实验教学 教育与装备研究 ２０１６ 年第 ３ 期

基于物质转化的铁及其化合物高三复习教学

沈 军　 孟哲虹

沈军ꎬ北京市第十四中学高级教师、市级中学化学骨干教师ꎻ孟哲虹ꎬ北京市第十四中学高级教师ꎮ 本文系

２０１５ 年北京市级学科带头人及骨干教师“化学观念教学研究”工作室成果、北京教育学院“学科教育学”重点学科

建设、北京教育学院 ２０１５ 年度重大科研课题(课题编号 ＪＹＺＤ２０１５０６)的部分成果ꎮ

摘　 要:以“铁及其化合物”为载体ꎬ以“物质转化”为切入点ꎬ就高三元素化合物知识的复

习教学活动设计与教学策略进行了探讨ꎮ 通过 ＦｅＳＯ４ 的制备与保存、用硫酸渣制备

Ｆｅ２Ｏ３ 等任务驱动ꎬ利用“元素化合价 －物质类别”二维图为分析工具ꎬ将物质的转化与物

质的性质、实现物质转化的途径与条件等知识建立联系ꎬ帮助学生形成对物质的组成、性质与转化及其相互关系的认识思维模型ꎬ力求促进学生知识结构的改造ꎬ提升学生的化学

思维水平ꎬ进而促进学生运用知识分析和解决具体问题ꎮ关键词:化学元素观ꎻ物质转化ꎻ铁及其化合物ꎻ高三复习教学设计

　 　 作为高中化学课程内容的重要组成部分ꎬ无机元素化合物知识以典型的元素及其重要化

合物为代表ꎬ包括物质的性质、反应、制法、检验、存在及应用等内容ꎬ可以丰富学生对物质及

其变化的感性认识ꎬ也是学生开展实验探究和

学习化学概念原理知识的重要载体ꎮ 由于其具

有庞杂、零散的特点ꎬ学生常常感觉元素化合物

知识易混淆、难记忆ꎮ 为此ꎬ加强从元素视角认

识物质及其转化以建立元素化合物知识的内在

联系ꎬ帮助学生建立起研究和认识物质性质与

反应的思路与方法ꎬ就显得尤为重要[１]ꎮ 在不

同学段元素化合物知识的教学要求不同ꎬ高三

化学元素化合物知识的一轮复习教学应以知识

的整合和运用为导向ꎬ重在引导学生形成和完

善物质的组成、性质和转化及其相互关系的认

识思维模型[２]ꎬ提高学生分析和解决相关问题

的能力ꎮ 为此ꎬ笔者以“铁及其化合物”为例ꎬ

运用化学元素观为指导ꎬ就基于物质转化的复

习课教学实践展开探讨ꎮ

　 　 一、基于“物质转化”的内容分析

物质是由元素组成的ꎬ从元素的视角看物

质的性质与反应是“化学元素观”的重要内涵ꎮ从元素的视角认识物质性质ꎬ要认识物质的性

质是由组成物质的元素种类、元素形态等所决

定的ꎻ要认识到基于物质元素组成ꎬ可以将纯净

物进行分类ꎬ基于物质类别认识同类物质具有

相似的性质ꎮ 从元素的视角认识化学反应ꎬ其中一个重要方面就是从元素视角认识物质的转

化ꎬ即以元素为核心ꎬ认识含有同种元素不同物

质之间的转化规律ꎬ建立某一元素的不同物质

之间的联系ꎬ形成相应的知识结构ꎮ 这包括两

方面:一是同一元素相同价态不同物质间的转

化ꎬ属于非氧化还原反应ꎻ二是同一元素不同价

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２０１６ 年第 ３ 期 教育与装备研究 实验教学

态物质之间的转化ꎬ如属于氧化还原反应[１]ꎮ以“化学元素观”为指导ꎬ以物质转化为切

入点ꎬ基于物质的元素组成和核心元素的化合

价来分析物质的性质、关注物质发生化学反应

的条件和实现途径ꎬ建立物质的组成、性质与反

应(转化)等知识间的内在联系并形成相应的

认识思维模型(见图 １)ꎬ可以发展学生从元素

的视角认识和把握物质的性质与反应ꎬ有利于

指导学生分析和解决相关问题ꎮ

图 １　 基于物质组成、性质与转化知识间关系的

认识思维模型

铁及其化合物是元素化合物知识的重要组

成部分ꎮ 以铁及其化合物间的性质与转化为载

