沪教版九年级化学第3节 金属防护和废金属回收（教学设计教案）

第3节金属防护和废金属回收一、知识目标1.掌握铁生锈的条件是与水和氧气等物质共同作用，了解酸性溶液和氯化钠溶液能加快铁的锈蚀。2.了解铁锈的成分（主要是Fe2O3）及其疏松多孔的结构特点，知道铁锈不能保护里层的铁。3.了解防止铁制品锈蚀的简单方法，如保持表面干燥洁净、涂保护膜、制成合金等。4.知道废旧金属对环境的污染，认识回收利用废旧金属等保护金属资源的重要性。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：从宏观上观察铁钉生锈的现象，从微观角度分析铁生锈的原因和条件，以及铁锈的结构特点对铁继续锈蚀的影响。2.科学探究与创新意识：通过设计并完成铁钉锈蚀实验，培养科学探究能力和创新思维，学会分析实验现象、总结实验结论。3.科学态度与社会责任：认识金属资源保护的重要性，培养节约资源、保护环境的意识和社会责任感。一、教学重点1.铁生锈的条件、防止铁制品锈蚀的方法和保护金属资源的措施。二、教学难点1.设计并分析铁钉锈蚀实验，理解铁锈不能保护里层铁的原因。本节教学内容出自沪教版2024年版九年级化学上册第六章第三节《金属防护和废金属回收》。这部分内容是在学生学习了金属的化学性质等知识的基础上展开的，是对金属知识的进一步拓展和深化，对于学生全面认识金属资源的综合利用具有重要意义。教材首先通过展示锈迹斑斑的埃菲尔铁塔等实例，引发学生对金属腐蚀问题的关注，进而提出铁生锈需要哪些条件的问题，引导学生进行实验探究。通过设计多个对比实验，让学生直观地观察到铁在不同环境下的生锈情况，从而总结出铁生锈的条件。接着，教材分析了铁锈的成分和结构特点，以及与氧化铝保护膜的对比，让学生明白铁锈不能保护里层铁的原因。然后，基于铁生锈的条件，探讨了防止铁制品锈蚀的方法，包括保持干燥洁净、涂保护膜、制成合金等。最后，教材从金属矿物储量有限且不可再生的角度出发，引导学生思考如何保护金属资源，介绍了防止金属锈蚀、回收利用废旧金属、合理开采矿物和寻找金属代用品等措施。教学对象是九年级的学生，他们已经具备了一定的化学基础知识，如金属的性质、化学反应等，但对于金属的腐蚀和防护以及金属资源的保护等问题还缺乏深入的了解。在思维能力方面，学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、生动的实验现象比较感兴趣，但在分析实验现象、总结规律和应用知识解决实际问题等方面还存在一定的困难。在生活经验方面，学生在日常生活中或多或少都接触过金属生锈的现象，但可能没有深入思考过其中的原因和解决方法。因此，在教学过程中，可以结合学生的生活实际，通过展示生活中常见的金属生锈实例，激发学生的学习兴趣和探究欲望。同时，要注重引导学生进行实验探究，让他们通过自主观察、分析和总结，得出铁生锈的条件和防止金属锈蚀的方法，培养学生的科学探究能力和思维能力。此外，还可以通过组织学生讨论如何保护金属资源等问题，增强学生的资源意识和环保意识。教学环节一新课导入【展示图片】同学们，老师先给大家展示一组图片。（展示锈迹斑斑的埃菲尔铁塔、被腐蚀的金属桥梁、生锈的自行车等图片）大家看这些图片，原本坚固、崭新的金属制品，现在都变得锈迹斑斑，有的甚至影响到了正常使用。看到这些，大家有什么感受呢？可以和身边的同学交流一下。（给学生一些时间交流讨论）【提出问题】埃菲尔铁塔是世界著名的建筑，它的生锈问题一直备受关注。大家思考一下，我们该如何防止埃菲尔铁塔继续生锈呢？这其实就涉及到我们今天要学习的内容——金属的腐蚀与防护以及废金属回收。世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%-40%，这是多么惊人的数字啊！金属腐蚀不仅造成了资源的巨大浪费，还可能带来安全隐患。那么铁生锈需要哪些条件呢？