【教案】课题3+金属资源的利用和保护（第1课时）（教学设计）九年级化学下册（人教版2024）

第八单元《金属和金属材料》教学设计课题3金属资源的利用和保护第一课时金属矿物、铁的冶炼课题：8.2.1金属矿物、铁的冶炼课时1授课年级初三课标要求知道大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的，体会化学方法在金属治炼中的重要性；认识金属矿物是宝贵的自然资源，形成保护和节约资源的可持续发展意识与社会责任；掌握铁的冶炼方法和原理，会计算含杂质物质的有关化学方程式的计算。教材分析本课时是九年级下册第八单元课题三的第一课时，位于单元前两节课的总结收尾部分。这一安排不仅是对前面两个课题的总结和延伸，也是将理论基础与实际应用相结合的重要环节。第一课时的重点在于介绍金属资源的概况以及铁的冶炼过程。铁作为学生熟知的常见金属，尽管在日常生活中广泛接触，但学生普遍缺乏对其自然存在形式和冶炼方法的深入了解。本课时开始时，通过金属活动顺序表的复习和联系，使学生初步了解各种金属在自然界的存在形式。接着，通过古代炼铁和工业高炉炼铁的案例，学生能够直观地理解铁矿石如何还原为铁。这一过程不仅加深了学生对铁的认识，还培养了他们在科学实验中的动手能力和探索精神。金属材料在现代工业与日常生活中的应用无处不在，每年人类需要从自然界中提取大量的金属用于各个领域的生产活动。因此，了解金属资源现状、提取方法以及保护措施显得尤为重要。这一课时不仅涵盖了知识与技能的学习，还触及环境保护和资源节约等情感教育领域。铁的冶炼是本课时的教学重点，主要介绍了从铁矿石中提取铁的化学反应原理，并结合实际炼铁过程，通过例题解析化学反应中的杂质问题。这些内容旨在提升学生的科学素养，增强他们的环境意识和资源保护意识。学情分析通过上一个学期对“碳和一氧化碳还原氧化铜以及有关化学方程式的计算”的学习，学生已经具备了一定的基础知识，特别是对碳和一氧化碳还原性的理解和简单化学计算的能力。然而，学生在化学方程式的记忆上仍然倾向于死记硬背，缺乏对方程式的归纳能力。因此，本课时需要引导学生通过归纳总结来加深对方程式的理解，并结合实际问题提高他们的运用能力。由于铁是人类使用最广泛的金属材料，学生对其基本性质已有一定了解。经过之前的学习，他们在理论上对炼铁过程有初步的认知，并且对铁制品生锈的原因和防护措施有所接触，知道生锈是一个缓慢的氧化过程。此外，学生已经具备了一定的资料收集、整理能力，以及设计方案和控制实验条件的基础。这些技能有助于他们更好地理解和应用本课时的内容，特别是在实验和实际应用环节。总体而言，学生在本课时的学习中具备了一定的知识基础和技能储备，教师可以通过引导和实践活动进一步提升他们的理解和应用能力，实现知识的内化和迁移。教学目标1.知道金属在自然界存在的形式及常见的金属矿物。2.了解从铁矿石中将铁还原出来的原理和方法。3.能根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行简单的计算。教学重、难点重点：从常见铁矿石中提炼铁的原理和方法。难点：冶炼铁的原理、有关杂质问题的计算。核心素养化学观念：学生对金属的自然存在形式和冶炼过程的了解，深化了对元素周期表和金属活动性顺序的理解。这有助于他们建立起金属化学反应的基本概念，认识到化学反应在金属提取和应用中的重要性。科学思维：学生通过化学方程式的归纳和含杂质计算题的解答，培养了逻辑推理和问题解决能力。他们在计算和分析过程中，运用科学的方法进行思考，增强了对科学过程的理解和应用能力。科学探究与实践：在实验中应用之前学习的碳和一氧化碳还原性知识，学生通过动手实验加深了对铁冶炼过程的理解。同时，他们也在探究铁制品生锈的条件和防护措施的过程中，锻炼了实验设计、数据收集与分析的能力。科学态度与责任：通过学习金属资源的提取与保护，学生对资源的有限性和环境保护的重要性有了更深刻的认识。这有助于他们培养负责任的科学态度，增强在日常生活中关注资源节约与环境保护的意识。教学过程教学环节教学活动设计意图环节一、金属矿物【新课引入】大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源，人类每年要提取数以亿吨计的金属用于工农业生产和其他领域。