发展学生_预测与实验验证_物质化学性质能力_省略_以_多角度认识硫酸亚铁的化学性

·6·
Educational Equipment And Experiment Vol． 28，No． 1，2012
生的主要障碍点是氧化还原反应相关概念还不是 节中设置五个具 有 任 务 驱 动 性 质 的 问 题，引 导 学
很清楚，头脑中氧化剂和还原剂知道的较少，需要 生沿着实验预测、实验验证、实验观察、实验结论、
檸檸殠
檸檸殠
檸檸檸檸檸檸殠
实验教学研究
檸檸檸檸檸檸殠
发展学生“预测与实验验证” 物质化学性质能力的教学
——— 以“多 角 度 认 识 硫 酸 亚 铁 的 化 学 性 质 ”教 学 为 例
□ 陈瑞雪 张 祺
北京教育学院学科教育学研究团队
摘 要 “预测与实验验证”物质化学性质的能力，是学生 学 习 了 物 质 的 分 类 和 氧 化 还 原 反 应 概 念 后 应 具 备 的 化 学 学 习 能 力。以“多角度认识硫酸亚铁的化学性质”教学为例，针对学生的认识困难，引 导 学 生 从 物 质 分 类、是 否 具 有 氧 化 性、还 原 性 和物质是否具有特性的角度预测物质性质，并设计实验进行验证，帮助学生形成研究物质化学性质的一般思路和方法 。 关键词 硫酸亚铁 化学性质 预测与实验验证 思路和方法 高中化学
在问题驱动下，引 导 学 生 从 物质 分 类、盐 溶 液 中 的 离 子、核心元素的 化 合 价 等 角 度预测 物 质 可 能 具 有 的 化 学性质。
环节 2 实验验证
问题 2： 通过哪些反应可以证明溶液中存在 Fe2 + 和 SO4 2 － ？ 可以选择哪些物质作为反应试剂？ 问题 3： 如何证明 FeSO4 既有氧化性又有还原性？ 方法导引： 证明具有氧化性需寻找合适的还原剂，反之亦然。 资料支持： 给出常见氧化剂和还原剂。 教 师 演 示 实 验 、学 生 实 验 。
发展学 生 进 行 实 验 设 计 和 实施实验的能 力，发 展 学 生 对概念 的 理 论 指 导 作 用 的 认识。
环节 3 问题 4： 试总结硫酸亚铁有哪些性质？ 你能否总结研究物质性质的一般思路和方法？ 梳理应用 问题 5： 如何制备硫酸亚铁？ 写出相应反应的化学方程式。
从具体 物 质 学 习 上 升 到 一 般思路和方法，并 应 用 于 物 质的转化和制备。
老师给予方法导引和资料支持。
梳 理 方 法 、形 成 规 律 认 识 这 样 一 条 方 法 线 索 ，展 开
3 基于促进学生预测和实验验证物质化学性质 能力发展的教学活动设计
物 质 性 质 预 测 、物 质 性 质 验 证 、物 质 性 质 应 用 即 物 质转化和制备这样一条知识线索。通过问题线、 方法线和知识线 发 展 学 生 的 认 知 能 力，达 成 教 学
在 Fe2 + 和 SO4 2 － 分析 他 们 的 可 能 反 应； 还 可 以 从 什么角度预测硫酸亚铁的可能性质？
学生 1： 化合价，…… 学生 2： 从氧化还原的角度，…… 学生 3： 硫 酸 亚 铁 中 的 铁 元 素 为 + 2 价，处 于 中 间 价 态 ，应 该 既 有 氧 化 性 又 有 还 原 性 。 …… （ 本环节设计意图： 给出学生知道但不熟悉 的硫酸亚铁作为 性 质 预 测 的 素 材，可 以 探 查 学 生 预测物质性质的 角 度，强 化 学 生 从 物 质 的 组 成 进 行ห้องสมุดไป่ตู้类并根据通 性 预 测 性 质 的 方 法，发 展 学 生 从 宏观和微观两个 层 面 认 识 元 素 组 成、存 在 形 态 与 物质化学性 质 关 系 的 能 力。 在 此 基 础 上，引 导 学 生关注组成物质 核 心 元 素 的 化 合 价，发 展 学 生 通 过核心元素化合 价 的 可 能 变 化，预 测 物 质 的 化 学 性质的能力。使学生初步清晰多角度预测物质化 学 性 质 的 思 路 与 方 法 。） 环节 2 依据理论分 析，设 计 实 验 方 案，实 验 验证物质化学性质
FeSO4 溶液、Mg 条、NaOH 溶 液 、稀 H2 SO4 、
原性？
氯 水 （ Cl2 ） 、双 氧 水 （ H2 O2 ） 、KSCN 溶 液、稀
方法导引： 证 明 具 有 氧 化 性 需 寻 找 合 适 的 还 HNO3 、BaCl2 溶液。