让我们一起来探究一下。【设计意图】1.激发学生兴趣：通过展示生锈金属制品的图片，让学生直观地感受到金属腐蚀带来的危害，引发学生的好奇心和求知欲，提高他们对本节课的兴趣和课堂参与度。2.联系生活实际：以埃菲尔铁塔生锈问题为例，将化学知识与生活中的实际问题紧密联系起来，让学生认识到化学在生活中的重要性，使抽象的化学知识变得具体而有趣。3.引发思考，导入新课：提出如何防止埃菲尔铁塔生锈以及铁生锈需要哪些条件的问题，自然地引出本节课的主题，让学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，激发他们的学习主动性和积极性。教学环节二金属的腐蚀与防护活动一金属腐蚀的探究【引入】同学们，我们来看锈迹斑斑的埃菲尔铁塔，思考一下如何防止埃菲尔铁塔继续生锈呢？世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%~40%，金属的腐蚀是一个严重的问题。那铁生锈需要哪些条件呢？这就是我们接下来要探究的内容。【问题】铁生锈需要哪些条件呢？铁是Fe，铁锈主要成分是Fe2O3·xH2O，增加了H、O，是不是与H2O、O2有关呢？【学生思考】学生分组讨论，提出假设，认为铁生锈可能与水和氧气有关。【教师讲解】为了验证这个假设，我们来进行一个实验。取一块废旧铁丝网，将铁丝网剪成几小片，用稀盐酸除去铁锈后，放入锥形瓶中。在锥形瓶中加入3−4ml浓食盐水，塞紧带导管的单孔塞后，将导管的另一端伸入滴有红墨水的水中，过一段时间后观察实验现象。【学生实验】学生按照教师的要求进行实验操作，并观察现象。【现象】①铁丝表面出现红色物质；②导管内上升一段液柱。【思考】教师提问：①红墨水为何会沿导管上升？②浓食盐水的作用是什么？【学生回答】学生思考并回答，红墨水上升是因为铁生锈消耗了氧气，使瓶内压强减小；浓食盐水可能是加快了铁生锈的速度。【教师讲解】评价学生的回答，强调铁生锈消耗氧气导致压强变化，浓食盐水起到电解质的作用，加速了铁的锈蚀。【设计意图】通过生活中埃菲尔铁塔生锈的实例引入，激发学生的学习兴趣和探究欲望。让学生参与实验，培养学生的动手能力和观察能力，通过思考问题，培养学生的思维能力。【对应训练1】在探究铁生锈的条件实验中，下列关于红墨水上升的原因解释正确的是（）A.铁生锈产生气体使瓶内压强增大B.铁生锈消耗氧气使瓶内压强减小C.浓食盐水挥发使瓶内压强增大D.稀盐酸与铁反应产生气体使瓶内压强增大【答案】B【解析】铁生锈消耗氧气，导致瓶内气体减少，压强减小，外界大气压将红墨水压入导管，使红墨水上升，所以选B。【对应训练2】在上述实验中，浓食盐水的作用是（）A.提供水分B.提供氧气C.加快铁生锈的速度D.防止铁生锈【答案】C【解析】浓食盐水作为电解质，能够加快铁生锈的速度，所以选C。活动二铁钉锈蚀实验探究【问题】为了更全面地探究铁生锈的条件，我们进行以下实验。在试管①中加入少量干燥剂（无水氯化钙），再放一团干棉球，把铁钉放在干棉球上，塞紧橡皮塞；在试管②中注满煮沸后迅速冷却的蒸馏水，使铁钉完全浸没，塞紧橡皮塞；在试管③中加入少量蒸馏水，使铁钉的一部分浸没在水中；在试管④中加入稀硫酸，浸没铁钉后，倒去溶液；在试管⑤中加入少量氯化钠溶液，使铁钉一部分浸没在溶液中。同学们思考一下，为什么要这样设计实验呢？【学生思考】学生分组讨论，回答出这样设计是为了分别探究铁在不同环境下（干燥、无氧、有水有氧气、酸性环境、有氯化钠溶液环境）的生锈情况。【学生实验】学生按照实验步骤进行操作，并记录不同时间（立即观察、1天后、3天后、1周后）的实验现象。【现象展示】教师展示实验现象图片，让学生根据现象分析。【分析总结】教师引导学生根据实验现象并结合铁钉所处的环境，分析、总结铁生锈的条件。【学生回答】学生总结出铁生锈的条件是与水和氧气等物质共同作用。【交流反思】教师提出问题：1.