“铁盐和亚铁盐的性质”项目化教学实践

摘要

以“蓝晒印相”项目贯穿课程的始终，通过小红枫叶片蓝晒纪念品的制作、实验探究、小组讨论等教学活动帮助学生实现沉浸式学习。利用氧化还原反应原理模型，引导学生探究铁盐和亚铁盐的检验及相互转化，促使其知识结构化；利用“蓝晒印相”项目，促使学生素养综合化，实现德、智、体、美、劳全面发展，进而落实学科育人的目标。

Graphical abstract

关键词

蓝晒印相 / 铁盐 / 亚铁盐 / 项目化教学 / 实验探究

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》提出，重视“素养为本”的教学理念，鼓励开展主题性实践活动和项目式学习活动^［1］。同时，《义务教育化学课程标准（2022年版）》提出，应创设真实问题情境，倡导“做中学”“用中学”“创中学”，积极开展项目式学习，重视跨学科实践活动^［2］。这些举措都为一线教师“如何教”指明了方向。

长沙市长郡梅溪湖中学受海南省农垦实验中学邀请，在该校第七届“火凤凰”课堂教学展示活动中进行“铁盐和亚铁盐的性质”的同课异构教学活动。结合实际情况，笔者根据课标的指导精神，结合长沙市与五指山市自然气候、两所学校的校园风景、学生学习基础等因素，最终选择以蓝晒纪念品制作为载体的项目化教学。

1 分析教学内容——增情谊，育全才

“铁盐和亚铁盐的性质”选自人教版高中化学必修第一册第三章第一节“铁及其化合物”，包含Fe³⁺和Fe²⁺的检验以及相互转化等内容。在此之前，学生已经学习过离子反应和氧化还原反应等化学原理，具备了一定的学习理论基础。

每年的12月份，海南省五指山市气温还比较高，紫外线比较强，此时的农垦实验中学校园内有很多漂亮的植物（如长叶肾蕨、吊灯花等），而同时的长沙气温比较低，且长郡梅溪湖中学校园内也有一些特色的植物（如小红枫和银杏等）。因此，笔者采用蓝晒印相方式把两校特色植物印下来留作纪念，一方面提升学生的审美观念，另一方面增进师生的情感和美好印象。在蓝晒纪念品的制作过程中，学生在不知不觉中掌握知识，提升实验探究、合作探究等实践能力，发展发现问题、分析问题和解决问题的能力，在增强民族文化自信、科技自信的同时，真正做到在快乐中学习、在学习中快乐，最终达到全面育人的目的。

2 制定教学目标——体现“素养为本”

教学目标是一堂课的方向，决定着教学效果的达成，是学科核心素养目标在课堂落地的指南。在制定教学目标时，教师应以学生的学情为基础，合理设计教学活动来提升学生的素养。教学目标与评价目标如表1所示。

3 设计教学流程——思路可视化表达

蓝晒纪念品的制作贯穿课程的始终，即情境线、知识线、活动线和素养线多线并进，共同推进课堂不断向前发展。其教学流程如图1所示。

4 开展教学实践——落实“素养为本”

【课前准备】将学生分为多个学习小组，为各小组准备好实验器材和药品，并将长郡梅溪湖中学校园的小红枫叶片和银杏叶片赠予学生，以拉近师生间的距离。

4.1 揭示蓝晒印相的原理

【新课导入】展示长叶肾蕨蓝晒纪念品。邀请学生用长沙的小红枫叶片制作一个类似的纪念品。

【希沃白板】展示蓝晒印相操作步骤：①取1 mL蓝晒溶液A和1 mL蓝晒溶液B混合，并用毛刷搅拌均匀；②用毛刷蘸取混合好的蓝晒液均匀地涂抹到纸上；③在纸片上放置好叶片，用玻璃片压好；④叶片在阳光或紫外灯下照射10 min；⑤用稀H₂O₂洗涤，直至图像清晰，通风晾干。

【学生实践活动】每个小组利用实验篮中的小红枫叶片、已经混合好的蓝晒A和B液、一把刷子、一只表面皿、一块玻璃板完成蓝晒印相的第②③步（第①步在课前完成），并观察实验现象；然后，每组将各自的作品置于紫外灯下照射10 min。

