卞海燕

普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）指出要充分認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特價(jià)值，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和技能，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作，分析和解決與化學(xué)有關(guān)的實(shí)際問題。

1教學(xué)主題內(nèi)容與學(xué)情分析

高三化學(xué)復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)部分，化學(xué)知識(shí)上涉及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、反應(yīng)條件的控制、反應(yīng)物的加料順序、物質(zhì)的分離提純、離子檢驗(yàn)等等內(nèi)容，包括很多化學(xué)反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)操作。考察方式往往是真實(shí)情境下的不同復(fù)雜和陌生程度的問題解決，學(xué)生需要先從物質(zhì)轉(zhuǎn)化的角度總體上設(shè)計(jì)路線，再靈活選用合適具體的實(shí)驗(yàn)操作用文字輸出。

學(xué)生在復(fù)習(xí)過程中主要存在的問題有：（1）對(duì)知識(shí)的理解不到位，如對(duì)于結(jié)晶的認(rèn)識(shí)停留在氯化鈉是蒸發(fā)結(jié)晶，氯化鉀是降溫結(jié)晶，沒有提升到對(duì)結(jié)晶的本質(zhì)理解層面。（2）缺乏分析解決問題的一般思路，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中不能準(zhǔn)確的給出合理的實(shí)驗(yàn)路線。（3）傳統(tǒng)的教學(xué)過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往被動(dòng)，參與性不強(qiáng)。

基于以上問題，通過課堂教學(xué)如何調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂的積極主動(dòng)性，提升學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中瑣碎知識(shí)結(jié)構(gòu)化，同時(shí)形成物質(zhì)制備的一般思維模型，是亟待解決的問題。

2知識(shí)的教學(xué)價(jià)值

廢鐵制品是學(xué)生生活中非常熟悉的物品，有資料顯示我們國家鋼鐵制品報(bào)廢和浪費(fèi)每年4億噸左右，而硫酸亞鐵銨用途非常廣泛。如何以廢鐵屑制備硫酸亞鐵銨，這是一個(gè)真實(shí)而富有意義的問題，引導(dǎo)學(xué)生討論以廢鐵屑制備硫酸亞鐵銨的具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為例，可以解決相關(guān)知識(shí)的碎片化問題，促使學(xué)生的知識(shí)功能化、思維路徑化，感受真實(shí)而又有用的化學(xué)。

3 教學(xué)目標(biāo)

進(jìn)一步認(rèn)識(shí)、鞏固過濾、結(jié)晶、洗滌等基本實(shí)驗(yàn)操作和規(guī)范。

通過具體綜合性問題的分析，認(rèn)識(shí)物質(zhì)制備的基本流程并學(xué)習(xí)構(gòu)建基本的思維模型。

通過廢鐵屑的再利用以及定量測(cè)定產(chǎn)品的純度等活動(dòng)，發(fā)展科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任。

4教學(xué)流程

5教學(xué)過程

5.1實(shí)際問題的確立——如何從廢鐵屑制備得到純凈干燥的硫酸亞鐵銨

引入真實(shí)情境：機(jī)械廠在加工機(jī)械時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量鐵屑，這些廢料大多數(shù)廠家都把它們當(dāng)做廢品處理掉。硫酸亞鐵銨用途十分廣泛，可用做凈化劑、媒染劑，醫(yī)藥中用于治療缺鐵性貧血，更是制備其他鐵化合物的原料。如何用這些廢鐵屑或者其他廢棄的鐵制品生產(chǎn)化工原料或化學(xué)試劑，真正做到變廢為寶，提高資源的利用率，是我們化學(xué)人需要研究的問題。

問題1：結(jié)合已有物質(zhì)轉(zhuǎn)化的相關(guān)知識(shí)，思考如何從鐵轉(zhuǎn)化為硫酸亞鐵銨，寫出相關(guān)物質(zhì)轉(zhuǎn)化流程或方程式？

學(xué)生：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑;FeSO4+（NH4）2SO4=（NH4）2Fe（SO4）2

