有关铁及铁的化合物的一组实验探究.doc

有关铁及铁的化合物的实验探究
江都市昭关中学 周志源
【复习目标】：
一、知识与技能：
了解铁及铁的氧化物的相关性质。
二、过程与方法：
1、培养学生综合分析能力及获取图文等新信息的能力；
2、培养学生总结归纳能力。
三、情感态度和价值观：
通过实例探究，使学生认识到实验对于化学的重要性。
【重点、难点】：
1、如何从图文等外在信息获取有价值的信息
2、应用所学知识解决综合应用题。
【说课方法】：说过程
【教具准备】：多媒体展示台
【课时安排】：一课时
【教学过程】：
【复习导入】：
【教师】：在我们的生活中，使用最为广泛的金属是什么？你知道它有哪些对应的化合物（含氧化物），它们又有哪些值得注意性质。
【学生】：简单讨论、回答。
【教师】：今天，我们就围绕铁及铁的化合物展开实验探究。
【投影展示】：探究实例一：探究CO在加热条件下和Fe2O3反应的生成物。
Fe2O3
A
B
C
【例1】：小岳等同学在学习铁冶炼原理知识时，在老师的指导下做了如下图所示实验并进行了深入的探究：
Ⅰ、说出右侧装置中化学仪器的名称：A ，
B ，C ；
Ⅱ、探究实验中仪器B中物质的颜色变化：
实验过程中，小叶发现仪器B中红棕色物质先全部
变成黑色，最终又有部分变成红棕色。你认为最可能的
原因是 。经检查，确认操作没有错误，且匀速通入CO。
为探究此过程中颜色变化的原因，小叶做了如下实验：

实验步骤
实验现象
实验结论
第一步
用磁铁吸引B中的黑色物质
黑色物质（粉末状）附着在磁铁上全被吸引出

第二步
取第一步剩余红棕色物质少许加入稀盐酸中

该红棕色物质是Fe2O3
通过实验，你认为B中出现如此颜色变化的原因是 ；还可以通过什么实验验证？ ；
Ⅲ、通过Ⅱ中第一步实验现象，大家一致认为该黑色物质是Fe粉，并设计了如下实验进行验证：

实验方案
实验现象
甲
取少量黑色粉末加入30％热的盐酸中
无气泡、溶液颜色变成黄绿色
乙
取少量黑色粉末加入硫酸铜溶液中
无任何现象，但黑色粉末可被磁铁感应
丙
取黑色粉末均匀铺在纸槽中，在一端点燃
黑色粉末连续燃烧，生成红棕色粉末
通过上述3个实验，大家觉得非常困惑，小岳查阅资料如下：
资料一：Fe2O3和CO反应是逐步进行的，铁的氧化物的热稳定性顺序是FeO（黑色）＞Fe3O4＞Fe2O3；
资料二：在用酒精灯加热（400℃-500℃）条件下，CO很难和Fe2O3反应生成Fe；
资料三：FeO不能被磁铁吸引，纳米Fe粉和Fe3O4粉末在空气中都能燃烧；
结合资料综合分析，回答下列问题：
1、生成的黑色物质应为 ，写出仪器B中反应的化学方式 ；
2、写出黑色粉末和热的盐酸反应的化学方程式 ，该反应可以看作 反应（填基本反应类型）；
3、写出黑色粉末在空气中燃烧的化学方程式 ；
Ⅳ、为证实上述结论，大家又想到了对黑色物质的组成进行定量测定的方法，下表是同学们测得的数据，请分析并回答相关问题。
第一组
第二组
实验前B中物质质量/g
实验后B中物质质量/g
实验前C中物质质量/g
实验后C中物质质量/g
8.0
7.76
10.0
10.44
备注
实验结束后，B中剩余红棕色物质0.8g

（1）对于上述两组数据，你认为不能用来测定黑色物质组成的一组是 ，理由是 ；若用该组数据测定黑色物质中Fe元素质量分数，测定结果将 （填“偏小”、“偏大”或“不变”）；
（2）试根据另一组数据计算出黑色物质的化学式，确证上述探究结论。

