識解決生活問題，強化生活體驗，提升了學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

[2]任鑫雨，廖鈁.鐵與水蒸氣反應(yīng)實驗的改進及評價[J].化學(xué)教學(xué)，2018（12）：71-72