九年级化学（科粤版）下册教学设计

九年级化学（科粤版）下册教学设计

一、基于“证据推理与模型认知”的“一氧化碳还原氧化铁”实验探究与工业应用专题教案

一、教学内容分析

【基础】本节课是科粤版九年级化学下册第六章《金属》第三节“金属矿物与冶炼”的核心内容。在此之前，学生已学习了碳、氢气的还原性，初步建立了氧化还原反应的概念。本节课以一氧化碳还原氧化铁为切入点，既是上节课知识的延伸和应用，也是学生第一次接触气体参与下的有毒物质、复杂装置的综合实验。它不仅承载着“铁的冶炼”这一具体的知识点，更是培养学生实验设计、现象分析、误差判断及环保意识等化学学科核心素养的关键载体。同时，该实验的原理直接迁移至工业高炉炼铁，是联系化学原理与生产实际的桥梁，为后续学习金属的防护和回收奠定基础。

二、学情分析

【基础】授课对象为九年级学生。知识层面，学生已掌握氧气的性质、碳的还原性，初步具备物质观和元素观。能力层面，具备基本的实验操作技能和观察能力，但对于涉及有毒气体、需要复杂操作顺序（如先通后停）的实验，缺乏系统性思维和安全意识。心理层面，学生对炼铁这一将石头变成金属的过程充满好奇，这种好奇心是驱动探究的内在动力。因此，教学难点在于引导学生理解并内化严密的实验操作逻辑，透过现象看本质，并能将实验室原理迁移至复杂的工业体系。

三、教学目标与核心素养

1.宏观辨识与微观探析：通过观察红棕色粉末变为黑色、澄清石灰水变浑浊的现象，宏观上感知化学反应的发生；从原子、分子层面理解一氧化碳夺取氧化铁中氧原子的过程，建立氧化还原反应的本质是电子转移（或氧原子得失）的微观模型。

2.变化观念与平衡思想：理解化学反应需要一定的条件（高温），掌握实验室模拟炼铁的操作顺序，认识到反应条件与操作步骤对反应成败的重要性。

3.证据推理与模型认知：基于实验现象（黑色固体被磁铁吸引、与酸反应产生气泡）推断产物；通过对实验装置的观察和分析，构建“气体发生-主要反应-产物检验-尾气处理”的综合实验模型。

4.科学探究与创新意识：能够对传统实验装置提出改进建议（如尾气回收利用），设计简单的实验方案检验产物。

5.科学精神与社会责任：理解化学原理对工业生产的指导作用，认识有毒物质处理对环境的重要性，树立绿色化学和安全生产的意识。

四、教学重难点

1.【非常重要】【高频考点】一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式（Fe₂O₃+3CO=高温=2Fe+3CO₂）的书写及实验现象的准确描述。

2.【难点】【易错点】实验操作顺序（先通CO后加热，停止加热后继续通CO至冷却）的原理分析（排尽空气防爆炸，防止倒吸，防止铁被氧化）。

3.【难点】对工业炼铁高炉中复杂反应的理解以及含杂质物质（不纯物）的化学方程式计算。

五、教学准备

1.实验仪器与药品：硬质玻璃管、单孔橡胶塞、铁架台（两个）、酒精喷灯、试管、导气管、乳胶管、磁铁、火柴；氧化铁粉末、澄清石灰水、一氧化碳气体（储存在储气瓶中或采用甲酸与浓硫酸现场制取）。

2.多媒体资源：高炉炼铁3D结构动画、一氧化碳还原氧化铁虚拟仿真实验平台、工业炼铁现场视频。

3.教学具：任务驱动单（含实验记录表、问题链）。

六、教学实施过程

（一）情境导入：从“石头”到“铁钉”的蜕变

教师活动：展示一块赤铁矿石和一根常见的铁钉。提出问题：“这块其貌不扬的红色石头，和这根坚硬的铁钉，它们之间有什么内在的联系？人类是如何实现从石头到金属这一神奇转变的？”引导学生回顾已学的碳和氢气能还原氧化铜的性质，推测铁的冶炼可能需要具有还原性的物质。由此引出本节课的主题——用一氧化碳还原氧化铁。