实验中试管②为什么要用煮沸后迅速冷却的水，这样做的目的是什么？2.通过试管③④⑤可知，酸性溶液和氯化钠溶液对铁钉的锈蚀有什么影响？3.铁锈的成分是什么？结构有什么特点？【学生回答】学生思考并回答，试管②用煮沸后迅速冷却的水是为了除去水中溶解的氧气，排除氧气的干扰；酸性溶液和氯化钠溶液能加快铁的锈蚀；铁锈成分复杂，主要是氧化铁（Fe2O3），是一种疏松多孔的物质。【教师讲解】评价学生的回答，强调铁锈疏松多孔的结构会让空气中的氧气和水分穿过它的空隙，不断向内层渗透，持续跟铁反应，直至铁被完全锈蚀。【设计意图】通过多个对比实验，让学生更深入地探究铁生锈的条件，培养学生的实验设计能力和分析总结能力。交流反思环节进一步加深学生对实验的理解和对铁生锈原理的认识。【对应训练1】在铁钉锈蚀实验中，下列试管中的铁钉最容易生锈的是（）A.试管①B.试管②C.试管③D.试管④【答案】C【解析】试管③中铁钉同时接触到了水和氧气，满足铁生锈的条件，所以最容易生锈，选C。【对应训练2】下列关于铁锈的说法正确的是（）A.铁锈能保护里层的铁B.铁锈的主要成分是Fe3O4C.铁锈是一种致密的物质D.铁锈疏松多孔，会加速里层铁的生锈【答案】D【解析】铁锈疏松多孔，不能保护里层的铁，反而会加速里层铁的生锈，其主要成分是Fe2O3，所以选D。活动三铁生锈原理的应用及防锈方法【思考】教师提问，铁生锈原理有哪些应用呢？根据铁生锈的条件，该如何防止铁制品锈蚀呢？【学生回答】学生思考并回答，铁生锈原理的应用有利用铁粉缓慢氧化放热制成防寒暖贴，利用铁生锈吸收氧气和水蒸气制成铁粉双吸剂；防锈的原理是破坏生锈条件，使铁与氧气或水隔绝。【教师讲解】教师总结学生的回答，并详细讲解防止铁制品生锈的具体方法：1.保持铁制品表面干燥和洁净；2.在铁制品表面涂一层保护膜，如涂油、喷油漆、电镀、烤蓝、搪瓷等；3.制成合金，提高抗腐蚀能力。【设计意图】通过思考应用和防锈方法，让学生将所学知识与实际生活联系起来，培养学生的知识迁移能力和解决实际问题的能力。【对应训练1】下列防锈方法中，与其它三种方法原理不同的是（）A.表面涂油B.表面刷漆C.覆盖塑料D.制成合金【答案】D【解析】表面涂油、表面刷漆、覆盖塑料都是使铁与氧气和水隔绝，而制成合金是改变了金属的内部结构，提高抗腐蚀能力，原理不同，所以选D。【对应训练2】世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的20%~40%。下列做法不能有效防止钢铁生锈的是（）A.表面刷漆B.清洗锈迹C.制成不锈钢D.镀耐腐蚀的铬【答案】B【解析】表面刷漆、制成不锈钢、镀耐腐蚀的铬都能防止钢铁生锈，而清洗锈迹不能防止钢铁继续生锈，所以选B。教学环节三保护金属资源活动一保护金属资源的方法探究【引入】金属矿物的储量有限，而且不能再生。那怎样保护金属资源呢？这是我们接下来要探讨的问题。【交流讨论】教师组织学生分组讨论如何保护金属资源。【学生回答】学生回答出防止金属锈蚀、回收利用废旧金属、有计划、合理地开采矿物、积极寻找金属的代用品等方法。【教师讲解】教师对学生的回答进行总结和补充，强调这些方法的重要性。【设计意图】通过交流讨论，培养学生的合作学习能力和环保意识，让学生了解保护金属资源的重要性和方法。【对应训练1】青藏高原有丰富的金属矿产资源。下列有关金属资源的利用和保护不正确的是（）A.将铁制品放在潮湿的空气里B.在钢铁表面涂油、刷漆都能防止生锈C.废旧金属回收利用可以节约金属资源D.有计划、合理地开采矿物是保护金属资源的有效途径【答案】A【解析】将铁制品放在潮湿的空气里会加快铁的生锈，不利于金属资源的保护，所以选A。【对应训练2】下列做法有利于保护金属资源的是（）A.过度开采金属矿物B.随意丢弃废旧金属C.积极寻找金属的代用品D.让金属制品自然生锈【答案】C【解析】积极寻找金属的代用品可以减少对金属资源的依赖，有利于保护金属资源，所以选C。