教学设计
课题 铁及其化合物
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
1.教学内容分析
在前两课时创设“膳食补铁”、“注射补铁”基础上,本课时创设了“口服补铁剂”的情境,探秘第三代补铁剂,组织学生自主预测物质的性质并说明依据,进而设计实验、选取试剂以及预测产物与现象,不断优化方案,最后进行手持技术数字化实验验证性质,发展了学生“宏观辨识与微观探析”、“科学探究与创新意识”、“证据推理与模型认知”的核心素养;再通过解决如何“促进补铁剂吸收”的问题,探究铁元素三种价态物质间的相互转化,并将价类二维模型应用于真实问 题的解决中,将科学探究与价类思维进行有效融合,发展学生“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认知”的核心素养。通过对比研究补铁剂的不断发展历程,体会化学科学对社会生活的重要意义,培养学生“科学态度与社会责任”的核心素养。
2.学习者分析
学生在初中已经学习了铁及其化合物的部分性质,知道铁在日常生活中有着重要的用途;在必修一前两章,学生学习了离子反应,系统接触过氧化还原反应的特征和实质,初步建立起氧化剂和还原剂的概念,并且通过钠及其化合物、氯及其化合物的学习,学生已经初步构建了认识物质及其变化的物质类别视角;初步理解了基于实验学化学的思想,具备了一定的实验操作能力、观察分析问题的能力,以及基础科学探究所必备的素养。
3.学习目标确定
1.通过预测补铁剂中铁元素的化合价,结合信息,在教师的引导设计并完成实验探究,深入剖析微观本质的解释,学习Fe2+、Fe3+的检验方法,能利用氧化还原反应原理实现Fe2+向Fe3+的转化。发展学生科学探究与创新意识、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的核心素养。 2.通过思考“促进补铁剂吸收”的问题,自主设计实验完成Fe3+向Fe2+的转化,并构建完整的铁盐与亚铁盐的化学性质及转化关系,感悟化学对于生活的重要作用,培养学生变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的核心素养。 3.通过建立铁元素的价类二维关系模型,掌握认识元素及其化合物的视角,培养学生的模型认知能力。
4.学习重点难点
重点:学习Fe2+、Fe3+的检验方法,能利用氧化还原反应原理实现Fe2+向Fe3+的转化。 难点:建立铁元素的价类二维关系模型,掌握认识元素及其化合物的视角。
5.学习评价设计
6.学习活动设计
教师活动学生活动环节一:初步探究补铁剂成分教师活动1 【情境导入】 上节课我们知道了多糖铁复合物是注射补铁剂的研究和开发的重点方向,那口服补铁剂中的多糖铁复合物又有什么奥秘呢,今天我们一起来探究这盒第三代补铁剂,看看为什么能补铁?补的是哪种铁呢?怎么吃效果更好呢? 【教师】 请你根据第一小组的资料,猜测一下这盒药中铁元素可能的存在形式? 【教师】 没错,确实是一种铁盐,但到底是Fe2+还是Fe3+呢,我们可以用什么办法来验证呢? 【实验探究一】 我为每个小组都准备了一粒胶囊,请同学们将补铁胶囊拆开,仔细观察,并设计方案,动手实验,验证猜想。 【教师】 是的,在Fe2+或Fe3+含量较少的时候,也没有明显现象,因此这个方法并不能判断到底是Fe2+还是Fe3+。 【教师】 我们到底该如何更好地检验Fe2+和Fe3+呢?接下来老师给大家变个魔术。 实验演示分别往涂有KSCN溶液的纸质白玫瑰上喷洒FeCl3溶液与FeCl2溶液实验现象观察到喷FeCl3溶液的白玫瑰变成了红色(左),喷FeCl2溶液白玫瑰(右)则没有明显变化。