問題2：工業(yè)上使用的廢鐵屑中常含有少量油污、S、P等其他不溶性雜質(zhì)。若以此制備純凈干燥的硫酸亞鐵銨，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)方案并簡要畫出實(shí)驗(yàn)流程圖。（試劑自選）

信息1：S、P在與稀硫酸反應(yīng)時(shí)會(huì)生成有毒氣體H2S、PH3等

信息2：硫酸亞鐵銨是淺藍(lán)色晶體，100～110℃分解，溶于水不溶于乙醇，常溫下穩(wěn)定。

活動(dòng)1：學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)流程圖。

信息3：

學(xué)生獨(dú)立完成生產(chǎn)方案，畫出流程圖。

學(xué)生小組討論，完善方案。

展示學(xué)生典型方案，教師把每個(gè)步驟標(biāo)上序號(hào)①②③④：

廢鐵屑→鐵屑→硫酸亞鐵→硫酸亞鐵銨

5.2分解問題1——從廢鐵屑到硫酸亞鐵

教師問：請(qǐng)大家從原料、操作兩個(gè)角度在這基礎(chǔ)上提出你的改進(jìn)意見，并說出依據(jù)，先看第①②個(gè)環(huán)節(jié)。

學(xué)生1：廢鐵屑需要用碳酸鈉洗去表面的油污，碳酸鈉水解呈堿性。

學(xué)生2：用熱的飽和碳酸鈉溶液，加熱條件下促進(jìn)碳酸鈉的水解，提高去油污的速率。

學(xué)生3：硫酸是不是需要確定濃度？濃度太大鐵會(huì)鈍化，濃度太低，反應(yīng)速率太低。

學(xué)生4：可以適當(dāng)加熱，也能提高廢鐵屑的溶解速率。

教師提供資料卡：硫酸的濃度約為3.3mol/L，一般溫度控制在80℃進(jìn)行。

學(xué)生5：攪拌可以增大鐵屑和稀硫酸的接觸面積，提高鐵屑的溶解速率。

學(xué)生6：硫酸應(yīng)該加過量。

學(xué)生7：硫酸分批加到?jīng)]有氣泡為止。

教師小結(jié)：廢鐵屑要用熱的碳酸鈉溶液浸泡除去表面的油污，傾倒掉浸泡液。再分批加入3.3mol/L的硫酸溶液，小心加熱到80℃，不斷攪拌至沒有氣泡產(chǎn)生，停止加硫酸。

第③個(gè)環(huán)節(jié)，我們先請(qǐng)同學(xué)說出你的想法，為什么通入NaOH溶液中，然后其他同學(xué)說說你的想法，同時(shí)說出你的依據(jù)。

學(xué)生8：把產(chǎn)生的H2S、PH3氣體通入NaOH溶液，是利用了非金屬氣態(tài)氫化物可以和堿反應(yīng)生成鹽。

學(xué)生9：我覺得也把溶解過程中產(chǎn)生的H2S、PH3氣體通入高錳酸鉀里，利用氣體的還原性，可以用高錳酸鉀氧化，這樣生成硫、磷的鹽

教師小結(jié)：兩種方法都可以，一個(gè)是利用的非金屬氣態(tài)氫化物的同性，一個(gè)是利用了-2價(jià)硫、-3價(jià)磷的還原性。

教師提供資料卡2：為防止環(huán)境污染，將酸溶生成的氣體用CuSO4溶液吸收，其中PH3被CuSO4氧化為H3PO4，同時(shí)又紫色固體生成。H2S和CuSO4生成硫酸以及CuS沉淀。

5.3分解問題2——從硫酸亞鐵到純凈干燥的硫酸亞鐵銨

教師：第④步有沒有需要改進(jìn)的？

學(xué)生10：加多少硫酸銨呢？

學(xué)生11：適量

學(xué)生12：怎么判斷適量呢？

學(xué)生13：不知道

教師提供資料卡：在500ml燒杯中加入26.4g硫酸銨和240ml水，攪拌下溶解后加入硫酸亞鐵55.6克。

教師：加入計(jì)算量的硫酸銨固體。這樣得到的產(chǎn)品有沒有滿足題設(shè)的要求？

學(xué)生14：這樣得到的只是硫酸亞鐵銨的溶液，要得到純凈干燥的硫酸亞鐵銨，還需要蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾、洗滌、干燥？

