基于學(xué)科觀念建構(gòu)的高三元素化學(xué)復(fù)習(xí)

張金怡

摘要：元素化學(xué)知識并不能孤立的存在，它與其它內(nèi)容相互融合，是化學(xué)學(xué)科中變化觀、實(shí)驗(yàn)觀等學(xué)科觀念的載體與體現(xiàn)。在高三復(fù)習(xí)的過程中，應(yīng)減少對元素化學(xué)中事實(shí)性知識的背誦，而是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)從化學(xué)的視角認(rèn)識元素及物質(zhì)，形成解決問題的思想、觀點(diǎn)和方法。

關(guān)鍵詞：元素化學(xué);學(xué)科觀念;高三復(fù)習(xí);高考試題

文章編號：1008-0546（2019）02-0048-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

一、問題的提出

元素化學(xué)是高中化學(xué)教學(xué)的組成部分，它以元素周期表為依托，是系統(tǒng)描述元素單質(zhì)及化合物組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途、存在和制備的知識。唐有棋院士曾多次指出：“化學(xué)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，元素化學(xué)知識也是高考考查的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，《2018年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試（選修科目）說明》中就有明確要求：“了解常見金屬和非金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)和重要應(yīng)用”。

但是，元素化學(xué)知識并不能孤立的存在，它與其它內(nèi)容相互融合，是化學(xué)學(xué)科中變化觀、實(shí)驗(yàn)觀等學(xué)科觀念的載體與體現(xiàn)。如何在高三復(fù)習(xí)的過程中，減少對元素化學(xué)中事實(shí)性知識的背誦，而是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)從化學(xué)的視角認(rèn)識元素及物質(zhì)，形成解決問題的思想、觀點(diǎn)和方法。筆者以“鐵的化合物專題復(fù)習(xí)”為例，進(jìn)行了嘗試。

二、“鐵的化合物專題復(fù)習(xí)”教學(xué)設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)思想

在人類認(rèn)識的金屬元素中，鐵是較早被人類認(rèn)識的一種金屬，鐵和鐵的化合物對人類社會(huì)的發(fā)展都起到了重要作用，圍繞含鐵化合物有關(guān)知識的試題更是在高考中頻頻出現(xiàn)。通過高一、高二的學(xué)習(xí)及高三一輪復(fù)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)建立了對鐵的化合物基本性質(zhì)以及對氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、化學(xué)平衡等基本化學(xué)理論和概念的認(rèn)知。

基于上述思考，本節(jié)課的設(shè)計(jì)從有關(guān)鐵及其化合物的高考真題找尋切人口，結(jié)合探究實(shí)驗(yàn)升華學(xué)科觀念的應(yīng)用，再回歸到高考試題中總結(jié)解題的方法。一方面提升了化學(xué)思維的品質(zhì)，加深了對鐵及其化合物性質(zhì)、用途的理解，另一方面則感知了開展科學(xué)研究的一般歷程。

2.教學(xué)目標(biāo)

（1）復(fù)習(xí)三氯化鐵與金屬鐵、銅之間的化學(xué)反應(yīng)，探究含三價(jià)鐵離子的溶液與單質(zhì)銀發(fā)生的反應(yīng)。

（2）運(yùn)用化學(xué)理論知識分析和解釋具體的化學(xué)反應(yīng)，探尋某個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生所需要的特定條件，能尋找合適的方法改變化學(xué)反應(yīng)的方向。

（3）了解化學(xué)平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用及其對工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的重要意義，增強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)限度的認(rèn)識。

3.教學(xué)方法

圍繞“三價(jià)鐵是否可以腐蝕銀”，組織學(xué)生開展合作探究，實(shí)現(xiàn)在活動(dòng)中掌握學(xué)科知識、滲透學(xué)科觀念、總結(jié)解題方法。

4.教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：知識梳理一一灘失鹽和亞鐵鹽的性質(zhì)和應(yīng)用

【問題】鐵是我們非常熟悉的一種元素，它的單質(zhì)在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。鐵的化合物也有很多用途。你能用你掌握的化學(xué)知識解釋生活中的這些化學(xué)問題嗎？

