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创设问题导向的高三化学针对性复。习对策

范文

颜建河

如何有目标、有针对性地进行高效复习，成为广大师生共同关注的话题。从近年全国各地高考试题来看，试题以落实“立德树人”为根本任务，将学生的科学素养和化学学科能力以化学基本思想、基本方法、基础知识和基本技能为载体进行考查。高考化学《考试大纲》对化学学习能力的要求，强调掌握化学实验的基本方法和技能，运用化学原理和科学方法，能设计合理方案，初步实践科学探究。特别是根据化学实验的目的和要求，能做到：①设计实验方案;②正确选用实验装置;③掌握控制实验条件的方法;④预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论;⑤评价或改进实验方案。基于此，化学实验承载着更多的功能，它可以唤醒对相关化学知识、基本实验操作方法的理解和记忆，等等。这就要求我们要基于实验的问题情境创设、挖掘试题中的实验素材，通过整合教材中的实验，采用探究或演示，不断强化基本实验操作，促进对知识的深层次理解，提升科学素养。例如，在复习铁及其化合物时，创设以“实验”为载体问题情境来对物质性质和反应原理进行考查的高考综合试题，并以“问题”为导向，落实“考纲”目标，来培养实验设计能力、归纳总结知识能力，将化学知识应用于实践，体现知识的价值意义。

案例用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（NO-）已成为环境修复研究的热点之一。

（1）Fe还原水体中NO-的反应原理如图1所示。

①作负极的物质是____ 。

②正极的电极反应式是 ____ 。

（2）将足量铁粉投入水体中，经24小时测定NO-的去除率和pH，结果如表1。

pH=4.5时，NO-的去除率低。其原因是 ____。

（3）實验发现：在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时，补充一定量的Fe2+可以明显提高NO-的去除率。对Fe2+的作用提出两种假设：

I.Fe2+直接还原NO-;

Ⅱ.Fe2+破坏FeO（OH）氧化层。

①做对比实验，结果如下面图2所示，可得到的结论是____。

②同位素示踪法证实Fe2+能与FeO（OH）反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式，解释加入Fe2+提高NO-去除率的原因：____ 。

（4）其他条件与（2）相同，经1小时测定NO-的去除率和pH，结果如表2。

与（2）中数据对比，解释（2）中初始pH不同时，NO-去除率和铁的最终物质形态不同的原因：____。

【问题】实验探究题源于真实的化学，重视学科能力及科学素养的考查，具有信息的新颖性、结论的不确定性和知识综合性等特点。这类高考化学实验题大多源于教材，实验方案的“根”都植于教材中。教材是根本，是每一位师生都有的“资料”，出自教材的实验对考生具有公平性，因而越来越受到命题者的青睐。同时，对考生的发散思维能力、分析问题的能力提出较高的要求。

对于紧扣“铁及其化合物”相关知识进行命制的高考化学试题，涉及两方面的问题：

一是实验，其着眼点：（1）明确实验目的;（2）建构操作流程（核心物质的转化、试剂的添加顺序、必要的基本操作）;（3）评价优化方案（科学简单易操作、实验条件控制、绿色化学理念）;（4）精准表达方案。

二是物质，其着眼点：（1）抓结构，着眼于价态的变化;（2）抓特征，着眼于颜色的变化;（3）抓转化，着眼于物质间的相互反应，即从铁元素三种价态的结构、特征、颜色及相互转化（铁三角关系）去认识铁及其化合物间的氧化还原反应规律，从而紧扣问题导向，落实考纲目标，最终实现对知识的运用，提升科学素养。

【对策】根据案例（试题）中的相关信息，结合问题的处理方法，运用铁及其化合物知识，不难解决试题中的各个问题：

（1）从题给图示可知，铁作为负极失去电子，NO-在正极上得到电子生成NH4+，据此，推断出其电极方程式为NO-+8e-+10H+==N H4+ +3H2O。

（2）从（1）（2）问给出的信息分析可知，Fe形成的Fe2O4能够导电，而形成的FeO（OH）则不利于电子转移。据此，当溶液的pH=4.5，Fe3+更易水解生成阻碍电子转移的FeO（OH），所以NO-的去除率低。

（3）根据图像的方式提供对此实验的研究结果，只有Fe2+时，对硝酸根离子几乎没有脱除作用。显然，Fe2+不能直接还原NO-，在Fe和Fe2+共同作用下，NO-的去除率最高，表明猜想Ⅱ是正确的。“同位素示踪法”的实证手段表明“Fe2++ 2Fe0（ OH）==Fe3O3+2H+”，减少了不导电FeO（OH）的生成。同时，生成了导电性的Fe3O4，有利于NO-的转化率增大。

（4）依据（3）的探究结论，Fe2+可以明显提高NO-的去除率.起初pH=2.5时，c（H+）较大，产生的Fe2+的量较多，而pH=4.5时产生的Fe2+量不足，合理解释了（2）中NO-的去除率和铁的最终物质形态不同。

【答案】（1）①铁②NO- +8e- +10H+==NH+ +3H2O （2）FeO（OH）不导电，阻碍电子转移（3）①本实验条件下，Fe2+不能直接还原N（）i;在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO-的去除率