【教师】 这是因为含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN溶液时会变为红色,这是检验Fe3+非常灵敏的方法。 【实验探究二】 请大家以小组为单位,利用KSCN探究补铁剂中是否含有Fe3+。 【教师】 由于药物结构的差异,多糖铁复合物一般以分子形式被机体吸收利用,决定了酸才能破坏多糖铁复合物的性质。胃酸的中的HCl可破坏该药物结构,使Fe3+游离出来。 学生活动1 【第一小组分享资料】 【学生】 二价铁盐利于人体吸收,预测多糖铁复合物中铁元素存在形式为亚铁盐。 【学生】 加入NaOH,有白色沉淀生成,说明有Fe2+,有红褐色沉淀,说明有Fe3+。 【实验探究】 药物状态棕褐色固体粉末药物水溶液黄色液体作出假设含有Fe3+实验方案加入适量NaOH溶液实验现象无明显沉淀
【小组讨论原因】 可能Fe2+或Fe3+含量太少。 【学生】另取试管将药物溶于稀盐酸中,用于模拟胃酸的酸性环境。 实验方案往药物酸溶液滴加KSCN溶液 预测现象溶液变为红色实验现象溶液变为红色
【结论】药物酸溶液中有Fe3+。 活动意图说明:学生根据猜想初步设计实验方案,在认知冲突中,学习新的检验方法,改进方案;改进后仍无明显变化,进而寻找资料,重新设计方案,找到检验药物中Fe3+的方法,培养学生科学探究的思维,激发学生的学习热情,培养问题解决能力和有效沟通能力。环节二:再次探究补铁剂成分教师活动2学生活动2【教师】 那药物中有没有Fe2+呢?刚刚我们从物质类别的角度,选择了盐与碱反应的方法来检验,但是不够灵敏。看看有什么方法可以借助灵敏的KSCN溶液来检验含Fe3+的溶液中是否还存在着Fe2+呢?请同学们尝试从元素价态的角度来思考。 【试剂】 新制补铁药物酸(盐酸)溶液,酸性H2O2溶液,FeSO4溶液,0.1 mol/LKSCN溶液。 【手持技术仪器】 溶液红色加深,则对光线的吸收度增加,我们可以利用朗威色度传感器定量地测定反应过程中光吸收度随时间的变化。 【手持技术实验一】 请大家写出酸性H2O2氧化Fe2+的离子方程式,并设计实验验证Fe2+的存在。 【师生模型构建】 【小组讨论】 Fe2+化合价可以升高,具有还原性,可借助Fe2+的还原性,向药物酸溶液中加KSCN溶液,将混合液一分为二,向其中一份加入氧化剂H2O2。如果加入H2O2后颜色更红则表明有二价铁,反之则无。 【学生】 展示书写方程式:H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O 【实验探究三】 实验方案取药物酸溶液,滴加KSCN溶液,分为两份,其中一份再滴加三滴酸性H2O2溶液。分别将两份溶液放入色度传感器吸收池中,用计算机绘制吸收度-时间曲线。测量结束后,拿出吸收池对比颜色差异。预测现象未加酸性H2O2溶液组吸光度几乎未变化,红色较浅;加酸性H2O2溶液组吸光度随时间明显增加,红色较深。实验现象溶液先变为血红色,滴加酸性H2O2溶液后颜色未加深,吸光度随时间没有明显变化。
【手持技术数字化实验仪器】 【实验结论】多糖铁复合物中铁元素价态为Fe3+没有Fe2+。活动意图说明: 学生依据新的知识点为不断优化实验方案,并进行手持技术数字化实验,培养学生在科学探究的综合能力,发展证据推理与模型认知及科学探究与创新意识的化学学科核心素养。并将物质类别与元素价态两个视角综合起来,构建铁元素的价类二维图,培养知识建构能力、问题解决能力和有效沟通能力。 环节三:补铁剂发展史教师活动3学生活动3【教师】 补铁剂一代又一代地发展而来,是科学家们智慧的结晶,更是我们神奇化学世界的又一片新天地。 【学生】 小组资料分享: 活动意图说明 查阅资料,拓展视野,认识科学的发展历程,培养学生对化学的兴趣,形成科学发展改善人类生活的意识。培养学生科学态度与社会责任的核心素养。环节四:充分吸收补铁剂【教师】 我们知道Fe2+更易被人体吸收,请同学们结合价类二维图,想想如何促进补铁剂吸收?怎么吃效果更好? 【教师】 为大家提供以下试剂,请小组合作设计方案并用实验证明Fe3+具有氧化性,可以被转化为Fe2+。 【试剂】 补铁药物酸溶液,0.1 mol/LKSCN 溶液,维生素C(还原剂),Fe粉。 【教师】 请你写出Fe3+与Fe粉的离子反应方程式。 【教师】 维生素C的强还原性不仅可以促进第三代补铁剂的吸收,也可提高Fe2+的稳定性,将维生素C与硫酸亚铁并用,铁的吸收率可由2.6%提高至11.5%,英国首先将以维生素C为稳定剂的硫酸亚铁合剂收入药典。 