河北省衡水市故城縣教育局教研室 顏建河

如何有目標(biāo)、有針對(duì)性地進(jìn)行高效復(fù)習(xí)，成為廣大師生共同關(guān)注的話題。從近年全國各地高考試題來看，試題以落實(shí)“立德樹人”為根本任務(wù)，將學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和化學(xué)學(xué)科能力以化學(xué)基本思想、基本方法、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能為載體進(jìn)行考查。高考化學(xué)《考試大綱》對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)能力的要求，強(qiáng)調(diào)掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能，運(yùn)用化學(xué)原理和科學(xué)方法，能設(shè)計(jì)合理方案，初步實(shí)踐科學(xué)探究。特別是根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的和要求，能做到：①設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；②正確選用實(shí)驗(yàn)裝置；③掌握控制實(shí)驗(yàn)條件的方法；④預(yù)測或描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析或處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出合理結(jié)論；⑤評(píng)價(jià)或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案?；诖?，化學(xué)實(shí)驗(yàn)承載著更多的功能，它可以喚醒對(duì)相關(guān)化學(xué)知識(shí)、基本實(shí)驗(yàn)操作方法的理解和記憶，等等。這就要求我們要基于實(shí)驗(yàn)的問題情境創(chuàng)設(shè)、挖掘試題中的實(shí)驗(yàn)素材，通過整合教材中的實(shí)驗(yàn)，采用探究或演示，不斷強(qiáng)化基本實(shí)驗(yàn)操作，促進(jìn)對(duì)知識(shí)的深層次理解，提升科學(xué)素養(yǎng)。例如，在復(fù)習(xí)鐵及其化合物時(shí)，創(chuàng)設(shè)以“實(shí)驗(yàn)”為載體問題情境來對(duì)物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)原理進(jìn)行考查的高考綜合試題，并以“問題”為導(dǎo)向，落實(shí)“考綱”目標(biāo)，來培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、歸納總結(jié)知識(shí)能力，將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，體現(xiàn)知識(shí)的價(jià)值意義。

圖1

①作負(fù)極的物質(zhì)是____。

②正極的電極反應(yīng)式是_____。

表1

（3）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在初始pH=4.5 的水體中投入足量鐵粉的同時(shí)，補(bǔ)充一定量的Fe2+可以明顯提高的去除率。對(duì)Fe2+的作用提出兩種假設(shè)：

Ⅰ.Fe2+直接還原；

Ⅱ.Fe2+破壞FeO（OH）氧化層。

①做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下面圖2所示，可得到的結(jié)論是____。

②同位素示蹤法證實(shí) Fe2+能與FeO（OH）反應(yīng)生成Fe3O4。結(jié)合該反應(yīng)的離子方程式，解釋加入Fe2+提高去除率的原因：______。

圖2

表2

【問題】實(shí)驗(yàn)探究題源于真實(shí)的化學(xué)，重視學(xué)科能力及科學(xué)素養(yǎng)的考查，具有信息的新穎性、結(jié)論的不確定性和知識(shí)綜合性等特點(diǎn)。這類高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)題大多源于教材，實(shí)驗(yàn)方案的“根”都植于教材中。教材是根本，是每一位師生都有的“資料”，出自教材的實(shí)驗(yàn)對(duì)考生具有公平性，因而越來越受到命題者的青睞。同時(shí)，對(duì)考生的發(fā)散思維能力、分析問題的能力提出較高的要求。

對(duì)于緊扣“鐵及其化合物”相關(guān)知識(shí)進(jìn)行命制的高考化學(xué)試題，涉及兩方面的問題：

一是實(shí)驗(yàn)，其著眼點(diǎn)：（1）明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；?）建構(gòu)操作流程（核心物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、試劑的添加順序、必要的基本操作）；（3）評(píng)價(jià)優(yōu)化方案（科學(xué)簡單易操作、實(shí)驗(yàn)條件控制、綠色化學(xué)理念）；（4）精準(zhǔn)表達(dá)方案。

二是物質(zhì)，其著眼點(diǎn)：（1）抓結(jié)構(gòu)，著眼于價(jià)態(tài)的變化；（2）抓特征，著眼于顏色的變化；（3）抓轉(zhuǎn)化，著眼于物質(zhì)間的相互反應(yīng)，即從鐵元素三種價(jià)態(tài)的結(jié)構(gòu)、特征、顏色及相互轉(zhuǎn)化（鐵三角關(guān)系）去認(rèn)識(shí)鐵及其化合物間的氧化還原反應(yīng)規(guī)律，從而緊扣問題導(dǎo)向，落實(shí)考綱目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的運(yùn)用，提升科學(xué)素養(yǎng)。