②Fe2++2FeO（ OH）==Fe3O2+2H+，Fe2+将不导电的FeO（OH）转化为可导电的Fe3O4，利于电子转移（4）初始pH低时，产生的Fe2+量充足;初始pH高时，产生的Fe2+量不足

【总结】《考试大纲》明确了有关铁及其化合物的要求层次，在复习中要对照考纲要求，将案例及运用中所涉及到的考点知识进行梳理和总结，从而实现知识的再巩固。

1.铁的结构和性质。

铁属于过渡元素，位于第四周期第Ⅷ族，其结构特征是原子最外层电子数不超过两个，在化学反应中，最外层和次外层都容易失去电子，有可变化合价。当Fe与弱氧化剂反应时，只失去最外层上的2个电子，形成Fe2+;当Fe与强氧化剂反应时，还能进一步失去次外层上的一个电子，形成Fe3+。这就是铁在其化合物中通常显+2价或+3价的原因。Fe发生化学反应能得到+2价还是+3价，需看参加反应的氧化剂的强弱，有时还要看反应物的量之间的关系。例如，①铁在O2中燃烧，其产物为Fe3 O4（表现+2价和+3价），同时，一定要在集气瓶底留有少量的水或一层沙子，防止瓶子被炸裂;②Fe与S反应，Fe只能失去其最外层的2个电子而变成+2价，反应开始后撤去酒精灯，反应可以继续进行，说明反应放热;③Fe在C12中燃烧时不但能失去最外层的2个电子，而且还可失去次外层的1个电子后变成+3价，说明氧化性C12 >S;④在高温时Fe能与C、P、Si等化合。

2.铁的几种重要化合物。

（1） Fe3O4是复杂的化合物，经研究证明，在Fe3O4晶体中有1/3的Fe是+2价，有2/3的Fe是+3价，可看成FeO. Fe2 O3，实际应写成Fe（ FeO2）2，即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化物。

（2）Fe（OH）2和Fe（OH）3从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色沉淀。而Fe（OH）2极不稳定，易被氧化成Fe（ OH）3，反應现象是：白色一灰绿色一红褐色。

（3）若要观察到白色的Fe（OH）2沉淀，需要创造以下条件：

①排除亚铁盐溶液里的Fe3+，以免Fe3+直接与OH结合生成Fe（OH）3。

②尽量排除溶液中溶解的氧气（绝对排除是办不到的），以减慢生成的Fe（OH）2被氧化成Fe（OH）3的速度。

③反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放人少量的铁以防止Fe3+产生。亚铁盐溶液与碱溶液在混合前分别加热以排除溶有的空气，然后，把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液，可观察到白色絮状沉淀。

3.Fe、Fe2+和Fe3+之间相互转化及检验。

从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知：Fe只有还原性，Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性又具有还原性。上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价态的铁相互转化。

方法一：滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色。

方法二：滴加NaOH溶液，生成白色絮状沉淀，该沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。

②Fe3+的检验。

方法一：滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即变为血红色。

方法二：滴加NaOH溶液，出现红褐色沉淀。

【运用】高考化学试题，源于教材，而高于教材，涉及的考点的“根”都植于教材之中，强化在真实的“问题”情境去解决问题，才能做到有理可依，目标明确、思路清晰，实现知识与能力的升华。

【题目】某小组在验证反应“Fe+ 2Ag+==Fe2++ 2Ag”的实验中检测到Fe3+，发现和探究过程如下。

向硝酸酸化的0. 05 mol . L-1硝酸银溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。

（1）检验产物。

①取出少量黑色固体，洗涤后，___ （填操作和现象），证明黑色固体中含有Ag。

②取上层清液，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有 ____ 。

（2）针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3+，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+，乙依据的原理是 ___（用离子方程式表示）。针对两种观点继续实验：

①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如表3。（资料：Ag+与SCN生成白色沉淀AgSCN）

②对Fe3+产生的原因作出如下假设：

假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3+。

假设b：空气中存在O2，由于___（用离子方程式表示），可产生Fe3+。

假设c：酸性溶液中NO-具有氧化性，可产生Fe3+。

假设d：根据 ____现象，判断溶液中存在Ag+，可产生Fe3+。

③下列实验I可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。

实验工：向硝酸酸化的 ___ 溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液，3 min时溶液呈浅红色，30 min后溶液几乎无色。

实验Ⅱ：装置如图3。其中甲溶液是____，操作及现象是 ____。

（3）根据实验现象，结合方程式推测实验i - iii中Fe3+浓度变化的原因：___ 。

【命题特点】本题是一道“某小组在验证反应“Fe+2Ag+ ==Fe2+ +2 Ag”的实验中检测到Fe3+，在实验背景下，进行涉及Fe、Fe2+和Fe3+的一系列探究性实验，通过实验方案明确反应条件和试剂用量的控制等。着力考查化学反应原理、物质的检验、原电池结构和实验设计及评价等相关知识，从而实现在问题的解决过程，提升思维能力和知识的迁移运用能力，落实“考纲”目标，实现所学知识的再升华。

解析：（1）根据所学相关知识可知，①黑色固体中含有过量铁，如果同时含有银，则可加入HCI或H2SO4溶解Fe，而银不能溶解;或者用硝酸溶解固体，再用HCI检验Ag+。②K3 [Fe（CN）6]是检验Fe2+的试剂，产生蓝色沉淀，则说明含有Fe2+。

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