体ꎬ不仅可以帮助学生经历形成如图 １ 所示的

认识思维模型ꎬ而且可以对后面非金属单质及

其化合物的复习起到引领作用ꎬ也可指导学生

以实验为载体ꎬ依此思路进行对陌生物质的研

究ꎬ有利于指导学生分析和解决相关问题ꎮ

　 　 二、基于“物质转化”的学情分析

从知识方面看ꎬ在高中化学必修阶段ꎬ学生

集中学习了几种典型元素(钠、铁、铝、氯、硫、氮)及其化合物的性质、用途及检验等相关知

识ꎮ 特别是通过物质分类、氧化还原反应、离子

反应相关知识的学习ꎬ教师引导学生初步建立

了研究物质性质的两个视角ꎬ即基于元素组成

的物质类别和核心元素化合价ꎮ 学生对“元素

化合价 －物质类别”二维关系图有了初步的认

识ꎬ能初步以某一核心元素为中心ꎬ从物质类别

的角度认识金属(非金属)、氧化物、氢氧化物

(酸)、盐等物质间的转化ꎬ从核心元素化合价

的角度分析同一元素不同价态物质之间的转化

等ꎮ 通过选修阶段化学反应原理知识的深入学

习ꎬ学生了解了盐类的水解问题ꎬ拓展和深化了

对水溶液体系中物质性质与转化的认识ꎮ从能力角度看ꎬ学生已经学习了不少含铁

元素的物质ꎬ如 Ｆｅ、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＣｌ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＣｌ３、ＦｅＳＯ４ 等ꎬ但学生不能自觉、主动地从物质的组

成与性质的角度分析这些物质的转化ꎬ特别是

在面对如何基于物质的性质通过控制条件来

达到物质转化的目的、当物质之间转化有多

种途径时如何评价并找出最佳途径等问题

时ꎬ往往缺乏思路与方法ꎮ 为此ꎬ打通元素化

合物知识与其他相关知识之间的联系ꎬ将知

识结构化和功能化ꎬ是本复习课所要解决的

主要问题ꎮ

　 　 三、基于“物质转化”的复习教学活

动与策略

　 　 (一)以形成认识思维模型为导向设计复

习教学思路

基于上述分析ꎬ本节复习课以“含铁物质

的转化” 为切入点ꎬ通过 “ ＦｅＳＯ４ 的制备与保

存”、“设计用硫酸渣制备 Ｆｅ２Ｏ３ 的流程”两个

连续性的学习任务ꎬ引导学生运用“铁元素化

合价 －含铁物质的类别”二维图来分析和解决

相关问题ꎬ在活动体验、完成任务的基础上引导

学生进行归纳、概括ꎬ从而形成对物质组成、性质与转化间关系的整体认识ꎬ提升学生的化学

思维水平ꎬ其教学思路见表 １ꎮ(二)借助“元素化合价 － 物质类别”二维

图将认识思路外显

在任务 １ 中ꎬ问题 １ 的设计是为了探查学

生对铁及其化合物间转化已有的认识ꎬ了解学

生是否会利用“铁元素化合价 － 含铁物质的类

别”二维图来分析和解决问题ꎮ 在设计制备

ＦｅＳＯ４ 时ꎬ多数学生能写出两种以上的途径ꎬ但能自觉地应用二维图来解决问题的学生不多ꎮ这时老师有意地将学生的制备途径在二维图

(见图 ２)上进行表达ꎬ学生便能感受到二维图

为解决元素家族各个物质间转化提供了两个认

识角度ꎬ即利用同价态不同物质间的转化ꎬ如酸

碱反应ꎻ不同价态物质间的转化ꎬ如氧化还原反

应ꎮ 通过此活动ꎬ学生不仅能体会二维图的应

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实验教学 教育与装备研究 ２０１６ 年第 ３ 期

表 １　 基于物质转化的“铁及其化合物”复习教学思路

学习任务 主要问题与活动设计 学生认知发展

任务 １ＦｅＳＯ４ 的制备与保存

[问题 １] 通过哪些物质间的反应可以得到 ＦｅＳＯ４?