【师生互动】提问：这个蓝晒液是蓝色的，但是涂在纸上却是绿色的。追问学生：为什么长叶肾蕨蓝晒纪念品周围是蓝色的，而被遮盖部分是白色的？针对上述问题，需要通过铁盐和亚铁盐性质的学习才能解答这些疑惑。

【设计意图】通过蓝晒纪念品的制作，引入铁盐和亚铁盐性质的学习，激发起学生的好奇心和求知欲；蓝晒纪念品的制作，对学生来讲，既是民族文化的传承，也是劳动教育的体现。

【过渡】根据蓝晒原理^［3］，请用语言描述其原理。

①柠檬酸铁铵（蓝晒液A液）在紫外光下发生氧化还原反应，Fe³⁺被还原成Fe²⁺。

\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}+}+{\mathrm{C}}_{\mathrm{6}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{6}}{{\mathrm{O}}_{\mathrm{7}}}^{\mathrm{2}-}\stackrel{\mathrm{光照}}{\to }\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}+}+\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}+(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{)}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{O}。

②Fe²⁺与铁氰化钾（蓝晒液B液）反应生成Fe³⁺和六氰合亚铁离子，进而相互结合生成普鲁士蓝，从而实现蓝色印相。

\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}+}+[\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{C}\mathrm{N})}_{\mathrm{6}}{]}^{\mathrm{3}-}\stackrel{}{\to }\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}+}+[\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{C}\mathrm{N})}_{\mathrm{6}}{]}^{\mathrm{4}-}；

\mathrm{4}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}+}+\mathrm{3}[\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{C}\mathrm{N})}_{\mathrm{6}}{]}^{\mathrm{4}-}\stackrel{}{\to }\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{4}}[\mathrm{F}\mathrm{e}{(\mathrm{C}\mathrm{N})}_{\mathrm{6}}{]}_{\mathrm{3}}(\mathrm{普鲁}\mathrm{士蓝})。

【设计意图】诊断并发展学生的信息提取能力和语言表达能力。

师：Fe²⁺与铁氰化钾反应是我们今后化学选修学习中常用来检验Fe²⁺的方法，那还有没有其他办法能检验Fe²⁺或者Fe³⁺呢？

生：看颜色。Fe³⁺是黄色的，而Fe²⁺是浅绿色的。

师：是的，说明你对离子颜色掌握得比较好。那老师这里有一瓶溶液（课前配制的低浓度无色FeCl₃溶液），请问是Fe²⁺还是Fe³⁺呢？

该学生无法判断该未知溶液是Fe²⁺还是Fe³⁺溶液，为此，教师引导其思考是否有其他方法可以进行检验。

生：加入NaOH，根据反应现象的不同进行检验。

【视频】播放NaOH与Fe²⁺、Fe³⁺反应的实验视频；向Fe²⁺溶液中加入NaOH溶液，先生成白色沉淀，再迅速变成灰绿色，最后变成红褐色；向Fe³⁺溶液中加入NaOH溶液，遂生成红褐色沉淀。

【演示实验】取少量该未知溶液于试管中，滴加1 mol/L NaOH溶液，观察现象，结果是无任何沉淀产生。

【设计意图】与学生的已有认知发生冲突，激起学生的好奇心。同时也说明加入NaOH溶液无法鉴别该未知溶液是Fe²⁺还是Fe³⁺溶液。此时再引入一种新的方法——加KSCN，则Fe³⁺与KSCN反应生成Fe（SCN）₃（血红色），而Fe²⁺与KSCN不反应，溶液无明显变化。

【演示实验】取少量该未知溶液于试管中，滴入几滴0.1 mol/L KSCN溶液，溶液变红，说明该溶液是Fe³⁺溶液。

【归纳】对于低浓度的Fe³⁺溶液，采用观察颜色和加入NaOH的方法都没有检验出来，而用KSCN却检验出来了。可见，KSCN的灵敏度更高，效果更好。据此判断，今后检验Fe³⁺的常用方法是加KSCN法。