活动二保护金属资源的方法探究【问题】教师提出问题，废旧金属回收利用有什么意义呢？【学生思考】学生思考并回答，节约金属资源、减少环境污染。【教师讲解】教师对学生的回答进行肯定和补充，强调废旧金属回收利用不仅可以节约资源，还能减少对环境的污染。【设计意图】让学生了解废旧金属回收利用的意义，增强学生的环保意识和资源节约意识。【对应训练】废旧金属回收利用不能（）A.节约金属资源B.减少环境污染C.增加金属的年产量D.降低生产成本【答案】C【解析】废旧金属回收利用可以节约金属资源、减少环境污染、降低生产成本，但不能增加金属的年产量，所以选C。第3节金属防护和废金属回收一、金属的腐蚀与防护1.铁生锈条件o与水和氧气共同作用o酸性和氯化钠溶液加速锈蚀2.铁锈特点o成分：主要是氧化铁（Fe₂O₃）o结构：疏松多孔，不能保护铁3.防锈原理和方法o原理：破坏生锈条件，使铁与氧气或水隔绝o方法：保持干燥洁净、涂保护膜、制成合金4.应用o暖贴o双吸剂二、保护金属资源1.方法o防止金属锈蚀o回收利用废旧金属o有计划、合理开采矿物o寻找金属代用品2.意义o节约金属资源o减少环境污染1．下列关于资源、能源的叙述错误的是A．空气是人类生产活动的重要资源B．燃料充分燃烧，对于节约能源非常重要C．因为海水淡化已经广泛使用，所以不用担心淡水资源短缺D．稀土是储量较少的一类金属的统称【答案】C【解析】A、空气中的各种成分都有广泛的用途，所以空气是宝贵的自然资源。此选项正确。B、燃料充分燃烧能释放出更多的热量，可以起到节约能源，减少浪费的作用。此选项正确。C、目前海水淡化成本高且技术难度大，淡水资源短缺问题仍然存在。此选项错误。D、稀土元素是储量较少的一类金属元素的统称。此选项正确。故选C。2．生活中的下列做法正确的是A．家庭电路中，用导电性最好的银取代铜制作导线B．自行车链条涂油防锈C．经常用钢刷擦洗铝制品的表面，使其变得光亮如初D．燃气灶的火焰出现橙色或黄色时，调大炉具的进气口【答案】B【解析】A、银的导电性比铜好，但是银的价格昂贵，且在实际应用中，铜导线已能满足家庭电路的导电需求，同时成本低、易于加工。用银取代铜不经济，也不实用，不符合题意；B、铁生锈的条件是铁与氧气和水接触，防止铁生锈，可以隔绝氧气和水，故可给自行车链条涂油防锈，符合题意；C、铝制品表面有一层致密的氧化铝薄膜，可阻止铝进一步被氧化，经常用钢刷擦洗铝制品的表面，会破坏这一层氧化膜，缩短铝制品的使用寿命，不符合题意；D、燃气灶的火焰出现橙色或黄色时，说明氧气不足，燃气不完全燃烧，应调大炉具的进风口，提供充足的氧气，不符合题意。故选B。3．生活中处处存在化学，下面是谷翰然同学暑假一天中的生活经历及其相关解释，其中错误的是A．早上给自行车链条涂润滑油，防锈，减小摩擦，开启风一样自由的一天B．上午准时写物理作业，用到了铝合金的直尺，质地轻不易腐蚀C．午睡后将厕所清洁剂(含有盐酸)倒入铸铁的下水管道，帮妈妈打扫卫生D．晚饭后将洗净的铁锅擦干，防止铁锅生锈【答案】C【解析】A.铁生锈是铁与氧气、水共同作用的结果，涂润滑油可隔绝链条与水和氧气，防止链条生锈，同时减少摩擦，此选项正确；B.常温下，铝能与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化铝薄膜，覆盖在铝制品表面，从而阻止铝进一步被氧化，且密度小，此选项正确；C.厕所清洁剂含盐酸，会与铸铁（含Fe）反应，腐蚀铸铁下水管道，同时污染地下水，此选项错误；D.铁生锈是铁与水和氧气共同作用的结果，擦干铁锅可隔绝水，防止生锈，此选项正确。故选C。4．某实验小组为探究铁生锈的条件，设计了如下实验。以下分析正确的是A．一周后观察到的现象是b中铁钉生锈 B．b试管中放CaCl2的目的是干燥空气C．一周后玻璃管中的现象是红墨水液面左低右高 D．该实验可以得到铁生锈需要水和氧气的结论【答案】B【解析】A、b中铁钉只与