Ⅴ、反思评价：
1、本实验给你哪些启示？（说出一点即可）
；
2、请你结合其他例子谈谈实验条件对化学反应的重要性。（举出一例即可）
。
【学生】：分组讨论、做出分析。
【教师】：点拨。
【小结】：本文是取材于2007年《化学教学》第11期由重庆巴蜀中学刘怀乐老师撰写的《一氧化碳还原氧化铁的实证探索和教学思考》一文，经过加工，编成这道综合探究题，既有定性研究，也有定量研究。具体考察了如下内容：a、实验仪器识记；b、一氧化碳还原氧化铁实验的操作步骤；c、化学方程式书写；d、化学反应类型识别；e、有效阅读图文信息的能力；f、根据实验数据进行定量分析的能力。本题有几个难点需要分化，具体如下：a、探究B中物质颜色的变化原因；b、探究实验后B中黑色物质的组成（定性、定量两个方面）；c、实验误差分析。这些都需要学生能将在已有所学知识基础上再深化、再提高。
【投影展示】：探究实例二：探究铁在高温条件下和H2O（气）反应的固体产物。
【例2】：小岳记得在学习金属活动性顺序的应用时，老师曾说过一般不会用K、Ca、Na等活泼金属和盐溶液进行置换反应，因为这些金属能直接和水发生反应生成对应的碱和氢气。小岳查阅资料如下：
【资料卡片】：
1、Na和冷水剧烈反应，2Na + 2H2O == 2NaOH + H2↑；
2、镁和冷水反应缓慢，和沸水反应剧烈，Mg + 2H2O == Mg(OH)2 + H2↑；
3、Al和沸水反应非常缓慢，2Al+ 6H2O == 2Al(OH)3 + 3H2↑；
Ⅰ、从上述资料中，你能得出金属和酸反应的条件和产物有何不同和相似之处？
1、相同点： ；
2、不同点： 。
Ⅱ、小岳对此非常好奇，在老师的帮助下，查阅了相关资料并做了铁粉在高温条件下和水蒸气的反应，装置如下图所示：
【资料卡片】：
A、铁的氧化物的热稳定性顺序是FeO（黑色）＞Fe3O4＞Fe2O3，且Fe3O4有磁性；
B、Fe2O3分解温度在1400℃以上，Fe3O4分解温度在1538℃以上；
C、Fe(OH)2是一种白色固体，在空气很快变成灰绿色，最终变为红褐色。

实验进行2分钟后，用燃着的木条点燃肥皂泡，可以观察到一团黄色火焰。同时发现玻璃管内灰黑色物质先红热，最终变成黑色晶体，整个实验持续10分钟左右。
1、你认为该反应为什么要在高温下才能进行？ ；
2、黄色火焰的产生，说明该反应生成了 ，在点燃该气体前，一定要 ；
3、实验结束后，所进行的实验操作应该是先 ，后
。这样做的目的是 。
Ⅲ、通过Ⅱ中的实验现象，大家对反应后玻璃管中残留的黑色物质的成分猜想如下：
1：Fe(OH)3；2：Fe(OH)2；3：FeO；4：Fe2O3；5： ；6 。（可多填）
甲同学认为：猜想1、2、4明显错误，理由是 ；
对于其他猜想，同学们又做了如下实验：

实验方案
实验现象
甲
将磁铁靠近黑色粉末
黑色粉末可被磁铁全部吸引
乙
取少量黑色粉末加入稀盐酸中
有气泡
甲同学根据实验现象，认为此黑色物质是Fe3O4，但对于他的结论，乙同学认为不妥，他的理由是 ；
根据甲、乙两同学的实验，还可以排除猜想 ，理由是
；
为进一步确认此黑色物质，同学们再次进行了实验：
实验方案
实验现象
结论或化学方程式
1、取实验后的黑色粉末，加入足量的A溶液，搅拌使反应充分。
黑色物质表面有红色物质，溶液颜色出现较浅的绿色，烧杯底部仍有较多黑色物质