【投影】一站到底（表1）

【問題】你能預(yù)測FeCl₃與汞之間發(fā)生了什么反應(yīng)？

【問題】由此可見，物質(zhì)的用途主要與其性質(zhì)有關(guān)。從以上的討論你總結(jié)出Fe²⁺、Fe³⁺別具有怎樣的性質(zhì)？

【總結(jié)】亞鐵鹽由于其強(qiáng)還原性和水解性，用于防氧化劑和凈水劑，F(xiàn)e³⁺由于其氧化性和易水解的特點(diǎn)，通常用于水處理劑、醫(yī)用凝血?jiǎng)?、金屬蝕刻劑，還可以用于處理汞泄漏。

【板書】物質(zhì)的用途主要與其性質(zhì)有關(guān)

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)了“一站到底”的問答活動(dòng)，喚起了學(xué)生對鐵及其化合物性質(zhì)的認(rèn)識，使學(xué)生充分體會(huì)到化學(xué)物質(zhì)在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用，樹立“性質(zhì)決定用途、用途體現(xiàn)性質(zhì)”的化學(xué)物質(zhì)觀。借助于這樣的活動(dòng)形式，很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生之間的思維火花在課堂上不斷碰撞。在此基礎(chǔ)上，也順理成章地引出了本節(jié)課的學(xué)習(xí)重點(diǎn)，即含三價(jià)鐵離子溶液在金屬刻蝕中的應(yīng)用。

環(huán)節(jié)二：問題研究——三價(jià)鐵能否刻蝕金屬銀

【過渡】今天，對于鐵的化合物的應(yīng)用，我們重點(diǎn)來探討金屬蝕刻的問題。

【問題】Fe³⁺作為蝕刻劑，用于蝕刻什么金屬材料？（鐵、銅）不錯(cuò)，F(xiàn)e³⁺用于蝕刻鐵、不銹鋼、銅（投影一些圖片），印刷線路板（投影圖片）。

【板演】寫出FZC13腐蝕鐵、銅的離子方程式：

2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺

【問題】請你預(yù)測一下Fe³⁺溶液能夠腐蝕Ag嗎？為什么？

【回答】學(xué)生預(yù)測：

假設(shè)1：氧化性：Fe³⁺+

【板書】Fe²⁺+Ag⁺=Fe³⁺+Ag（分析：黑色顆?？赡苁倾y，Ag⁺從+1價(jià)化合價(jià)下降，F(xiàn)e²⁺化合價(jià)升高）

【問題】那你能否設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證反應(yīng)的發(fā)生？

【討論回答】在反應(yīng)后的溶液中滴入KSCN，如果溶液變?yōu)檠t色，則證明生成了Fe³⁺，從而證明了反應(yīng)的發(fā)生。

【追問】實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)嗎？有沒有需要改進(jìn)的地方？

【討論回答】亞鐵鹽易被氧化，所以要通過向原FeSO₄溶液中加入KSCN溶液，作為對照實(shí)驗(yàn)來排除空氣中的氧氣氧化Fe²⁺帶來的干擾因素。

【結(jié)論】Ag⁺+Fe²⁺=Ag+Fe³⁺;氧化性：Ag⁺>Fe³⁺;Fe³⁺無法蝕刻銀，假設(shè)1成立。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)1】向銀鏡中滴加Fe（NO₃）₃溶液。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：銀鏡溶解。結(jié)論：硝酸鐵可以溶解銀。

【投影】應(yīng)用：寶石工藝中緩慢、安全蝕刻銀及其合金。

【問題]可能發(fā)生了什么反應(yīng)？

【板書】（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。

【問題】對于你的分析，如何進(jìn)一步論證？

【回答】（1）在高錳酸鉀溶液中滴人實(shí)驗(yàn)后的溶液，溶液的紫紅色褪去，或在六氰合鐵（Ⅲ）酸鉀溶液滴入實(shí)驗(yàn)后的溶液，生成藍(lán)色沉淀，則證明Fe²⁺的存在，即發(fā)生了Fe³⁺+Ag=Ag⁺+Fe²⁺的反應(yīng)。

（2）用同pH的硝酸與銀，銀鏡溶解。則Fe（NO₃）₃水解生成HNO₃，HNO₃再溶解了Ag的反應(yīng)也有發(fā)生。

【問題]結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)及討論，你得出什么結(jié)論？

【板書】是可逆反應(yīng)。

【小結(jié)】化學(xué)反應(yīng)限度是化學(xué)變化中普遍存在的現(xiàn)象;反應(yīng)物濃度大小影響著可逆反應(yīng)的方向。