[问题 ２]实验室如何配制和保存 ＦｅＳＯ４ 溶液?[对比实验] 将 ＦｅＳＯ４ 溶解在不同 ｐＨ 条件下

以“铁元素化合价 － 含铁物质的类别”二维图为工具来分析物质的组成、性质和转化关系ꎬ通过实验感受到物质的转化是有条件的ꎮ

任务 ２设计用硫酸渣制备 Ｆｅ２Ｏ３ 的流程

[问题 ３]以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含 Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ 等ꎮ 假如你是

一名工程师ꎬ想利用硫酸渣来制备铁红( Ｆｅ２Ｏ３ )ꎬ请写出你所设计的制备流程(在箭头上注明所用的试剂和操作方法)ꎮ

[问题 ４]在上述转化的途径中凡是涉及使 Ｆｅ２ ＋ 升价的ꎬ都是通过加入氧化剂实现的ꎮ 如果不加氧化剂ꎬ还有什么途径能实现这一转化? 请写出相应的反应原理ꎮ

基于真实问题的分析与解决ꎬ体会物质间的转化存在多途径ꎬ需要选择最优途径ꎻ要通过对反应条件的调控ꎬ使反应向着人们需要的方向进行ꎮ

用ꎬ而且进一步体会了铁及其化合物间可以转

化、转化是有规律的、转化是多途径的ꎮ

图 ２　 制备 ＦｅＳＯ４ 的途径

(三)利用实验将认识和分析问题的思维

引向深入

以问题 ２ 为驱动ꎬ引发学生思考 ＦｅＳＯ４ 的

化学性质有哪些、如何检验 Ｆｅ２ ＋ 等问题ꎮ 关于

如何配制和保存 ＦｅＳＯ４ 溶液ꎬ学生的回答是将

ＦｅＳＯ４固体直接溶于蒸馏水中ꎬ并滴入几滴稀

Ｈ２ＳＯ４ 以防止 Ｆｅ２ ＋ 水解ꎬ加少量铁粉以防止

Ｆｅ２ ＋ 被空气中的氧气氧化ꎮ 这时教师进行了如

下演示实验:分别将 １ｇ 的 ＦｅＳＯ４ 溶解于等体积

的 ｐＨ ＝１ 的 Ｈ２ＳＯ４(试管①)、ｐＨ ＝ ５ 的 Ｈ２ＳＯ４

(试管②)和蒸馏水(试管③)中ꎬ振荡后ꎬ三支

试管中溶液的颜色无明显差异ꎮ 接着展示了放

置 ２ 小时后的三支试管ꎬ发现试管③中溶液的

颜色略有变化ꎮ 用激光笔照射此溶液ꎬ出现了

丁达尔效应ꎬ说明有 Ｆｅ(ＯＨ) ３ 胶体产生ꎮ 接着

又展示了放置 ２４ 小时后的三支试管ꎬ发现试管

②和试管③都有不同量的Ｆｅ(ＯＨ) ３ 红褐色沉

淀ꎮ 这组实验很直观地说明 Ｆｅ２ ＋ 被空气中的

氧气氧化与溶液的酸性强弱有关ꎬＦｅ２ ＋ 的还原

性在强酸性溶液中体现不出来ꎮ 这个实验也证

明了 Ｆｅ(ＯＨ) ３ 沉淀在 ｐＨ ＝ ５ 的酸中能稳定存

在ꎮ 这个实验引出了物质间的某些转化是有条

件的ꎬ为后续对转化条件进行调控做好了铺垫ꎮ从课堂实施看ꎬ此时能利用二维图进行分析的

学生数明显增多ꎮ(四)在运用知识解决具体问题的体验中

获得实践经验

任务 ２ 让学生以工程师的身份利用硫酸渣

制备铁红ꎮ 硫酸渣是含 Ｆｅ２Ｏ３、 Ｆｅ３Ｏ４、 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ 等的混合物ꎬ由此出发制备一个纯