金属材料无处不在，我们处处离不开金属材料，观看视频《无处不在的金属材料》。【图片展示】沙里淘金【思考】金可以从河沙里淘出，这说明金是以化合物形式存在还是以单质形式存在呢？为什么？单质，金的化学性质稳定。【讲解】地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中，除了金、银等有单质形式存在，其余金属都以化合物的形式存在。【展示】一些常见的金属矿石【讲解】我国是世界上为数不多的已知金属矿物种类比较齐全的国家之一，矿物储量也很丰富，其中钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列。【展示】地壳中含量最高的金属元素是铝元素，含量第二位的金属元素是铁元素，而目前世界年产量最高的金属是铁。工业上就是从矿石中提炼金属的。【学生活动】交流讨论：如何选择炼铁原料？【总结】从元素组成的角度考虑，由于黄铁矿中含有硫元素，在冶炼过程中会有二氧化硫生成，造成空气污染，所以排除黄铁矿；工业生产一定会考虑产量，从含铁量的角度考虑，赤铁矿中含铁量约为70%，磁铁矿中含铁量约为72.4%，菱铁矿中含铁量约为48.3%，所以排除含铁量低的菱铁矿。在工业生产中一般选择赤铁矿和磁铁矿炼铁。【对应训练1】（2023·常州）同学们收集的下列矿石样品中，主要成分为Fe3O4的是（）A.赤铁矿B.磁铁矿C.孔雀石D.铝土矿【答案】B让学生意识到金属在日常生活中的重要性，激发他们的学习兴趣和好奇心。引导学生思考金的存在形式，结合化学性质，帮助他们理解金属在自然界中的存在状态，并且通过讲解，区分常见金属的单质和化合物存在形式。通过讨论，培养学生从元素组成和产量角度分析问题的能力，并引导他们理解工业生产中材料选择的科学依据。环节二、铁的冶炼【学生活动】交流讨论：如何把赤铁矿中的三氧化二铁转化为铁呢？【总结】将三氧化二铁转化为铁，即除去三氧化二铁中的氧元素，需要发生还原反应，在前面学习中我们知道，C、CO都能还原铁的氧化物，反应的化学方程式如下：3C+2Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温),)4Fe+3CO2↑3CO+Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温),)2Fe+3CO2↑对于C、CO三种物质来讲，C为固体，在反应中接触不完全，导致反应不充分，浪费资源或导致环境污染，故选择CO，所以在实验室或工业上炼铁的原理是：3CO+Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温),)2Fe+3CO2。【过渡】人类使用铁器的时代很久远，勤劳的中国人民早在春秋战国时期就知道了炼铁的方法，开始使用铁器服务于农业和社会生活。【展示】《天工开物》我国古代炼铁示意图“凡铁一炉载土二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭，或用木炭”（“土”为铁矿石）根据材料，找到古代炼铁的原料和原理？【讲解】原料：铁矿石、硬木柴或煤炭或木炭原理：3CO+Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温),)2Fe+3CO2。【问题】CO从哪里来的？【过渡】中国的现代钢铁工业蓬勃发展，涌现了一批特大钢铁企业如宝钢、首钢等。你知道它们的炼铁原理是什么？所用原料有哪些？【科普视频】揭秘工业炼铁【总结】工业炼铁原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气。炼铁设备：高炉。3．炼铁高炉内发生的化学反应：C+O2eq\o(=,\s\up7(高温),)CO2、CO2+Ceq\o(=,\s\up7(高温),)2CO、3CO+Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温),)2Fe+3CO24.石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣。