师：同学们，今天我们一起来学习氧化还原反应的第3课时——氧化还原反应原理的应用。通过本节课，大家要学会从元素价态变化的角度，设计和分析物质的转化路径；预测物质的性质，设计实验进行初步验证，并能分析解释有关实验现象；联系生产生活实际，感受氧化还原反应原理在制备物质和获得能量中的重要社会价值，增强社会责任感。
化学能通过丰富的物质性质和化学反应，实现物质间的转化，为人类生产、生活和社会进步创造丰富的物质财富。比如补铁剂硫酸亚铁片，就是化学研究其有效成分硫酸亚铁和人体血红蛋白的组成、结构、性质后，在治疗缺铁性贫血中的应用。
今天，我们以硫酸亚铁片为例，学习氧化还原反应原理的应用。首先，利用所学知识，大家打算怎样制备硫酸亚铁呢？请按下暂停键，在纸上用离子方程式分别表示用铁单质和氧化铁制备硫酸亚铁的方法。
不少同学可能会写出这两个方程式。根据金属和金属氧化物的通性，活泼金属能与酸反应生成盐和氢气，金属氧化物能和酸反应生成盐和水，这是初中就学过的知识，我们依据物质类别的通性设计了物质的转化路径。那么铁和稀硫酸的反应属于什么反应类型呢？
生：置换反应。
师：结合前两节课内容，这个反应还属于什么反应呢？
生：氧化还原反应。
师：没错，我们可以看到铁元素的化合价从零价升到正二价，被氢离子氧化了，氢离子是氧化剂。所以，除了从类别通性角度，我们还可以从价态变化角度设计物质的转化路径。再看第二个方程式，能实现制备硫酸亚铁的目标吗？
生：不能，这里生成的是硫酸铁。
师：对，我们还需要将铁离子还原为亚铁离子，这时候需要加入还原剂，例如铁粉。我们来小结一下，硫酸亚铁从类别角度属于亚铁盐，可以从金属单质、氧化物或碱等类别转化获得。从化合价角度，硫酸亚铁中铁元素化合价为正二价，处于中间价态。它可以由邻位的铁单质经氧化剂氧化而成，也可以由含有正三价铁元素的物质如氧化铁等经还原剂还原而成。像这样，以类别为横坐标，化合价为纵坐标，将研究的物质放在坐标里，从价态、类别两个角度实现物质的转化，这种图示叫做价态类别二维图，它是帮助我们设计物质转化路径的重要工具。在日常生活、工农业生产、科学技术等许多领域都涉及氧化还原反应。因此，通过分析元素的常见化合价，依据氧化还原反应原理实现物质的转化、制备新物质，有着重要的社会价值。
实际上，在工业中，常利用铁矿石为原料制备硫酸亚铁晶体。以碳为原料制备氯仿晶体的流程如下，从原料二硫化亚铁到产品硫酸亚铁晶体，铁元素的价态是怎样变化的呢？请尝试分析流程中矿渣、滤液1、滤液2中铁元素的价态，并说明判断依据。
生：二硫化亚铁中铁元素价态为正二价，在氧气中燃烧，氧气是常见氧化剂，可推测矿渣中铁元素价态为正三价。由滤液2能获得矾晶体，矾晶体中铁元素化合价为正二价，所以滤液2中铁元素化合价为正二价。铁粉是常见还原剂，说明滤液1中铁元素化合价为正三价，铁粉将滤液1中正三价的铁离子还原为滤液2中的亚铁离子。
师：非常好，我们可以依据氧化还原反应原理，借助常见的氧化剂、还原剂推断元素价态的变化，从而分析陌生物质间的转化原理。
工业上制得的硫酸亚铁，加上一些辅助材料，经过一系列工序就能制得硫酸亚铁片。但投入市场前，需要药品质检员进行质量检查。今天我们来扮演药品质检员，完成其中一项任务——对硫酸亚铁片中的亚铁离子进行检验。要检验亚铁离子，首先要知道亚铁离子的化学性质，我们还没学习亚铁盐的性质，怎么预测呢？可以借助价态类别二维图这个工具。请同学们从价态升降的趋势预测亚铁离子可能具有的化学性质，并选择合适的试剂设计实验验证猜想。
生：亚铁离子铁元素价态为正二价，处于中间价态，有升价趋势，可能具有还原性；又能降价，可能具有氧化性。如果验证亚铁离子具有还原性，应该选择有氧化性的物质来检验，例如常见的氧化剂氧气、氯气、浓硫酸、硝酸、酸性高锰酸钾等；如果验证亚铁离子具有氧化性，应该选择有还原性的物质来检验，例如常见的还原剂锌、镁、铝等。
师：设计实验考虑的原则一般包括原理可行、现象明显、操作安全、绿色环保等等。已知亚铁离子的氧化性较弱，还原性较强，而酸性高锰酸钾溶液与还原性较强的物质反应，高锰酸根被还原为锰离子，溶液紫红色褪去。该实验操作简单，现象明显，常用于检验物质具有还原性。下面我们一起来观看实验视频，用酸性高锰酸钾溶液验证亚铁离子具有还原性。我们首先取两毫升酸性高锰酸钾溶液于试管中，然后逐滴加入硫酸亚铁溶液，震荡。大家观察到了什么？
生：溶液紫红色褪去，说明亚铁离子具有还原性。
师：回顾刚才的过程，从氧化还原反应角度研究陌生物质的化学性质经过了哪些步骤呢？
生：首先分析元素的化合价，从价态升降的趋势预测物质可能具有还原性或氧化性。如果预测物质具有还原性，就需要寻找另一具有氧化性的物质进行实验验证；如果预测物质具有氧化性，就需要寻找另一具有还原性的物质进行实验验证，然后观察现象得出结论。