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项目式学习:制备并保存氢氧化亚铁
一、使用教材
出版社名称:人民教育出版社
学段:高中
年级:高一
教材名称:普通高中教学书化学(2019版)
册次:必修第一册
课次:第三章铁金属材料
课程名称:铁及其化合物
二、实验器材
(一)实验仪器:OD溶解氧传感器、注射器、注射针、负压采血管、烧杯、试管、试管架、
铁架台、数码相机、容量瓶、托盘天平、玻璃棒、胶头滴管、酒精灯、三脚架
(二)实验试剂:NaOH、绿矾、铁粉、稀硫酸、蒸馏水、双氧水、硝酸铵、氯化钠、苯、
煤油、蔗糖、四氯化碳、植物油、温度计、无水乙醇
三、实验创新要点
(一)定性改进成果——开放了1种长久保存Fe(OH)2的高效装置,白色沉淀能稳定存在
300天以上。
若用低浓度NaOH溶液,在真空采血管中进行实验:
(1)操作简单。
即便在注入硫酸亚铁时会引入极少量空气。但这已能完全满足课堂实验需求,3种颜色同时
间稳定存在,正好结合氧化还原反应知识进行解释,为Fe2+的还原性提供实验依据。
(2)气密性好。
当管内残留的氧气耗尽时,不再有新的红褐色沉淀形成,白色沉淀且能长时间保存。
(3)经济实惠。
真空采血管2毛钱一支,还能利用注射器抽气再次接近于真空,可重复使用;去掉胶帽后,
还能充当小试管。
(二)定量改进成果——发明了1种制备Fe(OH)2的新方法,无需复杂装置,在普通试管中
完成。
用0.28mol/LFeSO4溶液,与浓度大于7.5mol/L的NaOH溶液反应,能在普通试管中看到白
色沉淀。改进实验的最大优点:不仅操作简单,材料廉价易得,实验效果好,能大面积推广,
有效解决了一线教学中的痛点。
(三)数字化实验改进成果——独创了1种保存FeSO4溶液的新技术,增加溶液极性,从
试剂内部抗氧化。
在FeSO4溶液中加入NaCl形成饱和氯化钠溶液,可增大溶液极性,降低溶解氧的含量,
以防止硫酸亚铁被氧化。
四、实验设计思路
实验内容从“定性改进”和“定量研究”两个方向进行宏观研究,再利用溶解氧传感器寻找
微观机理。
五、实验教学目标
实现教学评一致性,培养核心素养
(1)通过讨论,研究氢氧化亚铁变质的原因,能用氧化还原理论分析氢氧化亚铁的变质原
因,并能从多角度设计实验;
(2)通过实验探究,改进制备并保存氢氧化亚铁的方法,能从定性改进(试剂、操作和装
置)和定量研究的角度,研究出制备并保存氢氧化亚铁的方法;
(3)通过数字化实验,定量分析溶解氧,能用数据解释实验成功的原因,提升宏微解决问
题的能力;
六、实验设计内容
(1)学生完成实验,探究定性制备氢氧化亚铁的装置和试剂,并观察在密封环境中的变色
情况。
(2)实验探究不同浓度的NaOH溶液与FeSO4溶液反应的结果。
(3)测量不同NaOH溶液中、煮沸冷却后的蒸馏水在不同时间点、常见有机物的溶解氧的
含量
七、实验教学过程
在大概念大单元教学背景下,我将整个实验以项目式学习的形式进行开展,设置研究课题为
“项目式学习:制备并保存氢氧化亚铁”进行课下探究。类比研究生或博士论文完成课题的
流程,完整的课题研究耗时的时间大于一节课,所以将本课题主要放在每天课后的选修课时
间。以训练学生参与一个完整的科研项目,实现深度教学。
(一)提出项目问题
以课堂对铁的氢氧化物内容教学的失败为契机,设立研究课题,如何制备氢氧化亚铁。
(二)原理分析
从实验前、实验中、实验后三个阶段分析,如何隔绝氧气。学生思考采用的措施和运用
的方法与仪器。
(三)研究进展
引导学生查阅文献,以“制备氢氧化亚铁”为关键词,在中国知网上检索,查阅前辈们
已经研究的领域,避免雷同,并进行效果预估。
(四)项目设计
引导学生,从“定性研究”与“定量改进”两个方向对氢氧化亚铁的制备与保存进行研
究。
(五)项目基础
完成本实验需要掌握一定的科研基础,比如:数理统计学原理、半值法与半定量方法。
教师提供的响应的基础后,才能顺利推动项目的完成。
(六)项目实施
(1)定性改进;
1)操作与实际改进;
首先在普通试管中对操作和试剂进行了改进:利用煮沸并冷却后的蒸馏水新溶解绿矾晶体,
与两种浓度的NaOH溶液进行滴加(用胶头滴管深入液面以下),最后再对反应后阶段,没
有对装置做到隔绝氧气的措施,可以在液面上覆盖一层植物油。
结果评价:虽然制备了白色,但是白色不容易久置保存。
2)装置改进研究;
准备煮沸并迅速冷却的蒸馏水配制N
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