【對(duì)策】根據(jù)案例（試題）中的相關(guān)信息，結(jié)合問題的處理方法，運(yùn)用鐵及其化合物知識(shí)，不難解決試題中的各個(gè)問題：

（2）從（1）（2）問給出的信息分析可知，F(xiàn)e形成的 Fe3O4能夠?qū)щ?，而形成的FeO（OH）則不利于電子轉(zhuǎn)移。據(jù)此，當(dāng)溶液的pH=4.5，F(xiàn)e3+更易水解生成阻礙電子轉(zhuǎn)移的FeO（OH），所以的去除率低。

（3）根據(jù)圖像的方式提供對(duì)此實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果，只有Fe2+時(shí)，對(duì)硝酸根離子幾乎沒有脫除作用。顯然，F(xiàn)e2+不能直接還原，在Fe和Fe2+共同作用下，的去除率最高，表明猜想Ⅱ是正確的?！巴凰厥聚櫡ā钡膶?shí)證手段表明“Fe2++2FeO（OH ===）Fe3O4+2H+”，減少了不導(dǎo)電FeO（OH）的生成。同時(shí)，生成了導(dǎo)電性的Fe3O4，有利于的轉(zhuǎn)化率增大。

（4）依據(jù)（3）的探究結(jié)論，F(xiàn)e2+可以明顯提高的去除率，起初pH=2.5 時(shí)，c（H+）較大，產(chǎn)生的Fe2+的量較多，而pH=4.5時(shí)產(chǎn)生的Fe2+量不足，合理解釋了（2）中的去除率和鐵的最終物質(zhì)形態(tài)不同。

【總結(jié)】《考試大綱》明確了有關(guān)鐵及其化合物的要求層次，在復(fù)習(xí)中要對(duì)照考綱要求，將案例及運(yùn)用中所涉及到的考點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行梳理和總結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的再鞏固。

1.鐵的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

鐵屬于過渡元素，位于第四周期第Ⅷ族，其結(jié)構(gòu)特征是原子最外層電子數(shù)不超過兩個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中，最外層和次外層都容易失去電子，有可變化合價(jià)。當(dāng)Fe與弱氧化劑反應(yīng)時(shí)，只失去最外層上的2 個(gè)電子，形成Fe2+；當(dāng)Fe與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)時(shí)，還能進(jìn)一步失去次外層上的一個(gè)電子，形成Fe3+。這就是鐵在其化合物中通常顯+2 價(jià)或+3 價(jià)的原因。Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng)能得到+2 價(jià)還是+3價(jià)，需看參加反應(yīng)的氧化劑的強(qiáng)弱，有時(shí)還要看反應(yīng)物的量之間的關(guān)系。例如，①鐵在O2中燃燒，其產(chǎn)物為Fe3O4（表現(xiàn)+2 價(jià)和+3價(jià)），同時(shí)，一定要在集氣瓶底留有少量的水或一層沙子，防止瓶子被炸裂；②Fe與S反應(yīng)，F(xiàn)e只能失去其最外層的2個(gè)電子而變成+2價(jià)，反應(yīng)開始后撤去酒精燈，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行，說明反應(yīng)放熱；③Fe在Cl2中燃燒時(shí)不但能失去最外層的2 個(gè)電子，而且還可失去次外層的1 個(gè)電子后變成+3 價(jià)，說明氧化性Cl2＞S；④在高溫時(shí)Fe能與C、P、Si等化合。

2.鐵的幾種重要化合物。

（2）Fe（OH）2和Fe（OH）3從溶液中析出的現(xiàn)象不同，前者是白色絮狀沉淀，后者是紅褐色沉淀。而Fe（OH）2極不穩(wěn)定，易被氧化成Fe（OH）3，反應(yīng)現(xiàn)象是：白色→灰綠色→紅褐色。

（3）若要觀察到白色的Fe（OH）2沉淀，需要?jiǎng)?chuàng)造以下條件：

①排除亞鐵鹽溶液里的Fe3+，以免Fe3+直接與OH-結(jié)合生成Fe（OH）3。

②盡量排除溶液中溶解的氧氣（絕對(duì)排除是辦不到的），以減慢生成的Fe（OH）2被氧化成Fe（OH）3的速度。

③反應(yīng)要用新制備的亞鐵鹽溶液，并放入少量的鐵以防止Fe3+產(chǎn)生。亞鐵鹽溶液與堿溶液在混合前分別加熱以排除溶有的空氣，然后，把堿溶液沿著試管壁加入盛亞鐵鹽溶液的試管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入堿溶液，可觀察到白色絮狀沉淀。