4.2 开展蓝晒印相的实践活动

【过渡】刚刚简单了解了蓝晒原理，现在仔细分析一下蓝晒原理的第①步，Fe³⁺被什么物质还原成Fe²⁺？

生：C₆H₆O₇^2-（柠檬酸根离子）。

师：Fe³⁺还可以被其他哪些物质还原成Fe²⁺？

生：Fe、Cu、H₂S等还原剂。

师：请大家写出Fe、Cu、H₂S分别与Fe³⁺反应的离子方程式。

【师生活动】学生书写相应的离子方程式，教师用希沃白板投屏学生答案并进行及时性评价。

【设计意图】将氧化还原反应原理用于Fe³⁺转化为Fe²⁺案例之中，巩固知识，提升学生的符号表征等关键能力。

师：如果将FeCl₃溶液转变成FeCl₂溶液，不引入新的杂质，应选择什么试剂？

生：Fe单质。

【学生分组实验】FeCl₃溶液与铁粉反应：向盛有4 mL FeCl₃溶液的试管中先加入1~2滴KSCN溶液，观察实验现象，后加入适量铁粉，振荡后观察溶液颜色变化。

实验现象：溶液先变红，加入铁粉后随即红色褪去，且上层清液为浅绿色。说明：\mathrm{F}\mathrm{e}+\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}+}=\mathrm{3}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}+}。

【过渡】刚刚制作的小红枫叶片蓝晒纪念品也已经完成第④步，接下来再进行第⑤步，用稀的H₂O₂溶液洗涤。

【学生实践活动】向装有清水的大烧杯中加入几滴H₂O₂溶液，然后将本组的蓝晒纪念品放入其中浸泡，观察到蓝晒纪念品由蓝绿色变成深蓝色，且小红枫叶片的形状被很好地印了下来（图2）。

师：为何要用稀H₂O₂溶液洗涤，而不选择其他溶液？

【学生小组讨论】用稀H₂O₂溶液洗涤是为了使更多的Fe²⁺变成Fe³⁺，生成更多的普鲁士蓝。

【设计意图】学生自己动手实践，成功得到纪念品，有学习成就感与幸福感；小组主动讨论，归纳出用稀H₂O₂溶液洗涤而不选择其他溶液的原因，提升了整合信息、分析问题与解决问题、团队合作等关键能力。

【过渡】用稀H₂O₂溶液洗涤，能将蓝晒纪念品纸张上残留的Fe²⁺变成Fe³⁺，并发生后续反应。既然蓝晒中可以使用H₂O₂将Fe²⁺变成Fe³⁺，那是否可以用H₂O₂溶液将之前实验所得到的FeCl₂溶液变成FeCl₃溶液呢？如果可以，预测会出现什么样的实验现象？

【学生分组实验】FeCl₂溶液与H₂O₂的反应：向装有FeCl₂溶液（之前学生分组实验探究获得）的试管中滴加少量的H₂O₂溶液，观察现象，发现变红。

根据这个实验，为检验Fe²⁺提供一个方法：向未知溶液中滴加KSCN溶液，无明显现象，再加入少量H₂O₂溶液，溶液变红，则说明该溶液中含有Fe²⁺。

【学生活动】学生书写H₂O₂与Fe²⁺在酸性条件下反应的离子方程式。在书写过程中，大多数学生还是很难完全正确写出来，教师进行及时性评价。

【设计意图】将氧化还原反应原理用于Fe²⁺转化为Fe³⁺案例中，进一步提升学生的符号表征等关键能力。

【总结】H₂O₂在该反应中作为氧化剂，Fe²⁺不仅可以和H₂O₂发生氧化还原反应，还可以和一些常见的氧化剂如O₂、Cl₂、KMnO₄等发生氧化还原反应。

【过渡】再析蓝晒原理：①柠檬酸铁铵（蓝晒液A液）在紫外光下发生氧化还原反应，Fe³⁺被还原成Fe²⁺；②Fe²⁺与铁氰化钾（蓝晒液B液）反应生成Fe³⁺和六氰合亚铁离子，进而相互结合生成普鲁士蓝，从而实现蓝色印相；③用稀H₂O₂溶液漂洗，能将残留的游离Fe²⁺转变成Fe³⁺与六氰合亚铁离子，进而相互结合生成普鲁士蓝，蓝色图像会变得更加饱满、浓郁。有哪一些步骤是体现了我们今天所学习的铁盐及亚铁盐的转化？