学生活动：观察、思考、讨论，回答出铁矿石是铁的化合物，需要加入还原剂并加热才能得到铁单质。

（二）原理探究：基于证据的还原剂选择

教师活动：【基础】引导学生回顾学过的还原剂（C、H₂、CO）。提出问题：“如果工业上大规模炼铁，你会选择哪种还原剂？为什么？”引导学生从经济成本、反应效率、操作可行性等多角度进行初步论证。播放工业上大规模制取水煤气（C+H₂O=高温=CO+H₂）的视频，说明CO的来源广泛且成本低廉。

学生活动：小组讨论，对比C（固体，接触面积小）、H₂（成本高，制取复杂）、CO（气体，反应接触充分，可由廉价焦炭制得）的优缺点，最终认同工业上采用CO作为还原剂的合理性。这为理解实验室模拟为何选用CO埋下伏笔。

（三）核心环节：【非常重要】一氧化碳还原氧化铁的实验探究（模型建构与证据推理）

1.装置构建与预测

教师活动：不直接呈现完整装置图，而是采用“组装式”教学。提问：“我们要完成‘CO还原Fe₂O₃’并验证产物CO₂，需要哪些功能模块？”引导学生思考：反应容器（需要耐高温，选硬质玻璃管）、加热设备（酒精喷灯）、产物检验（澄清石灰水）。

学生活动：在任务单上尝试画出装置草图。教师选取典型设计进行投影点评，指出可能存在的问题（如尾气如何处理？），引导学生意识到CO有毒，必须有尾气处理装置，从而完善装置图。

2.实验操作与观察——解密“早出晚归”

教师活动：【重要】【高频考点】播放实验视频或进行演示实验。强调观察的重点：玻璃管内粉末颜色的变化、石灰水的变化、导管口火焰的颜色。

在操作过程中，采用“慢动作”加“问题链”的方式，引导学生深度思考每一个步骤的原因：

（1）“先通CO一会儿，再点燃酒精喷灯”——为什么？（排尽玻璃管内的空气，防止加热CO与空气的混合气发生爆炸。）

（2）“观察到石灰水变浑浊后，才点燃尾气处理处的酒精灯”——为什么？（确保管内空气已排尽，且反应已经开始，排出的主要是CO而非空气，点燃更安全。）

（3）“实验结束后，先熄灭酒精喷灯，继续通CO直至玻璃管冷却”——为什么？如果不这样做会有什么后果？（防止石灰水倒吸炸裂玻璃管；防止生成的灼热铁粉在空气中被重新氧化。）

引出记忆口诀：“CO早出晚归，酒精喷灯迟到早退”。

学生活动：观看视频，记录现象：红棕色粉末逐渐变成黑色；试管中澄清石灰水变浑浊；导管口有蓝色火焰。在任务单上记录现象并尝试分析每一步操作的原因，小组内交流讨论。

3.产物检验与证据推理

教师活动：展示冷却后从硬质玻璃管中倒出的黑色粉末。提问：“这黑色粉末一定是铁吗？也可能是四氧化三铁（Fe₃O₄，黑色，有磁性）？如何用简单的化学方法证明它是铁？”

学生活动：设计实验方案。取少量黑色粉末于试管中，滴加稀盐酸（或稀硫酸），观察是否有气泡产生，若产生气泡，且溶液变为浅绿色（Fe²⁺），则证明有铁生成。同时，教师补充：用磁铁吸引可以证明它有磁性，但无法区分铁和四氧化三铁，必须用酸进行化学检验。这强化了证据推理的严谨性。

4.化学方程式的书写与本质理解

教师活动：【非常重要】【高频考点】引导学生根据现象（石灰水变浑浊说明有CO₂生成）和产物（铁），写出化学方程式：Fe₂O₃+3CO=高温=2Fe+3CO₂。强调反应条件是“高温”，并指出CO在该反应中体现了还原性，是还原剂；Fe₂O₃被还原，是氧化剂。

