生本高效課堂模式下整合信息技術(shù)探究氫氧化亞鐵的制備

張 毅 何愛玲

2003年全國高考理綜33題(22分)考查了氫氧化亞鐵的制備，有很多專家也在不斷探究氫氧化亞鐵制備的方案、可行性、原理等，筆者在這里呈現(xiàn)的是組織學(xué)生在生本高效課堂模式下整合信息技術(shù)對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究的過程。

一、呈現(xiàn)制備氫氧化亞鐵的常規(guī)方案

1.多媒體投出，學(xué)生回答，師生共選定

反應(yīng)原理：鹽+堿→新堿+新鹽。試劑：可溶性亞鐵鹽溶液—FeCl2溶液、FeSO4溶液等；可溶性堿溶液—NaOH溶液、KOH溶液、氨水等。師生選定FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4；Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓。

實(shí)驗(yàn)操作：將NaOH溶液滴入FeSO4溶液中，先演示并講解，力求規(guī)范基本操作，然后各組實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化試管、膠頭滴管的使用及液體藥品的取用等基本操作。

2.結(jié)合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，多媒體投出

有白色沉淀生成，迅速變成灰綠色，震蕩后灰綠色變深，試管壁上生成紅褐色物質(zhì)。

二、呈現(xiàn)教師引領(lǐng)下學(xué)生設(shè)計(jì)、展示并交流制備氫氧化亞鐵的改進(jìn)方案

1.小組內(nèi)討論出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因

氫氧化亞鐵很不穩(wěn)定、極易被氧化，空氣中的氧氣很快將其部分氧化：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓。因此制備實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是創(chuàng)造“無Fe3+、無O2”的環(huán)境，防止氫氧化亞鐵被氧化。改進(jìn)措施：分析可能有氧氣的各種情況，除去Fe3+、驅(qū)逐O2，想方設(shè)法避免與空氣接觸。

2.給出學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的要求

以小組為單位，各抒己見提出實(shí)驗(yàn)方案，全組討論，最后統(tǒng)一方案，全組分工協(xié)作，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中遇到的問題。然后各組根據(jù)實(shí)驗(yàn)制成小課件展示設(shè)計(jì)的方案：一生結(jié)合多媒體課件和實(shí)物投影儀講解實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果處理，一生展示實(shí)物，一生在黑板上畫裝置圖，其他學(xué)生質(zhì)疑交流。

3.小課件1，多媒體投出方案一(如圖1所示)

圖1 Fe(OH)2的制備方案一

儀器藥品：石棉網(wǎng)、燒杯、三腳架、玻璃棒、藥匙、注射器、酒精燈、濃硫酸、NaOH固體、鐵粉。

操作步驟：

①煮沸蒸餾水50 mL備用。

②稀釋濃硫酸，稍冷趁熱吸少量于已有1 g還原鐵粉的10 mL針筒中，震蕩，緩慢推動活塞至擠出少量液體。

③取約1 gNaOH固體送入另一針筒內(nèi)，吸入煮沸過的蒸餾水5 mL，使其充分溶解，利用溶解放出的熱氣把空氣排除，緩慢推動活塞至擠出少量液體。

④把針頭插入②中的注射器內(nèi)，慢慢擠壓活塞，使FeSO4溶液和NaOH溶液充分接觸，發(fā)現(xiàn)有白色絮狀沉淀，黑色鐵粉繼續(xù)溶解并伴隨著大量氣泡冒出。

相關(guān)反應(yīng)：F e+H2S O4=F e S O4+H2↑；FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4

優(yōu)點(diǎn)：①盡量避免了Fe3+的生成。②盡量趕走O2，防止了與O2的接觸，白色沉淀可保存2～3天。③廢物(注射器)回收再利用，環(huán)保，密封性好。

缺點(diǎn)：鐵粉難以完全溶解，影響白色沉淀的觀察。

4.小課件2，多媒體投出方案二(如圖2所示)

圖2 Fe(OH)2的制備方案二

儀器藥品：試管、量筒、酒精燈、膠頭滴管、試管夾、藥匙、鑷子、紙槽、還原鐵粉、稀硫酸(1:5)、NaOH固體。

有關(guān)操作與步驟及注意事項(xiàng)：

①首先向左端潔凈的具支試管中加入適量的還原鐵粉，加入6 mL稀硫酸(1:5)，如圖2所示組裝好儀器，打開止水夾a，微微加熱。

②反應(yīng)后有氣泡冒出，用一條燃著的木條靠近B短管部分，產(chǎn)生藍(lán)色火焰說明氣體是H2，則整套裝置充滿H2。

③夾緊止水夾，A試管中繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體將FeSO4溶液壓入B中，產(chǎn)生白色沉淀。

優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)象明顯，反應(yīng)放出的H2可以較長時間阻礙空氣的進(jìn)入，長時間保持Fe(OH)2不變色。