設(shè)計(jì)意圖：含F(xiàn)e³⁺的溶液可以蝕刻金屬銅和鐵，學(xué)生是非常熟悉的，而Fe³⁺是否可以蝕刻金屬Ag，學(xué)生中存在著兩種不同的答案，有的認(rèn)為可以，有的認(rèn)為不可以。而結(jié)果究竟是什么，則引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來論證。經(jīng)過兩組實(shí)驗(yàn)的研究，促使學(xué)生經(jīng)歷了一次從“發(fā)現(xiàn)問題一理論分析一預(yù)測假設(shè)一實(shí)驗(yàn)論證一得出結(jié)論”的探索之旅。在加深對元素化合物性質(zhì)理解的同時(shí)，也使學(xué)生認(rèn)識到了化學(xué)反應(yīng)中的復(fù)雜性與多樣性。促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)限度觀等化學(xué)觀念的理解，學(xué)會(huì)從不同的角度來分析和理解化學(xué)反應(yīng)的過程。

環(huán)節(jié)三：深入理解——條件改變對化學(xué)反應(yīng)方向的影響

【問題】如果我們避開NO₃^-的使用，將Fe（NO₃）₃溶液換成FeCl₃溶液可以嗎？

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)2]向銀鏡中滴加FeCl₃溶液?，F(xiàn)象：有白色沉淀生成。

【問題】如何理解并解釋你所觀察到的現(xiàn)象？

【回答】因?yàn)樯闪寺然y白色沉淀，降低了銀離子的濃度，促使Fe²⁺+Ag向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。

【結(jié)論】利用反應(yīng)改變平衡體系中某種物質(zhì)的濃度，從而改變平衡移動(dòng)的方向。

【問題】對于Ag⁺+Fe²⁺這個(gè)可逆反應(yīng)，還有什么方法可以調(diào)整其反應(yīng)逆向進(jìn)行？（電化學(xué)原理）

【回答】還可以利用電化學(xué)原理，設(shè)計(jì)以銀為陽極，石墨為陰極，含F(xiàn)e³⁺的溶液為電解質(zhì)的電解池。

氧化反應(yīng)：Ag-e^-=Ag⁺（陽極）

還原反應(yīng)：Fe³⁺+e^-=Fe²⁺（陰極）

【結(jié)論】利用電化學(xué)原理，使得氧化還原反應(yīng)向著我們希望的方向進(jìn)行。

【問題】今后我們要調(diào)整氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向，有什么方法？

【回答】電解的方法。

【總結(jié)】Ag⁺+Fe₂₊Ag+Fe³⁺

從平衡移動(dòng)的角度：改變反應(yīng)物或者生成物的濃度從而改變化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向。

從電化學(xué)反應(yīng)的角度：使氧化還原反應(yīng)向著希望的方向進(jìn)行。

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論，借助化學(xué)學(xué)科觀念的引領(lǐng)，進(jìn)一步深入剖析Fe³⁺溶液對金屬銀的蝕刻。分別從化學(xué)平衡的角度和電化學(xué)原理的角度，理解外界條件的改變對于化學(xué)反應(yīng)方向的影響，凸顯化學(xué)反應(yīng)的可控性。

環(huán)節(jié)四：回歸高考方法總結(jié)

【投影】某研究性學(xué)習(xí)小組在網(wǎng)上收集到如下信息：Fe（NO₃）₃溶液可以蝕刻銀，制作美麗的銀飾。他們對蝕刻銀的原因進(jìn)行了如下探究：

[實(shí)驗(yàn)]制備銀鏡，并與Fe（NO₃）3溶液反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)銀鏡溶解。

[提出假設(shè)]

假設(shè)1：___________________________________。

假設(shè)2：Fe（NO₃）₃溶液顯酸性，在此酸性條件下HNO₃能氧化Ag。

[設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證假設(shè)]

（1）甲同學(xué)從上述實(shí)驗(yàn)的生成物中檢驗(yàn)出Fe²⁺，他可能得出的結(jié)論是：

（2）乙同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)2，請幫他完成下表中內(nèi)容（提示：NO₃^-在不同條件下的還原產(chǎn)物較復(fù)雜，有時(shí)難以觀察到氣體產(chǎn)生）。

[思考與交流]

