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Fe3+与 Ag+氧化性强弱探究-开封高级中学王文娟

Fe3+Ag+氧化性强弱探究教学设计

 

1教学设计思路

1.1课题选择

选择Fe3+Ag+氧化性强弱比较作为一节实验探究课的课题,既有来自试题的启发,又有依该反应复习高中化学核心知识的考虑。2017年北京高考题涉及到Fe2++Ag+=Fe3++Ag,而高考模拟题中考查了Fe3++Ag=Fe2++Ag+,两个过程完全想法,针对其中的过程我做了大量实验,并通过查阅资料发现:Fe3+Ag+氧化性强弱相差不大,并且主要受浓度影响;而该反应可以将高中化学核心知识离子反应、氧化还原反应、电化学和化学平衡有机结合,提升学生的认知水平。

本节课通过Fe3+Ag+氧化性强弱的探究,将离子反应、氧化还原反应、电化学和化学平衡等知识进行整合,通过实验探究让学生理解实验条件的控制以及探究实验的操作过程,构建科学探究的思维模型,提高学生综合运用知识解决复杂问题的能力,培养学生的科学素养。

1.2学情分析

高三学生已初步建立基本的认知框架和设计简单实验解决问题的能力,需要在课堂上创设情境,提高学生综合运用知识深入解决问题的能力

1.3教学策略

POE教学策略,即预测(prediet)、观察(observe)、解释(explain),以学生探究为主,充分发挥学生主体作用。

2教学与评价目标

2.1教学目标

2.1.1通过铁盐与银镜和亚铁盐与硝酸银溶液的反应,培养学生观察分析和实验

探究能力。(宏观辨识与微观探析,科学探究与创新意识)

2.1.2利用原电池原理测定等浓度Fe3+Ag+的氧化性强弱,并运用化学平衡理论改变条件使化学平衡逆向移动,发展学生学科思维。(证据推理与模型认知,变化观念与平衡思想)

2.1.3构建科学探究的思维模型,提升学生综合运用知识解决复杂问题的能力。

(证据推理与模型认知)

2.2评价目标

2.2.1通过对Fe3+Ag+的氧化性强弱的探究实验设计方案的交流和点评,诊断并发展学生实验探究的水平。(孤立水平、系统水平)

2.2.2发展学生多视角认知和概括能力(孤立水平、概括水平)

3教学重点和难点

教学重点:综合化学主干知识通过实验探究Fe3+Ag+的氧化性强弱

教学难点:等物质的量浓度Fe3+Ag+的氧化性强弱比较

4教学资源

4.1实验素材:2mol/LFe(NO3)3溶液、1mol/LFe2(SO4)3溶液、2mol/LFeCl3溶液,有银镜的试管、0.1mol/L AgNO3溶液、0.1mol/L FeSO4溶液(pH3.4)0.1mol/L Na2SO4溶液(H2SO4,pH3.4)KSCN溶液、饱和FeCl3溶液、饱和NaCl溶液、试管若干、烧杯、pH传感器

4.2参考文献:

[1]杨华军.探究铁与硝酸酸化硝酸银溶液的反应[J].中学化学教学参考,2018,477(9):32-33

[2]候启玖,廖志刚.基于POE策略的问题解决模式在高中化学教学中的应用[J].林区教学,2019,262(01):97-99

[3]王兆龙.银离子与亚铁离子反应可逆性的热力学研究[J].化学教育(中英文),2019,40(13):89-90

[4]杨树芹,程真.清洗银镜新方法的实验探[J].化学教学,2012,(4):47-48

5教学流程

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

  

导入课题

传统清洗和回收银的方法

展示查阅的文献:FeCl3溶液可以清洗银镜

回答问题:传统方法:稀硝酸,会产生氮氧化物污染环境。

创设真实情境,激发学生探究欲望,引出课题

任务1:铁盐与银能否反应

 

实验用品:2mol/LFe(NO3)3溶液、1mol/LFe2(SO4)3溶液、2mol/LFeCl3溶液,有银镜的试管

 