3.Fe、Fe2+和Fe3+之間相互轉(zhuǎn)化及檢驗(yàn)。

從Fe、Fe2+和Fe3+的結(jié)構(gòu)可知：Fe只有還原性，F(xiàn)e3+通常只有氧化性，F(xiàn)e2+既具有氧化性又具有還原性。上述微粒通過跟一定的氧化劑或還原劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，才能實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)的鐵相互轉(zhuǎn)化。

（1）Fe2+→Fe3+

（2）Fe3+→Fe2+

②2Fe3+++2H2===O 2Fe2+++2H+（在Fe3+溶液中滴加，溶液顏色由棕黃色變淺綠色）

（3）Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化。

在酸性溶液中，空氣中的氧也能把Fe2+氧化成Fe3+。其離子反應(yīng)方程式為4Fe2++O2+4H ===+4Fe3++2H2O。

在堿性溶液中，F(xiàn)e2+的還原性更強(qiáng)，它能把和還原成NH3，能把Cu2+還原成金屬銅。

在亞鐵鹽溶液中加入鐵釘可防止Fe2+被氧化為Fe3+。

（4）Fe2+和Fe3+的檢驗(yàn)。

①Fe2+的檢驗(yàn)。

方法一：滴加KSCN 溶液，無明顯現(xiàn)象，再滴加新制氯水，溶液立即變紅色。

方法二：滴加NaOH 溶液，生成白色絮狀沉淀，該沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色。

②Fe3+的檢驗(yàn)。

方法一：滴加KSCN 溶液或NH4SCN 溶液，溶液立即變?yōu)檠t色。

方法二：滴加NaOH 溶液，出現(xiàn)紅褐色沉淀。

【運(yùn)用】高考化學(xué)試題，源于教材，而高于教材，涉及的考點(diǎn)的“根”都植于教材之中，強(qiáng)化在真實(shí)的“問題”情境去解決問題，才能做到有理可依，目標(biāo)明確、思路清晰，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與能力的升華。

向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸銀溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。

（1）檢驗(yàn)產(chǎn)物。

①取出少量黑色固體，洗滌后，_____（填操作和現(xiàn)象），證明黑色固體中含有Ag。

②取上層清液，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，說明溶液中含有_____。

（2）針對(duì)“溶液呈黃色”，甲認(rèn)為溶液中有Fe3+，乙認(rèn)為鐵粉過量時(shí)不可能有Fe3+，乙依據(jù)的原理是____（用離子方程式表示）。針對(duì)兩種觀點(diǎn)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)：

①取上層清液，滴加KSCN 溶液，溶液變紅，證實(shí)了甲的猜測。同時(shí)發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時(shí)間有關(guān)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)記錄如表3。（資料：Ag+與SCN-生成白色沉淀AgSCN）

表3

②對(duì)Fe3+產(chǎn)生的原因作出如下假設(shè)：

假設(shè)a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe3+。

假設(shè)b：空氣中存在O2，由于____（用離子方程式表示），可產(chǎn)生Fe3+。

假設(shè)d：根據(jù)____現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag+，可產(chǎn)生Fe3+。

③下列實(shí)驗(yàn)Ⅰ可證實(shí)假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe3+的主要原因。實(shí)驗(yàn)Ⅱ可證實(shí)假設(shè)d成立。

實(shí)驗(yàn)Ⅰ：向硝酸酸化的____溶 液（pH ≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時(shí)間取上層清液滴加KSCN 溶液，3 min 時(shí)溶液呈淺紅色，30min后溶液幾乎無色。

實(shí)驗(yàn)Ⅱ：裝置如圖3。其中甲溶液是____，操作及現(xiàn)象是___。

圖3

（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合方程式推測實(shí)驗(yàn)ⅰ～ⅲ中Fe3+濃度變化的原因：___。

解析：（1）根據(jù)所學(xué)相關(guān)知識(shí)可知，①黑色固體中含有過量鐵，如果同時(shí)含有銀，則可加入HCl或H2SO4溶解Fe，而銀不能溶解；或者用硝酸溶解固體，再用HCl檢驗(yàn)Ag+。②K3[Fe（CN）6]是檢驗(yàn)Fe2+的試劑，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，則說明含有Fe2+。