针对问题，学生能够很快辨别出：第①步用到了Fe³⁺到Fe²⁺的转化；第③步用到了Fe²⁺到Fe³⁺的转化。可见，Fe³⁺可以与还原剂（如Fe、Cu、H₂S、KI）反应生成Fe²⁺；Fe²⁺也可以与氧化剂（如Cl₂、HNO₃、O₂）反应生成Fe³⁺。

4.3 拓展蓝晒印相的应用范围

【过渡】12月份，海南此时中午气温比较高，紫外线比较强。为了身体健康，需要用到防晒霜进行防晒。结合这堂课所学的知识，请思考如何鉴别防晒霜的防晒效果？

生：利用蓝晒原理。

师：非常正确，请判断图3中，哪几款防晒霜的防晒效果较好？（根据情况进行提示：基于蓝晒的光化学反应原理，将照片蓝色的深度与反应中紫外线暴露量建立起关联性，颜色越深，紫外线暴露得越强。）

生：C、F效果较好。

师：正确。防晒霜其实就是在我们的皮肤上形成一层化学屏障，类似今天所使用叶子的作用，蓝色和白色对比越明显，防晒霜的效果越好。

【设计意图】将课堂所学蓝晒印相等知识迁移到学生的现实生活中，体现化学的学科价值和社会价值。

【课后作业】如何检验FeSO₄、FeCl₃混合溶液中的Fe²⁺、Fe³⁺？

【总结】铁盐及亚铁盐相互转化，造就了蓝晒工艺的诞生，而蓝晒工艺不仅成就了漂亮的纪念品，更成为中国非物质文化遗产的一部分，且能走进我们的生活之中，间接为我们的健康保驾护航。

5 教学反思

5.1 课例的设计与实施基本符合新课标的教学理念

基于海南气候、海南农垦实验中学校园特色、学生学情，量身设计并实践了本课。在制作蓝晒纪念品的过程中，学生学会了Fe²⁺和Fe³⁺的检验方法以及它们的相互转化等基础知识，更重要的是提升了实验探究、文字解码、信息整合、动手操作、语言表达、符号表征、团队合作等关键能力，还加深了对微粒观、变化观、守恒观、元素观等化学观念的理解；同时学生受到了民族文化的熏陶和劳动教育，真正体会到学习的成就感和价值，其综合素养得到提升，符合“做中学”“用中学”“创中学”的教学理念。

5.2 课例体现“教—学—评—践”一体化特征与不足

在实践活动、探究活动、问题等驱动下，整个项目化教学层层深入、环环相扣，既有助于学生动手实践能力和综合思维能力的提升^［5］，也有助于学生德、智、体、美、劳的全面发展。课程教学真正做到以“素养为本”，凸显生为主体、师为主导特征，而师生互评、生生互评、学生自评等多种评价的展开，促使学生思维能力和动手实践能力得到极大提高，体现了“教—学—评—践”一体化的优势。

值得反思的是，本节课在引导学生书写Fe²⁺与Fe³⁺相互转化的离子方程式方面仍显不足。针对不足，笔者建议：在未来教学中，可适当增加相关书写训练，以巩固氧化还原反应原理在元素化合物知识中的应用等相关知识。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订） ［S］.北京：人民教育出版社，2020．

[2] 中华人民共和国教育部. 义务教育化学课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[3] 陈梦麟.STEAM理念下艺术融入的中学化学活动研究［D］.南京：南京师范大学，2021.

[4] 吕小兰，胡昱，吴思豪，等.借光执笔的“蓝色精灵”：蓝晒中奇妙的光化学反应［J］.大学化学，2022，37（05）：127-131.

[5] 梁菊香，肖华，杨英伟，等.大概念视域下“亚铁盐和铁盐的性质”教学实践［J］.实验教学与仪器，2024，41（01）：36-39.

基金资助

湖南省教育学会2023年立项课题“高中化学新教材‘研究与实践’栏目的微项目教学”(A-174)

湖南省第二届教改重点项目“一体·双驱·三环·四维”中学科学教学创新实践(Z2024003)