原 剂 ，反 之 亦 然 。
（ 资料支持： 给出 常 见 氧 化 剂、还 原 剂 的 资 料
《教学仪器与实验》第 28 卷 2012 年 第 1 期
·7·
问题 2： 通过哪些反应可以证明溶液中存在
从下列药 品 中 选 择 试 剂，设 计 实 验 方 案 （ 如
Fe2 + 和 SO4 2 － ？ 可以选择哪些物质作为反应试剂？
表 2） 。
问题 3： 如 何 证 明 FeSO4 既 有 氧 化 性 又 有 还
（ 1） 教学的整体思路
目标。详见表 1：
本节课采用问 题 驱 动 策 略，在 教 学 的 四 个 环
表 1 “多角度认识硫酸亚铁的化学性质”教学思路设计
教学环节
素材与问题设计
学生认知发展
环节 1 预测性质
问题 1： 请你预测 FeSO4 （ 硫酸亚铁） 可能具有哪些化学性质？ 说出你进行预测的依据。 引导思考： 盐类物质一般可以与哪些物质反应？ 硫酸亚铁溶液中存在的离子是什么？ 可能具有什么 性质？ 硫酸亚铁中核心元素化合价如何？ 可能具有什么性质？
环节 4 总结迁移
问题 6 ： 请你结合本节课所学方法，预测 SO2 可能具有哪些化学性质？
应用归 纳 出 研 究 物 质 的 一 般程序和方法，并 对 其 他 物 质进行预测。
（ 2） 基于实验支持的教学环节设计 环节 1 问 题 驱 动 学 生 思 考，多 角 度 预 测 物 质化学性质 ［回顾］ 研究物 质 化 学 性 质 的 一 般 程 序： 分 离、提纯物质→观 察 物 质 的 外 观 性 质 → 预 测 物 质 的性质→实验和观察→解释及结论。 ［展示］ 一瓶绿 矾 晶 体、一 瓶 内 有 铁 粉 的 硫 酸亚铁溶液（ 要求浅绿色较容易观察到的） 。 ［资 料］ 铁 元 素 在 地 壳 中 的 质 量 分 数 为 4. 64% ，仅次于氧、硅和铝。它在自然界中可以单 质形态（ 如陨 铁 ） 存 在，更 多 的 则 以 + 2 价 和 + 3 价的化合态存在。含有三种价态的含铁物质在一 定条件下可以相互转化。 问题 1： 请 你 预 测 FeSO4 （ 硫 酸 亚 铁 ） 可 能 具 有哪些化学性质？ 说出你进行预测的依据。 ［学生活动］ 小组交流、讨论、汇报。 ［教师引导］ 同 学 们 能 够 根 据 盐 类 物 质 的 通 性 推 测 硫 酸 亚 铁 可 以 与 金 属 、碱 、某 些 盐 溶 液 发 生 反应； 能够从元素组成以及硫酸亚铁在溶液中存
2 学生学习该内容的困难和障碍
学 生 在 初 中 学 习 过 诸 如 二 氧 化 碳 、碳 酸 盐 、常 见的 酸、碱、盐 等 物 质 的 性 质，但 是 学 生 并 没 有 学 习物质性质的思 路 和 方 法，更 多 的 是 接 受 和 模 仿 性的学习。因此将具体物质的性质学习上升为学 习物质性质的一般思路和方法对学生来讲是认识 上的困难点 之 一。初 中 化 学 的 学 习，虽 然 学 生 已 经从微观本质角 度 认 识 了 氧 化 还 原 反 应，但 只 是 停留在知识层面，学 生 不 习 惯 也 不 知 道 如 何 应 用 氧化还原反应的 知 识 对 物 质 性 质 进 行 研 究，这 也 是本节课学生认识的困难点之一。学习本节课学
1 “多角度认识硫酸 亚 铁 的 化 学 性 质 ”及 其 教 学 价值
本节课选择硫酸亚铁作为研究的素材，是因为 从物质分类的角度看，硫酸亚铁既属于亚铁盐又属 于硫酸盐； 从 元 素 化 合 价 的 角 度 看，Fe2 + 处 于 铁 元 素的中间价 态 ，既 有 氧 化 性 又 有 还 原 性 ，方 便 学 生 全面体验通过元素价态预测物质性质的方法，并且 由于稀溶液中 SO4 2 － 不表现氧化性，因此两种离子 之间没有相 互 反 应 ，各 自 保 持 自 己 的 性 质 ，方 便 学 生通过实验验证预测是否正确。因此，从促进学生
认识发展的角度看，本节课的教学价值主要体现在 以下几个方面： 第一，发展了学生在宏观层面依据 元素组成对物质进行分类的认识，同时通过硫酸亚 铁溶解后电离出离子的事实，发展了学生在微观层 面上认识可溶的盐类物质在水溶液中的元素存在 形态与化学性质之间的关系，打通了从宏观和微观 两个层面上通过物质的通性预测物质性质的认识。 第 二 ，使 学 生 有 意 识 地 关 注 物 质 中 核 心 元 素 的 化 合 价，通过核心元素化合价的可能变化预测物质的氧 化性和还原性，发展了学生研究物质和研究物质发 生化学反应的新视角。第三，通过化学实验验证物 质是否具有某种性质，发展了学生学习化学科学知 识过程中的实证意识，使学生体会到化学实验在化 学学习中的重要价值。
