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《铁金属材料》教案

教学目标

教学目标：

1.通过设计实验验证墨粉中铁的氧化物种类，应用铁及其氧化物的性质及转化解决实际问题。

2.应用铁及其氧化物的性质及转化，从物质类别和元素价态两个视角认识物质间转化关系，巩固研究物质化学性质的认知模型。

3.结合物质的量在化学方程式中的计算，设计实验方案，定量测定墨粉中铁的氧化物含量。

教学重点：设计实验方案，定性分析和定量测定铁的氧化物。

教学难点：应用铁及其氧化物的性质及转化设计实验。

教学过程

时间

教学

环节

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任务一请设计实验方案检验墨粉中是哪一种铁的氧化物

任务一请设计实验方案检验墨粉中是哪一种铁的氧化物

引入：打印机大家很熟悉了，疫情期间，我们需要它来打印各种学习的材料，可是打印机使用一段时间后，打出来的字逐渐变浅，这是因为打印机硒鼓中的黑色墨粉快没有了，需要更换硒鼓或者添加墨粉，大家知道墨粉的成分吗？墨粉的成分有炭黑，一种铁的氧化物、粘结树脂、电荷调节剂、添加剂等。

今天我们看看能否通过所学知识，定性检验和定量分析墨粉中铁的氧化物成分？

过渡：请同学们设计实验方案，检验墨粉中是哪一种铁的氧化物。

学生思考：物质检验可分为物理方法和化学方法，首先用物理方法，黑色的氧化亚铁、四氧化三铁，红棕色的氧化铁由于黑色炭黑的干扰，不能通过颜色来鉴别。

其中四氧化三铁有磁性，可以拿一块磁铁试一试。

过渡：除了物理方法，化学方法也是物质检验中不可缺少的重要方法，我们可以将铁的氧化物转化为离子，再进行检验。

思考1你了解Fe3O4中铁元素的化合价吗？

学生：四氧化三铁中铁元素有正二价和正三价两种价态，正二价和正三价的铁元素质量比为1:2

过渡：向四氧化三铁中加入稀硫酸溶液或者盐酸溶液，可以得到含有亚铁离子和铁离子的混合溶液。向墨粉中加酸溶解铁的氧化物，得到含有亚铁离子的溶液，或者含有铁离子的溶液，或者两钟离子都有的混合溶液。

思考2如何鉴别Fe2+和Fe3+？

学生：如果溶液中只含有一种含铁的离子，可以加入氢氧化钠溶液，生成红褐色沉淀，或者加入KSCN溶液，发生络合反应，溶液变红，这两种现象都说明溶液中含有铁离子。

如果先加入KSCN溶液，不变红，再加入氯水或过氧化氢等氧化剂，溶液变红，可证明溶液中含有亚铁离子。

如果溶液有可能是含有亚铁离子和铁离子的混合溶液，铁离子可以用KSCN溶液检测。为了避免干扰亚铁离子检验，具有氧化性的紫色高锰酸钾酸性溶液是最佳的选择。

思考3完整叙述实验操作流程，并得出结论。

教师：通过刚才的分析，你能够完整叙述实验操作流程，并根据现象得出结论吗？

学生：取适量墨粉，加入稀硫酸溶解，充分反应后，过滤，将滤液分为两份，一份加入紫色的高锰酸钾溶液，溶液褪色，说明滤液中存在亚铁离子；一份加入KSCN溶液，溶液变红，说明溶液中存在铁离子：两种化合价的铁离子同时存在，说明墨粉中的某一种铁的氧化物是四氧化三铁。

特别说明，由于第一步需要加入足量稀硫酸，所以高锰酸钾溶液不需要格外加入酸进行酸化，所以只需要加入高锰酸钾溶液就可以满足要求。

思考4有的同学设计加入盐酸溶解墨粉，是否可行？

学生：不能加入盐酸来溶解铁的氧化物，这是因为盐酸中的氯离子在后续加入高锰酸钾溶液时，也会与之发生反应，干扰亚铁离子的鉴别，所以不能用盐酸来溶解墨粉，只能选择稀硫酸来溶解墨粉中铁的氧化物。这也说明我们平时所说的高锰酸钾酸性溶液，是加入硫酸进行酸化，而不是加入盐酸酸化的。

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任务二测定墨粉中四氧化三铁的含量

任务二测定墨粉中四氧化三铁的含量

任务2测定墨粉中四氧化三铁的含量

过渡：激光打印机原理视频播放，了解墨粉中四氧化三铁的作用。（自选）

在打印时，四氧化三铁在磁辊的磁力吸引下，可携带碳粉吸附在磁辊上，在树脂，电荷调节剂等组分共同作用下，渗入纸张，形成最终牢固的图像。墨粉中四氧化三铁的含量是衡量墨粉质量的重要指标。如何利用所学知识，测定墨粉中四氧化三铁的含量呢？

借助铁及其化合物的知识网络图可知，含铁化合物之间可以互相转化，可以通过一系列转化，将墨粉中的四氧化三铁转化为亚铁离子和铁离子，进一步将其转化为氢氧化铁沉淀，受热分解再生成氧化铁，测量氧化铁的质量，通过铁元素守恒可求算出四氧化三铁的质量。

其中对应比例关系如下：1mol四氧化三铁中加酸溶解得到1mol亚铁离子、2mol铁离子，都转化为3mol氢氧化铁，进而分解可得到1.5mol氧化铁，由铁元素守恒可算出2mol四氧化三铁对应3mol氧化铁。

也可以将亚铁离子转化为铁离子，然后再加入氢氧化钠溶液，生成氢氧化铁沉淀，再受热分解为氧化铁，并测量氧化铁的质量。

根据转化关系分析，尝试用流程图的形式，写出操作及转化流程。

学生