净物 Ｆｅ２Ｏ３ 的流程中涉及元素分离和物质的制

备ꎬ即涉及到酸碱反应和氧化还原反应ꎬ必然有

多种转化途径ꎬ学生通过讨论ꎬ比较选取最优途

径ꎮ 为了达到对条件的控制ꎬ教学中给学生提

供了氢氧化物沉淀开始时和沉淀完全时的 ｐＨ等资料ꎬ学生需对信息加以理解和分析ꎬ才能

应用ꎮ在这个学习任务中ꎬ有了角色扮演ꎬ学生异

常活跃ꎮ 课堂上老师给学生充分表达的时间ꎬ当有学生出现错误时ꎬ其余学生立即纠正ꎮ 当

设计出了三条途径(见图 ３)后ꎬ学生又对这 ３条途径进行了评价ꎬ选出了最佳的途径ꎮ

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２０１６ 年第 ３ 期 教育与装备研究 实验教学

图 ３　 用硫酸渣制备铁红的三种流程

　 　 在讨论 Ｆｅ２ ＋ 转化成 Ｆｅ(ＯＨ) ３ 的途径时ꎬ学生设计的三条途径都是加氧化剂实现的ꎮ 教

师接着利用问题 ４ 让学生思考:如果没有氧化

剂ꎬ怎么办? 学生想到电解ꎮ 教师给出惰性电

极电解 ｐＨ ＝ １ 的 ＦｅＳＯ４ 溶液的装置图(见图

４)ꎬ让学生先分析生成 Ｆｅ ( ＯＨ) ３ 的原理:ｃ(Ｈ ＋ )减小ꎬｐＨ 增大ꎬ达到 Ｆｅ３ ＋ 沉淀的 ｐＨ 时ꎬ便形成 Ｆｅ(ＯＨ)３ 沉淀ꎻ进而书写电极反应式ꎬ由此会导致写出 Ｆｅ２ ＋ 放电或 Ｃｌ － 放电ꎬ造成认识冲

突ꎮ 这时可利用 ２０１４ 年北京高考题ꎬ引导学生

在分析中得出 Ｆｅ２ ＋ 和 Ｃｌ － 放电的电压范围不同ꎬ因而可通过调控电压ꎬ达到控制反应的目的ꎮ

图 ４　 惰性电极电解 ｐＨ ＝ １ 的 ＦｅＳＯ４ 溶液

在上述活动中ꎬ由于学生是以工程师的身

份设计制备流程ꎬ能感受到工业生产就是通过

对条件的调控ꎬ使反应向着人们需要的方向进

行ꎬ从而体会化学对人类社会发展的贡献ꎮ

　 　 四、教学效果分析与反思

上课一周后ꎬ在复习硅及其化合物知识时ꎬ让学生思考如何分离 Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣｕＯ的混合物ꎮ 全班 ２９ 人中有 １９ 人(占 ６５. ５％ )

在没有任何信息提供的前提下ꎬ想到通过调 ｐＨ达到物质分离ꎬ表明多数学生能够想到当物质

间的转化有条件时ꎬ可以通过对条件的控制来

实现物质的转化ꎻ有 １１ 人(占 ３７. ９％ )能够想

到采取多种途径实现转化ꎬ并设计了不同的实

验方案ꎮ 由此可见ꎬ基于物质转化的“铁及其

化合物”的复习课教学ꎬ对学生形成和完善物

质的组成、性质与转化间关系的认识思维模型、提升分析和解决问题的能力是有帮助ꎮ

总之ꎬ复习不仅要整理知识ꎬ更重要的是能

运用知识解决具体问题ꎬ提升解决问题的能力ꎮ在高三元素化合物知识的复习中ꎬ将元素化合

物知识与化学实验、化学概念原理等知识进行

整合ꎬ将物质的转化与物质的性质、实现物质转

化的途径与条件建立联系ꎬ帮助学生增进对物

质的组成、性质与转化之间内在关系的整体认

识ꎬ引导学生形成体现分析思路或操作程序的

认识模型ꎬ使学生的认识能够基于具体知识但

又超越具体的知识ꎬ实现知识的结构改造和认

识事物方式的变化ꎬ这是提升学生的化学思维

水平与解决问题能力的重要教学策略[３]ꎮ致谢:本文得到了北京教育学院何彩霞、王

钦忠老师、首都师范大学陈康叔老师的指导和

帮助ꎬ在此表示衷心的感谢!

参考文献:[１]何彩霞. 引导学生从元素视角认识物质及其转

化———以“金属及其化合物”教学为例[Ｊ] . 化学教

学ꎬ２０１３(９):２７ － ２９.[２]王磊ꎬ郭晓丽等. 元素化合物认识模型及其在复习教

学中的应用———以高中«化学 １»“金属元素及其化合

物”单元复习为例[Ｊ]. 化学教育ꎬ２０１５(５):１５ －２１.[３]何彩霞ꎬ余丽蓉. 多角度地认识化学反应[ Ｊ] . 教学

仪器与实验ꎬ２０１４( ９):３ － ７.[４]白建娥ꎬ何彩霞. 论促进学生“元素观”发展的铁及其

化合物的教学.中学化学教学参考ꎬ２０１４(１０):１ꎬ５ －６.[５]沈军. 通过实验探究发展学生对研究物质化学性质

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“Ｆｅ３ ＋ 的性质及应用”复习教学为例[ Ｊ] . 教学仪

器与实验ꎬ２０１４(４):８ － １１.

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