【学生实验】

小组1:向有银镜的试管中加入少量2mol/LFe(NO3)3溶液。

现象:银镜溶解。

小组2:向有银镜的试管中加入少量1mol/LFe2(SO4)3溶液。

现象:银镜溶解。

小组3:向有银镜的试管中加入少量2mol/LFeCl3溶液。

现象:银镜溶解。

1. 真实情境有利于引发学生思考

2. 实验探究过程中,提高学生实验操作能力和观察分析问题能力,增强安全意识和劳动意识

3.通过回答问题,提高学生语言表达能力。

任务2Fe3+Ag+的氧化性强弱探究

环节1:引出问题

实验1得出结论:

Ag + Fe3+Ag+ +Fe2+,可以发生。

氧化性: Fe3+>Ag+

提出问题:电化学阳离子放电顺序:Ag+ >Fe3+

实验结论与学生已有认知产生冲突,激发学生探究欲望。

环节2:设计方案,实验探究

选择试剂,检验产物,排除干扰

实验用品:0.1mol/L AgNO3溶液

0.1mol/L FeSO4溶液(pH3.4)

0.1mol/L Na2SO4溶液             (H2SO4,pH3.4)

KSCN溶液,试管若干

【学生设计实验方案】选用FeSO4溶液与AgNO3溶液,KSCN溶液检验产物,Na2SO4溶液与AgNO3溶液反应排除干扰

【探究实验】

实验现象:向试管中加入1mL

0.1mol/LFeSO4溶液,再加入1mL0.1mol/L AgNO3溶液,刚开始有少量灰黑色沉淀,大约10s后产生大量灰黑色沉淀;加两滴KSCN溶液,变为血红色;再向试管中加入1mL0.1mol/L

Na2SO4溶液,再加入1mL0.1mol/L AgNO3溶液,无沉淀产生

提升学生对离子反应和氧化还原反应知识的运用能力,提高语言表达能力,培养学生基于实验现象的分析解决问题能力。

环节3:手持技术实验再探

【设疑再探究】

Fe3+的产生:Ag+氧化

还可能有哪些微粒氧化Fe2+

 

 

 

 

 

离子方程式:4Fe2++4H++O2=

4Fe3++2H2O3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++

NO+2H2O,都会消耗H+

如果氧气或NO3-发挥氧化作用,会使溶液的pH上升,引出pH传感器

 

实验用品:0.1mol/L AgNO3溶液20mL

0.1mol/L FeSO4溶液15mL

PH传感器,烧杯

 

实验现象:实验过程中体系的pH未发生明显变化,说明氧气和NO3-的氧化性作用不明显,主要是Ag+氧化Fe2+

学生讨论,得出以下两种假设:

①氧气氧化Fe2+ 

NO3-H+条件下氧化Fe2+(Fe2+水解显酸性)

 

通过分析提出假设发展学生微粒观,通过可视化的数字实验,将微观反应直观、定量呈现给学生,解决学生疑惑。

任务3

定量再探Fe3+Ag+的氧化性强弱

环节1提出假设并通过实验证明反应可逆

 

实验1结论:Fe3++AgFe2++Ag+ 

氧化性:Fe3+  > Ag+

实验2结论:Fe2++Ag+Fe3++Ag

氧化性:  Ag+>Fe3+ 

 

如何利用实验2证明?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

利用刚才测定pH过程中烧杯中的混合溶液,反应前加入的0.1mol/L FeSO4 溶液为15mL 0.1mol/LAgNO3溶液为 20mLAgNO3溶液过量,可以检验体系中是否还有Fe2+,加入铁氰 化 钾溶液,产生了蓝色沉淀。

说明:该反应确实是可逆反应:Ag+ +Fe2+ Ag + Fe3+

【提出猜想】该反应很有可能是可逆反应。

 

 

 

 

【提出方案】

反应物FeSO4溶液和AgNO3溶液反应时,FeSO4溶液过量,检测体系中是否还有Ag+,或AgNO3溶液过量,检测体系中是否还有Fe2+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

基于符号表征和实验证据,得出可逆反应的结论,为学生提供思考方向。

 

环节2:等物质的量浓度Fe3+Ag+的氧化性强弱比较

两次实验反应方向相反,从化学平衡移动因素角度考虑导致反应不同方向的原因?