缺點(diǎn)：操作復(fù)雜，裝置對氣密性要求高，H2直接進(jìn)入空氣中，沒有得到較好的回收利用。

學(xué)生情緒高漲，紛紛提出改進(jìn)方案，如有的學(xué)生提出：此實(shí)驗(yàn)中H2攜帶雜質(zhì)直接進(jìn)入空氣中會產(chǎn)生刺鼻氣味且浪費(fèi)，可以在試管口加一個氣球用來收集H2，正符合當(dāng)下“廢物利用，綠色環(huán)?！钡闹黝}。學(xué)生現(xiàn)場制作Flash動畫進(jìn)行模擬，激發(fā)了學(xué)生用信息技術(shù)解決化學(xué)問題的欲望。

5.小課件3，多媒體投出方案三(如圖3所示)

圖3 Fe(OH)2的制備方案三

儀器藥品：稀鹽酸、稀硫酸、FeSO4晶體、鑷子、濾紙、小刀、鐵釘數(shù)枚、燒杯2只、膠頭滴管。

操作步驟：

①提前一天將鐵釘放入盛有稀鹽酸的小燒杯中，以除去鐵銹。

②向另一燒杯中加入約3 gFeSO4晶體，加水溶解，并將①中已除去鐵銹的鐵釘(防止FeSO4水解)放入其中，再滴入8滴稀硫酸。

③待無氣泡冒出時向燒杯中加入鈉，觀察到溶液底部有大量白色沉淀，與液面接觸的燒杯壁上出現(xiàn)灰綠色、紅褐色。

相關(guān)反應(yīng)：2 N a+2 H2O=2 N a O H+H2↑；FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4

學(xué)生求助其他組員：本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時間長，液面與空氣接觸，部分沉淀被氧化，請大家提出改進(jìn)措施。

學(xué)生討論交流后確定改進(jìn)方案：可在試管中進(jìn)行該反應(yīng)，加橡皮塞，用導(dǎo)管導(dǎo)出產(chǎn)生的H2并用氣球收集備用，避免O2進(jìn)入。問題是在試管中鈉反應(yīng)劇烈，容易引起爆炸。經(jīng)上網(wǎng)查閱資料得知：鈉球上方的空氣被H2趕走至極稀少時，這種燃燒將難于進(jìn)行，爆炸便無從發(fā)生。因此上述改進(jìn)措施可行。

6.小課件4，多媒體投出方案四(如圖4所示)

圖4 Fe(OH)2的制備方案四

儀器藥品：鐵片、碳棒、電解槽、酒精燈、學(xué)生電源、三腳架、石棉網(wǎng)、導(dǎo)線、Na2SO4溶液、稀鹽酸、植物油、火柴。

操作步驟：

(1)加熱Na2SO4溶液，除去O2。

(2)將電極放入稀鹽酸溶液中除去氧化層。

(3)將Na2SO4溶液倒入電解槽加入幾滴植物油，以隔絕O2。

(4)按圖4所示裝置接通直流電源，將電壓調(diào)至4～6 V，打開電源。

現(xiàn)象：兩極間產(chǎn)生了白色沉淀，碳棒上有大量氣體冒出，鐵片逐漸溶解且下部出現(xiàn)黑色不溶物。

相關(guān)反應(yīng)：

陰極：2H2O+2e-=H2↑+ 2OH－，陽極：Fe－2e-=Fe2+，陰極附近產(chǎn)生的OH－與陽極溶解產(chǎn)生的Fe2+結(jié)合生成Fe(OH)2，F(xiàn)e2++2OH－= Fe(OH)2↓。

優(yōu)點(diǎn)：陰極產(chǎn)生的還原性氣體H2排出了溶液中的O2且阻止了空氣中的O2進(jìn)入溶液，可以較長時間保留Fe(OH)2白色沉淀。

缺點(diǎn)：鐵片雜質(zhì)較多，電極下有黑色物質(zhì)，現(xiàn)象不明顯。

三、結(jié)束語

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人，結(jié)合信息技術(shù)手段增大了課堂容量，學(xué)生的動手能力、觀察能力、總結(jié)概括能力、表達(dá)能力、協(xié)作能力都有所提高。課代表根據(jù)課堂表現(xiàn)公布最佳小組團(tuán)隊(duì)，信息技術(shù)社團(tuán)用攝像機(jī)鏡頭記錄精彩的課堂，同步投放在大屏幕上，激起了學(xué)生的自豪感和榮譽(yù)感。教師及時表揚(yáng)激勵學(xué)生，鼓勵他們以課堂為舞臺，努力學(xué)習(xí)，不斷探究。

[1] 宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)必修1[M].北京:人民教育出版社,2010.

[2] 喬國才.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)必修1：教師教學(xué)用書[M].北京:人民教育出版社,2010.

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[4] 矯可慶.金屬鈉與水反應(yīng)的發(fā)散探究[EB/OL].[2011-11-07].http://www.pep.com.cn/gzhx/gzhxjs/jxyj_1/czsxjxyjjscg/201111/t20111107_1078804.htm.