师:今天我们学习高一人教版化学必修一第三章第一节铁及其化合物第二课时。本节课的学习目标如下:一是通过探究铁的氧化物、铁盐和亚铁盐的化学性质,能用化学方程式或离子方程式正确表示,体会实验对认识和研究物质性质的重要作用,形成证据意识;二是从物质类别和元素价态的视角,认识具有变价元素物质间的转化关系,建立认知模型,丰富研究物质的思路和方法;三是逐步形成科学探究的思维程序——实验反思、再实验、再反思。
上节课我们从元素组成及各类物质反应关系角度,分析了制备硫酸亚铁的几种方案,了解了每种方案的优缺点,也知道工业制备物质要结合成本高低、设备要求等选取最合适的反应原理。那制备硫酸亚铁还有其他方案可选吗?本节课我们继续补充完善铁元素价类二维图,同时补充制备硫酸亚铁的其他可行方案。
硫酸亚铁在农业上常用作铁肥,配成溶液喷洒在植物叶片上,可缓解植物缺铁症状。科学家证明,植物对亚铁离子的吸收能力更强,补铁效果远优于铁离子。那铁肥溶液该如何保存呢?这反映了硫酸亚铁的性质。接下来我们重点研究硫酸亚铁的化学性质。
由于硫酸亚铁在水中完全电离出亚铁离子和硫酸根离子,所以我们重点研究亚铁离子的性质。请同学们借助价类二维图分析预测亚铁离子的化学性质。从物质类别看,亚铁离子属于盐类,具有盐的通性,可发生复分解反应,生成沉淀或弱电解质。从价态角度看,亚铁离子处于中间价态,化合价既能升高又能降低,因此亚铁离子既具有氧化性又具有还原性。课本也对认识元素及其化合物性质的视角进行了方法导引,基于物质类别和元素价态,还能设计物质间的转化途径,理论与实际相结合,形成证据意识。
请同学们设计实验验证亚铁离子的化学性质并填写表格。首先,我们选择用锌片和硫酸亚铁反应来验证亚铁离子具有氧化性。依据亚铁离子和锌反应的离子方程式,可预测银白色的铁附着在锌片上,但现象可能不明显。实际情况如何呢?请同学们观察视频并记录实验现象。
生:我们明显看到锌表面附着黑色固体,而铜片与之反应无明显现象。
师:通过对比实验可知,亚铁离子可以氧化锌但不能氧化铜,所以亚铁离子具有一定氧化性,但不能氧化像铜这种较弱的还原剂,即亚铁离子具有弱氧化性。实验中我们观察到黑色固体附着在锌片上,与预期不符,怎么解释呢?其实这黑色固体就是铁单质,颜色不同是光学原因导致,比如铁片或铁块是银白色,而铁粉是黑色。
接下来实验二,验证亚铁离子的还原性。新制氯水和酸性高锰酸钾溶液都是常见强氧化剂。向酸性高锰酸钾溶液中滴加硫酸亚铁溶液至过量,依据氧化还原反应原理,可推测酸性高锰酸钾被还原成二价锰离子,亚铁离子被氧化成铁离子,预测现象为高锰酸钾溶液褪色,溶液变为黄色。同学们请看实验视频。
生:实际现象与预测相同。
师:所以亚铁离子具有还原性。向硫酸亚铁溶液中滴加少量锌粒,依据离子方程式,预测溶液由浅绿色变为黄色,但实际实验中反应前后对比现象不明显。那怎么证明该氧化还原反应发生了呢?可以通过检验产物的方法来证明。接下来我们了解实验室检测三价铁离子的方法。
已知氯离子和硫酸根离子对实验无干扰,分别向硫酸亚铁溶液和氯化铁溶液中滴入几滴无色硫氰化钾溶液。对比实验现象可知,亚铁离子遇硫氰化钾无明显现象,铁离子遇硫氰化钾反应生成红色物质。这种方法能灵敏辨识铁离子,所以向硫酸亚铁溶液中滴加硫氰化钾无明显现象,再加入新制氯水,若溶液变红,则证明反应发生了。请同学们观看视频。
实验三,我们选择硫酸亚铁和氢氧化钠溶液混合来验证亚铁离子与碱的反应。请同学们看视频。