2、过滤、洗涤、干燥，再用磁铁吸引
黑色物质可被磁铁全部吸引，留下红色固体
被磁铁吸引的物质是
结合资料综合分析，回答下列问题：
（1）玻璃管中残留的黑色物质应为 ，铁粉和水蒸气在高温下反应的化学方程式为： ，属于 反应；
（2）实验1中的A溶液为 溶液，加A溶液的目的是 。
Ⅳ、丙同学用定量的方法确定实验后玻璃管中黑色物质的组成。方案如下：
将5.6gFe粉和足量的H2O（气）充分反应后，得到7.2g黑色固体，再将此黑色固体加入150g足量稀盐酸中继续反应，充分反应后，称得烧杯内溶液质量为157.15g。请根据上述数据计算出7.2g黑色物质的组成，确证上述探究结论。（写出计算过程）

Ⅴ、反思评价：
1、该氧化物又可以经过此反应的逆反应生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击或加热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。写出此反应的化学方程式：
；
2、砖窑用粘土烧制青砖（颜色发黑的砖）时，窑内温度可达1150℃，Fe2O3和H2反应生成FeO，写出该反应的化学方程式 。
【学生】：分组讨论、做出分析。
【教师】：点拨。
【小结】：本文是取材于2008年《中学化学教学参考》第8期由浙江东阳中学史良君老师撰写的《铁与水反应的教学模式分析》一文，经过提炼，糅合编制而成这道综合探究题，既有定性分析，也有定量分析。具体考察了如下内容：a、金属活动性顺序表的识记；b、实验步骤；c、化学方程式书写；d、化学反应类型识别；e、有效阅读图文信息的能力；f、根据实验数据进行定量分析的能力。另本题有几个难点需要分化，具体如下：a、探究不同金属和水反应的条件；b、探究实验后试管中黑色物质的组成（定性、定量两个方面）；c、在原有认知基础上再认识，再提高。
【投影展示】：探究实例三：探究食品脱氧剂的组成。
【例3】：（2008 南通）阳光牌小包装“脱氧剂”成分为Fe粉，活性炭及少量NaCl、水。使用一段时间后，其中的Fe粉会因生成氧化铁而变质。某化学兴趣小组欲探究使用过的阳光牌“脱氧剂”的变质程度（已变质的Fe粉占变质前Fe粉的质量分数），设计并进行如下探究过程。
步骤一：取食品包装袋中的阳光牌“脱氧剂”一袋，将里面的固体溶于水，过滤、洗涤、干燥滤渣。
步骤二：取步骤一中的滤渣8.0g，加入足量的稀硫酸与滤渣充分反应，过滤、洗涤、干燥得固体1.2g。
步骤三：取步骤二中的滤液，加入足量的NaOH溶液，得到的固体经洗涤后转移到坩埚中，充分加热、冷却、称量，得到8.0g氧化铁（注：滤液中的Fe元素已全部转化为氧化铁）
求：（1）8.0g滤渣中Fe和氧化铁两种物质的总质量；
（2）该“脱氧剂”在未变质时，Fe粉和活性炭的质量之比；
（3）该“脱氧剂”的变质程度。
【学生】：分组讨论、做出分析。
【教师】：点拨。
【小结】：本题是2008年南通市中考题，也是一道压轴好题。本题直接来源于生活，亲切感十足。试题中也没有具体的反应细节，显得非常简练、明晰。在解题过程中，可以补充试题中的反应细节，让学生了解反应原理，加深对本题的认识。
和铁相关的实验探究题还可以从下列事实中获取，如：铁丝在氧气中燃烧为什么会火星四射？铁与生命动力（琥珀酸亚铁片剂中铁元素的测定）；实验室制取纯净的氢氧化亚铁；市售“暖宝宝”的成分探究；铁锈的对比实验及铁锈组成的定量测定等。
总之只要我们善于挖掘，通过试题再现探究过程，从而从根本上学生的分析、归纳能力。当然也要杜绝虚伪的、毫无意义的探究。
【学生】：交流学习体会、小结。
【教师】：总结、回顾。
【作业】：查阅关于“暖宝宝”、抗贫血药“速力菲”等含铁商品的资料。