基于学科观念建构的高三元素化学复习

张金怡

摘要：元素化学知识并不能孤立的存在，它与其它内容相互融合，是化学学科中变化观、实验观等学科观念的载体与体现。在高三复习的过程中，应减少对元素化学中事实性知识的背诵，而是培养学生学会从化学的视角认识元素及物质，形成解决问题的思想、观点和方法。

关键词：元素化学;学科观念;高三复习;高考试题

文章编号：1008-0546（2019）02-0048-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

一、问题的提出

元素化学是高中化学教学的组成部分，它以元素周期表为依托，是系统描述元素单质及化合物组成、结构、性质、用途、存在和制备的知识。唐有棋院士曾多次指出：“化学家的工作，主要是耕耘元素周期系”，其重要性自是不言而喻。因此，元素化学知识也是高考考查的热点和重点，《2018年江苏省普通高中学业水平测试（选修科目）说明》中就有明确要求：“了解常见金属和非金属及其重要化合物的主要性质和重要应用”。

但是，元素化学知识并不能孤立的存在，它与其它内容相互融合，是化学学科中变化观、实验观等学科观念的载体与体现。如何在高三复习的过程中，减少对元素化学中事实性知识的背诵，而是培养学生学会从化学的视角认识元素及物质，形成解決问题的思想、观点和方法。笔者以“铁的化合物专题复习”为例，进行了尝试。

二、“铁的化合物专题复习”教学设计

1.设计思想

在人类认识的金属元素中，铁是较早被人类认识的一种金属，铁和铁的化合物对人类社会的发展都起到了重要作用，围绕含铁化合物有关知识的试题更是在高考中频频出现。通过高一、高二的学习及高三一轮复习，学生已经建立了对铁的化合物基本性质以及对氧化还原反应、离子反应、化学平衡等基本化学理论和概念的认知。

基于上述思考，本节课的设计从有关铁及其化合物的高考真题找寻切人口，结合探究实验升华学科观念的应用，再回归到高考试题中总结解题的方法。一方面提升了化学思维的品质，加深了对铁及其化合物性质、用途的理解，另一方面则感知了开展科学研究的一般历程。

2.教学目标

（1）复习三氯化铁与金属铁、铜之间的化学反应，探究含三价铁离子的溶液与单质银发生的反应。

（2）运用化学理论知识分析和解释具体的化学反应，探寻某个化学反应发生所需要的特定条件，能寻找合适的方法改变化学反应的方向。

（3）了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用及其对工业生产和环境保护的重要意义，增强对化学反应限度的认识。

3.教学方法

围绕“三价铁是否可以腐蚀银”，组织学生开展合作探究，实现在活动中掌握学科知识、渗透学科观念、总结解题方法。

4.教学过程

环节一：知识梳理一一滩失盐和亚铁盐的性质和应用

【问题】铁是我们非常熟悉的一种元素，它的单质在生产生活中应用广泛。铁的化合物也有很多用途。你能用你掌握的化学知识解释生活中的这些化学问题吗？

【投影】一站到底（表1）

【问题】你能预测FeCl₃与汞之间发生了什么反应？

【问题】由此可见，物质的用途主要与其性质有关。从以上的讨论你总结出Fe²⁺、Fe³⁺别具有怎样的性质？

【总结】亚铁盐由于其强还原性和水解性，用于防氧化剂和净水剂，Fe³⁺由于其氧化性和易水解的特点，通常用于水处理剂、医用凝血剂、金属蚀刻剂，还可以用于处理汞泄漏。

【板书】物质的用途主要与其性质有关

设计意图：本环节中，设计了“一站到底”的问答活动，唤起了学生对铁及其化合物性质的认识，使学生充分体会到化学物质在生活生产中的应用，树立“性质决定用途、用途体现性质”的化学物质观。借助于这样的活动形式，很好地激发了学生的学习兴趣，学生之间的思维火花在课堂上不断碰撞。在此基础上，也顺理成章地引出了本节课的学习重点，即含三价铁离子溶液在金属刻蚀中的应用。