 

 

提出问题:两者等物质的量浓度时,谁的氧化性更强?

 

 

 

 

 

 

 

 

Fe3+Ag+等物质的量浓度时,谁的氧化性更强?该反应为氧化还原反应,引导学生从氧化还原本质电子转移角度考虑,如何表征电子转移的方向?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

提供实验用品:灵敏电流计、0.1mol/L AgNO3溶液、

含有0.1mol/LFe3+0.1mol/LFe2+ FeSO4Fe2(SO4)3混合溶液,有盐桥的U型管

 

【小组讨论】

得出结论:溶液中影响化学平衡移动的因素有温度和浓度,而两次实验的温度基本相同,猜测是浓度不同所致。并且发现第一次实验中铁盐中Fe3+浓度为2mol/L,而第二次实验中Ag+浓度仅为0.1mol/L,所以猜测浓度不同,导致Fe3+Ag+氧化性顺序不同。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

提出方案?设计原电池:可以设计原电池,在灵敏电流计的两端接上导线,一端放入AgNO3溶液中,另一端放入含有等浓度的Fe3+Fe2+溶液混合中,我们就可以根据电子的流向判断正负极

 

 

 

【学生实验】

现象:灵敏电流计指针偏向银电极。

说明Ag电极为正极,电极反应为Ag++e-Ag石墨电极为负极,电极反应为Fe2+-e-Fe3+。由此说明两者等浓度时Ag+氧化性强于Fe3+

培养学生运用原电池模型解决氧化还原反应本质问题的能力,发展学生思维和证据推理与模型认知素养。

环节3:灵敏电流计指针向相反方向偏转?

提出问题:你能想办法让灵敏电流计指针向相反方向偏转?

 

 

 

提供实验用品:饱和FeCl3溶液、饱和NaCl溶液

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结论:Fe3+Ag+氧化性强弱与浓度有关,等物质的量浓度时Ag+Fe3+ ,浓度改变,氧化性强弱改变。

提出方案:

增加Fe3+浓度或

减小Ag+浓度

 

 

 

 

 

 

 

【探究实验】

学生1:向原电池装置中FeSO4溶液溶液一侧逐滴滴加饱和FeCl3溶液。

可以观察到:电流表指针偏向石墨电极方向。

学生2:向原电池装置中AgNO3溶液一侧逐滴滴加饱和NaCl溶液。

可以观察到:电流表指针向银电极偏转幅度逐渐减小到0刻度,直至向石墨电极方向偏转。

培养学生综合运用电化学与化学平衡知识解决复杂问题的能力,发展学生变化观念与平衡思想学科素养。

学以致用

你能设计实验证明:  

2Fe3++2I-  2Fe2+ + I2  是可逆反应吗?

学生得出两种方案

检测学生运用类比思维进行知识迁移的能力。

总结升华

和学生一同构建科学探究的思维模型:遇到与之前知识冲突的异常现象时,可以提出合理的猜想假设,接着设计方案,进行实验收集证据,最后分析论证,得出结论,在交流与合作中获得新知识。

学生总结

建构模型,提升学生综合运用知识解决复杂问题的能力。

课后实践

1.电镀锌其中一种工艺:加入氰化物与Zn2+形成配合物,这样做的目的是什么?

 

 2.查阅资料了解工业电镀锌、锡的原理

课后查阅资料

实现课堂知识的课后延伸。

 

7教学反思

本节课我精心设计三项探究任务以学生认知冲突层层递进,深入本质,最后与学生一起构建科学探究的思维模型,提高学生综合运用知识解决复杂问题的能力,顺利达成本节课教学目标,发展学生的化学学科核心素养。