6.3 金属矿物与冶炼教学设计初中化学科粤版2012九年级下册-科粤版2012

PAGE1PAGE26.3金属矿物与冶炼教学设计初中化学科粤版2012九年级下册-科粤版2012课题6.3金属矿物与冶炼教学设计初中化学科粤版2012九年级下册-科粤版2012设计意图一、设计意图本节结合课本金属矿物（如赤铁矿、磁铁矿）与冶炼内容，通过CO还原Fe₂O₃实验演示，引导学生理解冶炼原理；联系工业炼铁流程图，帮助学生从实验室到工业生产建立认知，突破重难点；结合生活实例（如钢铁应用），激发学习兴趣，培养实验观察能力与化学应用意识，落实“科学探究与创新意识”素养。核心素养目标二、核心素养目标通过辨识赤铁矿、磁铁矿等金属矿物的组成及冶炼产物的宏观性质，培养宏观辨识与微观探析能力；认识CO还原Fe₂O₃等冶炼过程中的物质转化规律，建立变化观念与平衡思想；基于实验现象推理反应原理，形成证据推理与模型认知；参与模拟炼铁实验，提升科学探究与创新意识；联系金属材料在生活中的应用，树立合理利用资源的科学态度与社会责任。学情分析三、学情分析九年级下学期学生已掌握氧气的性质、碳的氧化物等基础化学知识，具备初步实验操作能力，但对工业冶炼流程的宏观认知较模糊。学生对常见金属矿物（如赤铁矿、磁铁矿）的名称有印象，但对冶炼原理的微观本质（如CO与Fe₂O₃的反应条件、产物分析）理解不透彻，易混淆实验现象与化学方程式的对应关系。实验观察能力较强，但缺乏对实验装置设计意图（如尾气处理）的深层思考，存在重现象轻原理的学习习惯。部分学生对“金属冶炼与资源利用、环境保护”的联系认识不足，需通过实验演示与工业流程图对比，帮助学生建立宏观与微观的统一认知，突破学习难点。教学方法与策略四、教学方法与策略采用讲授与讨论结合，演示CO还原Fe₂O₃实验，引导学生观察现象、讨论反应原理；结合工业炼铁流程图案例分析，对比实验室与工业生产差异。教学媒体用PPT展示金属矿物图片、实验动画及工业流程图，辅助理解冶炼过程与装置设计意图，突破微观认知难点。教学过程设计**导入环节（5分钟）**

教师展示生活中常见的金属制品（如铁锅、铝制易拉罐、铜导线），提问：“这些金属制品是如何从矿石变成我们使用的物品的？”随后展示课本中的金属矿物图片（赤铁矿、磁铁矿、铝土矿），引导学生观察颜色、状态，提问：“这些矿物的主要成分是什么？”学生回答后，教师总结：“金属矿物需要通过冶炼才能得到金属，今天我们学习6.3金属矿物与冶炼。”

**讲授新课（20分钟）**

**1.金属矿物（5分钟）**

教师结合课本图6-7，介绍常见金属矿物：赤铁矿（主要成分Fe₂O₃）、磁铁矿（Fe₃O₄）、铝土矿（Al₂O₃·xH₂O），提问：“这些矿物中金属元素的化合价是多少？”学生思考回答，教师点评并强调“金属矿物是冶炼金属的原料”。

**2.铁的冶炼（10分钟）**

教师播放CO还原Fe₂O₃实验视频（课本实验6-1），边播放边讲解装置要点：“硬质玻璃管中放Fe₂O₃，试管中放澄清石灰水，导管末端点燃。”提问：“实验中观察到什么现象？”学生回答：“红色粉末变黑色，澄清石灰水变浑浊。”教师追问：“黑色固体是什么？石灰水变浑浊的原因是什么？”引导学生写出反应方程式：Fe₂O₃+3CO$\xlongequal{高温}$2Fe+3CO₂，CO₂+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。随后展示工业炼铁高炉图（课本图6-8），提问：“高炉中焦炭、石灰石的作用是什么？”学生分组讨论，教师总结：“焦炭燃烧生成CO作还原剂，石灰石除去脉石SiO2。”

**3.其他金属的冶炼（5分钟）**

教师结合课本，简介铝的电解冶炼（2Al2O3$\xlongequal{通电}$4Al+3O2↑）、铜的湿法冶炼（Fe+CuSO4=FeSO4+Cu），提问：“为什么铝的冶炼方法与铁不同？”学生回答：“铝活泼，需电解法。”教师强调“金属的冶炼方法与金属活动性有关”。