环节二：问题研究——三价铁能否刻蚀金属银

【过渡】今天，对于铁的化合物的应用，我们重点来探讨金属蚀刻的问题。

【问题】Fe³⁺作为蚀刻剂，用于蚀刻什么金属材料？（铁、铜）不错，Fe³⁺用于蚀刻铁、不锈钢、铜（投影一些图片），印刷线路板（投影图片）。

【板演】写出FZC13腐蚀铁、铜的离子方程式：

2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺

【问题】请你预测一下Fe³⁺溶液能够腐蚀Ag吗？为什么？

【回答】学生预测：

假设1：氧化性：Fe³⁺+

【板书】Fe²⁺+Ag⁺=Fe³⁺+Ag（分析：黑色颗粒可能是银，Ag⁺从+1价化合价下降，Fe²⁺化合价升高）

【问题】那你能否设计一个简单的实验方案验证反应的发生？

【讨论回答】在反应后的溶液中滴入KSCN，如果溶液变为血红色，则证明生成了Fe³⁺，从而证明了反应的发生。

【追问】实验设计严谨吗？有没有需要改进的地方？

【讨论回答】亚铁盐易被氧化，所以要通过向原FeSO₄溶液中加入KSCN溶液，作为对照实验来排除空气中的氧气氧化Fe²⁺带来的干扰因素。

【结论】Ag⁺+Fe²⁺=Ag+Fe³⁺;氧化性：Ag⁺>Fe³⁺;Fe³⁺无法蚀刻银，假设1成立。

【学生实验1】向银镜中滴加Fe（NO₃）₃溶液。实验现象：银镜溶解。结论：硝酸铁可以溶解银。

【投影】应用：宝石工艺中缓慢、安全蚀刻银及其合金。

【问题]可能发生了什么反应？

【板书】（1）Fe³⁺+Ag=Ag⁺+Fe²⁺

（2）也有可能是Fe（NO₃）₃水解生成了HNO₃，HNO₃溶解了Ag。

【问题】对于你的分析，如何进一步论证？

【回答】（1）在高锰酸钾溶液中滴人实验后的溶液，溶液的紫红色褪去，或在六氰合铁（Ⅲ）酸钾溶液滴入实验后的溶液，生成蓝色沉淀，则证明Fe²⁺的存在，即发生了Fe³⁺+Ag=Ag⁺+Fe²⁺的反应。

（2）用同pH的硝酸与银，银镜溶解。則Fe（NO₃）₃水解生成HNO₃，HNO₃再溶解了Ag的反应也有发生。

【问题]结合上述实验及讨论，你得出什么结论？

【板书】是可逆反应。

【小结】化学反应限度是化学变化中普遍存在的现象;反应物浓度大小影响着可逆反应的方向。

设计意图：含Fe³⁺的溶液可以蚀刻金属铜和铁，学生是非常熟悉的，而Fe³⁺是否可以蚀刻金属Ag，学生中存在着两种不同的答案，有的认为可以，有的认为不可以。而结果究竟是什么，则引导学生通过实验来论证。经过两组实验的研究，促使学生经历了一次从“发现问题一理论分析一预测假设一实验论证一得出结论”的探索之旅。在加深对元素化合物性质理解的同时，也使学生认识到了化学反应中的复杂性与多样性。促进学生对化学反应限度观等化学观念的理解，学会从不同的角度来分析和理解化学反应的过程。

环节三：深入理解——条件改变对化学反应方向的影响

【问题】如果我们避开NO₃^-的使用，将Fe（NO₃）₃溶液换成FeCl₃溶液可以吗？

【学生实验2]向银镜中滴加FeCl₃溶液。现象：有白色沉淀生成。

【问题】如何理解并解释你所观察到的现象？

【回答】因为生成了氯化银白色沉淀，降低了银离子的浓度，促使Fe²⁺+Ag向逆反应方向移动。

【结论】利用反应改变平衡体系中某种物质的浓度，从而改变平衡移动的方向。

【问题】对于Ag⁺+Fe²⁺这个可逆反应，还有什么方法可以调整其反应逆向进行？（电化学原理）

【回答】还可以利用电化学原理，设计以银为阳极，石墨为阴极，含Fe³⁺的溶液为电解质的电解池。

氧化反应：Ag-e^-=Ag⁺（阳极）

还原反应：Fe³⁺+e^-=Fe²⁺（阴极）

【结论】利用电化学原理，使得氧化还原反应向着我们希望的方向进行。

【问题】今后我们要调整氧化还原反应进行的方向，有什么方法？

【回答】电解的方法。

【总结】Ag⁺+Fe₂₊Ag+Fe³⁺

从平衡移动的角度：改变反应物或者生成物的浓度从而改变化学反应进行的方向。

从电化学反应的角度：使氧化还原反应向着希望的方向进行。

设计意图：结合实验探究的结论，借助化学学科观念的引领，进一步深入剖析Fe³⁺溶液对金属银的蚀刻。分别从化学平衡的角度和电化学原理的角度，理解外界条件的改变对于化学反应方向的影响，凸显化学反应的可控性。