学生活动：在笔记本上规范书写方程式，并用双线桥或单线桥分析电子转移（或氧原子得失），从本质上理解氧化还原反应。

（四）迁移应用：工业炼铁——实验室原理的宏大叙事

1.高炉模型与流程分析

教师活动：【基础】播放高炉炼铁的3D动画视频，展示高炉结构。提出系列问题：

（1）工业炼铁的原料有哪些？（铁矿石、焦炭、石灰石、空气）它们分别从高炉的什么部位投入/通入？

（2）热空气从炉底通入，焦炭在炉内首先发生什么反应？产物是什么？这个反应对炉内温度有何影响？（C+O₂=点燃=CO₂，放热）

（3）生成的CO₂在上升过程中与灼热的焦炭发生什么反应？（C+CO₂=高温=2CO）这个反应生成的CO才是真正的还原剂。

（4）石灰石的作用是什么？（CaCO₃=高温=CaO+CO₂↑，CaO+SiO₂=高温=CaSiO₃，将矿石中的脉石（SiO₂）转化为炉渣除去。）

学生活动：根据视频和教材，在小组内讨论并梳理高炉内的主要化学反应，形成“焦炭提供热量和还原剂”的认知模型。对比实验室炼铁与工业炼铁的区别（产物：纯铁vs生铁；温度：较低vs极高；设备：硬质玻璃管vs高炉），理解实验室是“原理模拟”，工业是“规模生产”。

2.【难点】【热点】含杂质物质的化学方程式计算

教师活动：指出工业原料和产品都是不纯的，引出计算问题。展示例题：“某炼铁厂每天生产含杂质4%的生铁100t，理论上需要含Fe₂O₃80%的赤铁矿石多少吨？”引导学生明确计算关键：化学方程式计算的是纯净物质量，必须先换算。讲解解题步骤：

（1）将不纯的生铁质量换算成纯铁质量：100t×(1-4%)=96t。

（2）设需要赤铁矿石的质量为x，则其中纯Fe₂O₃的质量为80%x。

（3）根据化学方程式Fe₂O₃+3CO=高温=2Fe+3CO₂列出比例式求解：160/(80%x)=112/96t。

（4）解出x，并作答。

学生活动：在学案上完成计算，同桌互评，掌握“混合物与纯净物换算”这一关键步骤。

（五）反思与创新：实验评价与装置改进

教师活动：引导学生对刚才的实验装置进行评价。提出问题：“这套装置有什么不足？如何改进？”（提示：CO直接点燃，虽然是处理了，但浪费了能源；连接处较多，气密性检查麻烦。）

展示几种改进装置：例如，将尾气导管连接到酒精喷灯的气源处，既处理了尾气又节约了燃料；或采用W型管进行微型化实验，减少药品用量，提高安全性-7。

学生活动：分小组讨论，设计改进方案。尝试从“绿色化学”（环保、安全、节约）的角度评价实验装置，培养创新意识和批判性思维。利用虚拟仿真实验平台，尝试搭建不同的改进装置并模拟运行-6。

（六）课堂总结与素养提升

教师活动：引导学生从“知识、方法、观念”三个层面进行总结。

（1）知识层面：掌握了实验室炼铁的原理、装置、现象和操作，了解了工业炼铁的过程。

（2）方法层面：学会了如何通过实验现象进行证据推理，掌握了控制变量和对比实验的思想，学会了含杂质物质的计算方法。

（3）观念层面：认识到化学对改善人类生活的巨大贡献（从矿石到金属），树立了安全操作和绿色化学的意识。

学生活动：绘制本节课的思维导图，梳理知识网络。

七、板书设计

一、实验室模拟炼铁

1.原理：Fe₂O₃+3CO=高温=2Fe+3CO₂

2.装置：硬质玻璃管（反应器）、酒精喷灯（热源）、澄清石灰水（检验CO₂）、酒精灯（尾气处理）

3.现象：红棕变黑、石灰水变浑、尾气燃烧（蓝色火焰）

4.【重中之重】操作顺序：

通CO→点灯（酒精喷灯）→停灯→停CO（防炸、防氧、防倒吸）

二、工业炼铁（高炉）

1.原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气

2.主要反应：

（1）提供还原剂：C+O₂=点燃=CO₂，C+CO₂=高温=2CO

（2）还原铁矿石：Fe₂O₃+3CO=高温=2Fe+3CO₂

（3）除去脉石：CaCO₃=高温=CaO+CO₂↑，CaO+SiO₂=高温=CaSi