CaCO3+SiO2eq\o(=,\s\up7(高温),)CaSiO3+CO2↑5.焦炭在工业炼铁中有两个作用，一是燃烧提供炼铁所需的热量，二是反应产生一氧化铁，用于还原铁矿石。【讲解】工业炼铁得到的产物是生铁，是含碳量为2%~4.3%的铁合金，生铁可经过吹氧冶炼等工序生产含碳量为0.03%~2%的钢。【过渡】在实际炼铁时，所用的原料或产物一般都含有杂质，在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。下面我们通过一个例题来学习一下吧！【例题】用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少？注意：代入方程式计算的数据必须是纯净物的质量。因此，含杂质的计算一般做法如下：第一步，将含杂质的物质质量转化成纯物质的质量。即：纯净物质量=不纯物总质量×纯度第二步，依据化学方程式，根据已知纯物质的质量计算未知纯净物的质量。第三步，将纯物质转化成杂质物质的质量。即：不纯物质量=纯净物质量÷纯度已知：氧化铁质量=1000t×80％=800t解：设可炼出铁的质量为x。则生铁的质量为：560t÷96%=583.3t答：可炼出生铁的质量为583.3t。【变式训练】某炼钢厂日产含杂质4%的生铁3500t，试计算：（1）该3000t生铁中含纯铁多少吨？（2）该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为85%的赤铁矿石多少吨？（计算结果保留整数）解：（1）生铁中含纯铁：3500t×(1－4%)=3360t（2）设需含Fe2O3质量分数为80%的赤铁矿石的质量为x。答：该炼钢厂每天需含Fe2O3质量分数为80%的赤铁矿石为6000t。【对应训练2】《天工开物》对钢铁冶炼过程有如下记载。下列说法正确的是()“垦土拾锭”：铁元素是地壳中含量最高的金属元素“淘洗铁砂”：铁矿石（主要成分为Fe2O3）能溶于水“生熟炼铁”：冶炼铁过程中发生了化学变化“锤锻成钢”：生铁高温锻打成钢，碳元素含量升高【答案】C【对应训练3】小明笔记中有一处错误，你认为是图中的哪一处（）A.a处 B.b处 C.c处 D.d处【答案】B【对应训练4】联合钢铁工业的基本生产流程示意图如下：请回答下列问题：写出设备A的名称：。写出以赤铁矿为原料在高温下与一氧化碳反应制取铁的化学方程式：。炼铁时焦炭的作用是：①产生热量（或“提高炉温”）；②。应用化学原理分析，工业炼钢时用纯氧而不用空气的原因是：。在古代，人们把在高温下烧红的铁反复锤钉，最终使生铁转化为钢，这也是所谓“百炼成钢”的来历。写出上述转变过程中最关键一步反应的化学方程式：。【答案】高炉3CO+Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温),)2Fe+3CO2产生一氧化碳促使反应更加剧烈，并获得更多的热量C+O2eq\o(=,\s\up7(高温),)CO2通过让学生讨论如何将三氧化二铁转化为铁，引导他们自主思考化学反应过程。将传统工艺与现代化学知识结合起来，增强学生对历史科技发展的认识，同时理解古代炼铁的原理和原料。通过展示现代钢铁工业的科普视频，让学生了解现代炼铁的原材料、设备、化学反应及流程，将理论知识与实际工业应用相结合，提高学生的综合素质和实际应用能力。通过例题讲解和变式训练，指引学生掌握含杂质物质的计算方法。这一过程锻炼了学生的化学计算能力，使他们能够解决实际问题。通过多种类型的练习题，包括选择题和简答题，巩固学生对本课时知识点的理解和应用能力课堂总结板书设计课题3金属资源的利用和保护课时1一、金属矿物二、铁的冶炼冶炼原理：3CO+Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温),)2Fe+3CO2三、有关杂质问题的计算教学反思亮点：该教学过程通过引导学生讨论问题和观看视频，将理论知识与实际应用相结合，激发了学生对化学反应和炼铁技术的兴趣。历史与现代炼铁工艺的结合，丰富了学生的知识视野，让他们更好地理解科学技术的进步和应用。此外，通过例题和变式训练，巩固了学生的计算能力，使他们更好地将所学知识转化为解决实际问题的能力。不足