【任务 1】
卡片）
表2
可能的性质 氧化性 还原性
产物的化合价
反应所需试剂
实验现象
反应方程式
实验结论
FeSO4 FeSO4
氧化性 还原性
盐的性质 与碱反应 与某些盐溶液反应
产物的化合价
反应所需试剂
实验现象
反应方程式
实验结论
［学生活动］ 分组讨论 ［教 师 演 示］ （ 说明： 下列实 验 均 为 试 管 中 取 1 ～ 2 mL 硫 酸 亚 铁 溶 液 ，加 入 试 剂 为 滴 管 滴 加 。） 实验 1： 将打磨后光亮的镁条插入硫酸亚铁 溶液中。 实验 2： 向硫酸亚铁溶 液 中 滴 加 氯 水，再 加 入 KSCN 溶液。 实验 3： 向 硫 酸 亚 铁 溶 液 中 先 加 入 KSCN 溶 液，再加入 H2 O2 溶液。 实验 4： 向 硫 酸 亚 铁 溶 液 中 先 加 入 H2O2 溶 液，再加入 KSCN 溶液。 ［学 生 实 验］ 实验 1： 向硫酸亚铁溶液中加入 NaOH 溶液。 实验 2： 向硫酸亚铁溶 液 中 加 入 稀 硝 酸，再 加 入 BaCl2 溶液。 ［教师活动］ 请 同 学 们 汇 报 实 验 现 象。 实 验 现象支持了 你 的 预 测 的，请 给 出 实 验 结 论。你 观 察到实验有什么异常现象？ 实验中你产生了哪些 问 题？ ［学生汇 报 并 提 出 问 题］ 硫 酸 亚 铁 与 NaOH 溶 液 反 应 的 现 象 很 乱 ，我 不 知 道 到 底 生 成 什 么 ？ ［教师演示］ 在 试 管 中 加 入 新 制 的 硫 酸 亚 铁 溶 液 ，用 长 滴 管 吸 取 氢 氧 化 钠 溶 液 ，插 入 硫 酸 亚 铁 液 面 下 ，挤 出 碱 液 。 学 生 观 察 到 有 白 色 沉 淀 生 成 ， 然 后 将 生 成 的 沉 淀 倒 在 滤 纸 上 ，观 察 变 化 。 ［问题］ 根据实验现象，可以得到关于硫酸亚
铁性质的哪些结论？ （ 本环节设计意图： 根 据 理 论 预 测，首 先 进 行
实 验 设 计 ，选 取 合 适 的 反 应 试 剂 ，既 是 对 理 论 的 直 接 应 用 ，又 可 以 通 过 学 生 所 选 试 剂 及 其 选 取 顺 序 ， 探查学生思维过程。教师演示学生陌生的氧化还 原反应的实验，有 利 于 在 实 验 过 程 中 引 导 学 生 用 氧化还原反应概 念 对 化 学 反 应 现 象 进 行 分 析，有 利于学生的理解。将亚铁离子和硫酸根离子的复 分解反应交给学 生 实 验，有 利 于 学 生 应 用 已 有 知 识进行验证并发 现 新 的 问 题，有 利 于 建 立 知 识 间 的联系，发展学生 理 论 与 实 验 联 系 以 及 逻 辑 分 析 的能力。通过实 验 验 证 性 质 并 发 现 新 的 问 题，有 利 于 学 生 对 知 识 的 理 解 。）
人教版高中化 学 必 修 1 第 二 章《化 学 物 质 及 其变化》，主要涉及 物 质 的 分 类、离 子 反 应 和 氧 化 还原反应等概念性知识。学生研究物质的性质， 主 要 从 两 方 面 探 讨 ，一 个 是 物 质 属 于 哪 种 类 别 ，该 类别的物质可能跟哪些物质发生反应； 另一个是 从物质所含元素 的 化 合 价 分 析，该 物 质 是 否 具 有 氧化性或还原性； 离子反应帮助学生从微观上认 识物质在水溶液中的反应实质。对于高一学生来 说 ，初 次 接 触 这 些 抽 象 的 概 念 ，学 生 关 注 的 是 对 概 念的理解和如何 应 用 这 些 知 识 进 行 解 题，较 少 关 注概念知识的认 识 价 值，更 加 难 于 自 动 将 概 念 知 识转化为认识物质化学性质的程序性知识和策略 性知识，难于形成 研 究 物 质 化 学 性 质 的 一 般 思 路 和方法。为 此，我 们 以“多 角 度 认 识 硫 酸 亚 铁 的 化 学 性 质 ”教 学 为 例 展 开 探 讨 。