（3）甲同學(xué)驗(yàn)證了假設(shè)1成立，若乙同學(xué)驗(yàn)證了假設(shè)2也成立。則丙同學(xué)由此得出結(jié)論：

Fe（NO₃）₃溶液中的Fe³⁺+和NO₃^-都氧化了Ag。

你是否同意丙同學(xué)的結(jié)論，并簡述理由：________。

【總結(jié)】今天這節(jié)課，我們對于Fe³⁺溶液是否能夠腐蝕Ag進(jìn)行了研究，以元素化合物的性質(zhì)為基礎(chǔ)，并借助理論進(jìn)行分析和預(yù)測，最終通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。這正是我們研究問題的基本思路和方法。同樣，對于高考綜合題的分析也需要通過這種思維方法展開，融會(huì)貫通、綜合應(yīng)用。大家可以看到這道高考題，正是我們這節(jié)課所探討的內(nèi)容，相信通過今天的學(xué)習(xí)，你對這類綜合題如何人手分析，一定有所收獲！

設(shè)計(jì)意圖：通過對高考試題的展示，學(xué)生驚訝地發(fā)現(xiàn)，整節(jié)課所討論和研究的問題，正是源自于高考試題。所以說，高考試題的編制，正是基于實(shí)驗(yàn)探究的過程再現(xiàn)，它并沒有想象的那樣神秘。將實(shí)驗(yàn)探究過程中的思路方法，應(yīng)用在對高考試題分析的過程中，就能較好地理解題意，找到解題的突破口。

5.教學(xué)反思

首先，傳統(tǒng)的中學(xué)理科復(fù)習(xí)課著重關(guān)注知識結(jié)構(gòu)的建構(gòu)和完善以及解題技能的強(qiáng)化和熟練。因此，往往是課上教師滔滔不絕，課后學(xué)生苦渡題海。實(shí)踐表明，長期以這樣的方式復(fù)習(xí)，缺乏對學(xué)生新奇感的刺激和挑戰(zhàn)欲的激發(fā)，損失了學(xué)習(xí)的樂趣和深層思維的樂趣，損失了交流傾聽和動(dòng)手探究的樂趣，這樣的復(fù)習(xí)很有可能是低效甚至無效的。

因此本節(jié)課的設(shè)計(jì)，立足突破以往高三復(fù)習(xí)做題講題的常規(guī)模式，而是以高考試題為模型，以實(shí)驗(yàn)探究為主體，真實(shí)還原了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究過程和高考試題產(chǎn)生的過程。讓學(xué)生在做中學(xué)，在做中去思考。還記得當(dāng)我?guī)е鴮?shí)驗(yàn)儀器走進(jìn)教室時(shí)，學(xué)生臉上綻放出來的喜悅。正如蘇霍姆林斯基說過：“每個(gè)青少年內(nèi)心都渴望自己是一個(gè)探索者和研究者。”而實(shí)驗(yàn)探究的設(shè)計(jì)恰恰滿足了學(xué)生內(nèi)心的渴望。課堂上，學(xué)生積極主動(dòng)、思維活躍，參與度很高。這也促使了教學(xué)目標(biāo)很好的達(dá)成。課堂教學(xué)模式的變化，使教師從機(jī)械灌輸?shù)絾栴}引導(dǎo)，學(xué)生從被動(dòng)接受到主動(dòng)探究。

其次，課程標(biāo)準(zhǔn)和考試說明對學(xué)生的思維和能力的培養(yǎng)都提出了明確要求。然而思維方式是過程性的，內(nèi)隱性的，所以教師在呈現(xiàn)學(xué)科知識時(shí)表現(xiàn)出的思維方式是最重要的一種示范，所謂言傳不如身教。只有教師自身邏輯有條理，學(xué)生才能邏輯有條理。

本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)為線索，以層層遞進(jìn)的問題將學(xué)科知識串聯(lián)起來，而學(xué)科思維方式則是一條內(nèi)隱的線索。對于規(guī)律和方法也并不是直接告知，而是讓學(xué)生在探索中自己去感悟，就如同畫圖上留白，這樣的課堂也才更有“味道”。以這樣的方式來開展元素化合物的高三復(fù)習(xí)，對學(xué)生來說他們收獲的不是簡單地學(xué)會(huì)了怎樣去解決一道題，而是提升了從化學(xué)的視角去思考和分析問題的能力，正所謂“授人以魚不如授人以漁”。

當(dāng)然，思維方式的形成不能一蹴而就，需要長期地實(shí)踐與探索，需要老師對學(xué)科知識有深刻的認(rèn)識，也是致力追求的目標(biāo)與方向。

參考文獻(xiàn)

[1]B.A.蘇霍姆林斯基.給教師的建議[J].北京：教育科學(xué)出版社，1984