【教师】 从说明书我们还看到补铁剂最好不要和鞣酸同服。茶水中含有鞣酸,因此补铁剂不能和茶水同服,这是为何呢?请同学们利用电导率传感器设计实验并进行探究。 【手持技术实验二】 实验名称:用电导率传感器探究茶水对补铁剂的影响。 实验用品:朗威电导率传感器、数据采集器、计算机、酸性FeCl3溶液、蒸馏水、茶水、烧杯、量筒、胶头滴管。 电导率传感器:电导率可以反映溶液中离子浓度。通过测量溶液电导率变化可定量反应溶液中微观离子浓度变化。 【总结提升】 我们通过探究第三代补铁剂中铁元素的存在形式,不断优化,得出了粉末状试剂的探究流程,首先根据试剂的结构特点,选择合适溶剂,再加入特征试剂进行检验,如检验Fe3+可以使用KSCN溶液。检验Fe2+时,我们一开始从物质类别的角度,选择通过盐和氢氧化钠生成氢氧化物的办法来检验,但是方案不可行,接着改进实验方案,利用氧化还原理论,将+2价的Fe2+氧化成+3价,借助新制氯水实现了Fe2+的检验,在解决“怎么吃效果更好”的问题时,通过还原剂将Fe3+还原成 Fe2+,促进补铁剂的吸收,完成Fe2+和Fe3+的相互转化,这就构建起了铁元素的价类二维图。 【学生】 铁离子化合价为+3价,具有氧化性,可用还原剂将Fe3+还原为Fe2+。 【实验探究四】 方案1方案2向药物酸溶液中加入KSCN溶液,溶液变为红色,再加维生素C粉末,红色褪去。向药物酸溶液中加入KSCN溶液,溶液变为红色,再加Fe粉,红色褪去,同时有气泡产生。 2Fe3++Fe=3Fe2+
【实验探究】 实验方案实验组:向烧杯中加入20 mLFeCl3溶液,随后加入20 mL茶水,测电导率随时间变化曲线。 对照组:向烧杯中加入20 mLFeCl3溶液,随后加入20 mL蒸馏水,测电导率随时间变化曲线。 实验现象 加入茶水的实验组电导率下降幅度比加蒸馏水的照组更大。实验结论茶水中的鞣酸与Fe3+生成难电离物质,不利于铁离子的吸收。
【学生总结】 活动意图说明: 应用价类二维图,解决物质间的相互转化问题,自主设计合理的实验方案,利用手持技术数字化实验直观把握微观离子反应过程,促进问题解决能力的发展,培养学生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识的学科核心素养。
7.板书设计
8.作业与拓展学习设计
9.特色学习资源分析、技术手段应用说明
1.创设了“口服补铁剂”的真实情境,在探秘第三代补铁剂的情境中,问题驱动,激发学习兴趣,促进学生化学学科核心素养全面发展。 2.创设了“NaOH检验Fe3+”、“用KSCN定性检验Fe3+”、“手持技术色度传感器定量检验Fe3+浓度变化”、“用KSCN和酸性H2O2检验Fe3+”、“用VC、还原铁粉还原Fe3+”、“手持技术电导率传感器探究茶水对补铁剂效果的影响”等探究实验,发展学生的实验探究能力以及合作交流意识,培养科学探究与创新意识的核心素养。 3.学生小组搜集整理了补铁剂说明书、补铁剂补贴原理、补铁剂发展历史等多种多样的资料,辅助学生对课程理解,培养学生科学态度与社会责任的核心素养。 4.利用手持技术数字化实验系统,实时定量地通过绘制曲线,将微观离子浓度直观呈现,充分发展学生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的核心素养。
10.教学反思与改进
“铁及其化合物”的单元教学打破了传统教学的习惯,设计具有进阶性的真实情境,在实验探究中引导学生利用信息分析和解决陌生复杂问题,帮助学生从核心元素化合价和物质类别的角度,认识和应用氧化还原反应原理,实现物质转化,提高了教学质量和效率,促进学生深度学习,全面提升学生的化学学科核心素养,也仍然需要在后续学习硫及其化合物、氮及其化合物等内容中进一步深入学习与强化。但是本教学设计中可能对学生回答和思路的预设不够丰富,需要在教学过程中灵活变化、动态调整。
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