學(xué)生15：要用蒸發(fā)結(jié)晶，不能用降溫結(jié)晶。因?yàn)榱蛩醽嗚F銨的溶解度和另外兩個(gè)物質(zhì)相比較小，且變化不大。

學(xué)生16：根據(jù)硫酸亞鐵銨的信息，硫酸亞鐵銨是淺藍(lán)色晶體，100～110℃分解，溶于水不溶于乙醇，應(yīng)該用乙醇洗滌，100℃以下干燥。

5.4分解問題3——硫酸亞鐵銨純度的檢驗(yàn)

教師提供資料卡3：將硫酸亞鐵銨溶液小心緩慢加熱煮沸，溶液逐漸經(jīng)黃褐色轉(zhuǎn)變淡藍(lán)色，繼續(xù)蒸發(fā)溶液，當(dāng)燒杯壁上有晶體析出時(shí)停止加熱，室溫過夜濾出晶體，濾液再濃縮、結(jié)晶，合并兩次過濾的晶體，在空氣中干燥，得到淡藍(lán)綠色晶體。

教師：這樣制備得到的硫酸亞鐵銨的純度有沒有達(dá)到要求，我們可以利用比色管（一種通過目測(cè)溶液顏色深淺測(cè)量溶液濃度的儀器）。已知純度為Ⅲ級(jí)硫酸亞鐵銨晶體的標(biāo)準(zhǔn)是：每1.0g硫酸亞鐵銨晶體配制成25mL溶液后，F(xiàn)e3+含量不超過0.2mg。

請(qǐng)寫出判斷制得的硫酸亞鐵銨晶體樣品是否達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方案？[實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑有：Fe3+濃度0.2mg·（25mL）-1的溶液、1mol·L-1H2SO4溶液、1mol·L-1KSCN溶液、蒸餾水] 。

學(xué)生覺得有困難，討論后回答.。

學(xué)生17：取1.0g硫酸亞鐵銨晶體中加入幾滴1mol·L-1H2SO4溶液，加入蒸餾水配成25ml的溶液，裝入比色管中，再滴入幾滴1mol·L-1KSCN溶液，蓋上蓋子。再將Fe3+濃度0.2mg·（25mL）-1的溶液裝入比色管中，滴入等量1mol·L-1KSCN溶液，蓋上蓋子。將兩只比色管對(duì)比顏色。

5.5構(gòu)建無機(jī)物制備的思維模型

教師：從廢鐵屑到產(chǎn)品硫酸亞鐵銨，經(jīng)歷幾個(gè)環(huán)節(jié)？

學(xué)生18：原料到產(chǎn)品，需要經(jīng)歷預(yù)處理，除雜，制備，分離提純，檢驗(yàn)幾個(gè)關(guān)鍵步驟。

教師：構(gòu)建從原料到產(chǎn)品的思維模型，結(jié)合你已有知識(shí)，注明每一步步驟中有哪些處理方式？

學(xué)生小組討論后匯報(bào)。

學(xué)生19：投影

（1）實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)基本流程：原料→核心反應(yīng)→產(chǎn)品→檢驗(yàn)

（2）核心反應(yīng)中包括：反應(yīng)條件的控制、反應(yīng)物的加料順序、試劑的選擇、尾氣的處理

（3）產(chǎn)品的分離提純中包括：過濾、洗滌、干燥

（4）產(chǎn)品的檢驗(yàn)中包括：離子檢驗(yàn)、濃度測(cè)定、純度分析

6 結(jié)語

在高三化學(xué)復(fù)習(xí)過程中，選擇合適的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生在沉浸在實(shí)際問題的解決中，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，使知識(shí)和認(rèn)識(shí)思路結(jié)構(gòu)化，有利于提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科能力。

溧陽市光華高級(jí)中學(xué) 213300