环节四：回归高考方法总结

【投影】某研究性学习小组在网上收集到如下信息：Fe（NO₃）₃溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：

[实验]制备银镜，并与Fe（NO₃）3溶液反应，发现银镜溶解。

[提出假设]

假设1：___________________________________。

假設2：Fe（NO₃）₃溶液显酸性，在此酸性条件下HNO₃能氧化Ag。

[设计实验方案，验证假设]

（1）甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe²⁺，他可能得出的结论是：

（2）乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容（提示：NO₃^-在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）。

[思考与交流]

（3）甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立。则丙同学由此得出结论：

Fe（NO₃）₃溶液中的Fe³⁺+和NO₃^-都氧化了Ag。

你是否同意丙同学的结论，并简述理由：________。

【总结】今天这节课，我们对于Fe³⁺溶液是否能够腐蚀Ag进行了研究，以元素化合物的性质为基础，并借助理论进行分析和预测，最终通过实验来进行验证。这正是我们研究问题的基本思路和方法。同样，对于高考综合题的分析也需要通过这种思维方法展开，融会贯通、综合应用。大家可以看到这道高考题，正是我们这节课所探讨的内容，相信通过今天的学习，你对这类综合题如何人手分析，一定有所收获！

设计意图：通过对高考试题的展示，学生惊讶地发现，整节课所讨论和研究的问题，正是源自于高考试题。所以说，高考试题的编制，正是基于实验探究的过程再现，它并没有想象的那样神秘。将实验探究过程中的思路方法，应用在对高考试题分析的过程中，就能较好地理解题意，找到解题的突破口。

5.教学反思

首先，传统的中学理科复习课着重关注知识结构的建构和完善以及解题技能的强化和熟练。因此，往往是课上教师滔滔不绝，课后学生苦渡题海。实践表明，长期以这样的方式复习，缺乏对学生新奇感的刺激和挑战欲的激发，损失了学习的乐趣和深层思维的乐趣，损失了交流倾听和动手探究的乐趣，这样的复习很有可能是低效甚至无效的。

因此本节课的设计，立足突破以往高三复习做题讲题的常规模式，而是以高考试题为模型，以实验探究为主体，真实还原了化学实验的探究过程和高考试题产生的过程。让学生在做中学，在做中去思考。还记得当我带着实验仪器走进教室时，学生脸上绽放出来的喜悦。正如苏霍姆林斯基说过：“每个青少年内心都渴望自己是一个探索者和研究者。”而实验探究的设计恰恰满足了学生内心的渴望。课堂上，学生积极主动、思维活跃，参与度很高。这也促使了教学目标很好的达成。课堂教学模式的变化，使教师从机械灌输到问题引导，学生从被动接受到主动探究。

其次，课程标准和考试说明对学生的思维和能力的培养都提出了明确要求。然而思维方式是过程性的，内隐性的，所以教师在呈现学科知识时表现出的思维方式是最重要的一种示范，所谓言传不如身教。只有教师自身逻辑有条理，学生才能逻辑有条理。

本节课以实验为线索，以层层递进的问题将学科知识串联起来，而学科思维方式则是一条内隐的线索。对于规律和方法也并不是直接告知，而是让学生在探索中自己去感悟，就如同画图上留白，这样的课堂也才更有“味道”。以这样的方式来开展元素化合物的高三复习，对学生来说他们收获的不是简单地学会了怎样去解决一道题，而是提升了从化学的视角去思考和分析问题的能力，正所谓“授人以鱼不如授人以渔”。

当然，思维方式的形成不能一蹴而就，需要长期地实践与探索，需要老师对学科知识有深刻的认识，也是致力追求的目标与方向。

参考文献

[1]B.A.苏霍姆林斯基.给教师的建议[J].北京：教育科学出版社，1984