**巩固练习（10分钟）**

**1.基础练习（5分钟）**

教师展示习题：（1）写出磁铁矿的主要成分______；（2）CO还原Fe₂O₃的实验中，尾气处理的方法是______。学生独立完成，教师提问并核对答案。

**2.拓展讨论（5分钟）**

教师提出问题：“金属冶炼会产生哪些环境问题？如何解决？”学生分组讨论，每组代表发言，如“废气处理、金属回收利用”，教师结合课本“金属的回收”内容，总结“合理利用资源，保护环境”。

**课堂小结与作业（5分钟）**

教师提问：“本节课你学到了哪些知识？”学生回答后，教师强调重点：金属矿物、铁的冶炼原理、工业流程。布置作业：（1）课本P165习题1、2；（2）查阅资料，了解我国钢铁工业的发展历程，写一篇100字短文。知识点梳理知识点梳理

1.常见金属矿物

（1）赤铁矿：主要成分Fe₂O₃，红棕色固体，炼铁的主要原料。

（2）磁铁矿：主要成分Fe₃O₄，黑色有磁性，炼铁的优质原料。

（3）铝土矿：主要成分Al₂O₃·xH₂O，白色或灰白色，炼铝的原料。

（4）黄铜矿：主要成分CuFeS₂，黄色，炼铜的原料。

（5）方铅矿：主要成分PbS，铅灰色，炼铅的原料。

2.金属冶炼方法的选择

（1）电解法：适用于活泼金属（K、Ca、Na、Mg、Al），如铝的冶炼：2Al₂O₃$\xlongequal{通电}$4Al+3O₂↑（冰晶石作助熔剂）。

（2）还原法：适用于中等活泼金属（Zn、Fe、Sn、Pb），如铁的冶炼用CO作还原剂，锌的冶炼用碳作还原剂：ZnO+C$\xlongequal{高温}$Zn+CO。

（3）热分解法：适用于不活泼金属（Hg、Ag），如汞的冶炼：2HgO$\xlongequal{△}$2Hg+O₂↑。

（4）物理法：适用于极不活泼金属（Pt、Au），如淘金、电解精炼。

3.铁的冶炼——实验室CO还原Fe₂O₃实验

（1）实验装置：硬质玻璃管（盛Fe₂O₃）、酒精喷灯（加热）、澄清石灰水（检验CO₂）、气球或点燃导管（尾气处理）。

（2）实验现象：红色粉末逐渐变黑色，澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。

（3）反应原理：Fe₂O₃+3CO$\xlongequal{高温}$2Fe+3CO₂；CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O。

（4）注意事项：先通CO再加热（排尽空气，防止爆炸）；实验结束后先撤酒精灯再停止通CO（防止铁被氧化）；尾气点燃或收集（CO有毒，防止污染）。

4.铁的冶炼——工业高炉炼铁

（1）原料：铁矿石（提供铁元素）、焦炭（燃烧生成CO和提供热量）、石灰石（除去脉石SiO₂）、空气（提供氧气）。

（2）设备：高炉（炉身、炉腰、炉腹、炉缸、炉喉）。

（3）反应过程：

①焦炭燃烧：C+O₂$\xlongequal{点燃}$CO₂；

二氧化碳与碳反应：CO₂+C$\xlongequal{高温}$2CO；

③铁矿石被还原：Fe₂O₃+3CO$\xlongequal{高温}$2Fe+3CO₂（Fe₃O₄+4CO$\xlongequal{高温}$3Fe+4CO₂）。

（4）产物：生铁（含碳2%~4.3%，含Si、Mn等杂质）、炉渣（CaSiO₃，可作建筑材料）、高炉煤气（主要成分CO、CO₂，可作燃料）。

5.其他金属的冶炼

（1）铜的冶炼：

湿法冶炼：Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu（适用于低品位铜矿）；

热还原法：CuO+CO$\xlongequal{△}$Cu+CO₂（适用于氧化铜矿）。

（2）锌的冶炼：ZnS+O₂$\xlongequal{高温}$2ZnO+2SO₂，ZnO+C$\xlongequal{高温}$Zn+CO。

（3）锡的冶炼：SnO₂+2C$\xlongequal{高温}$Sn+2CO。

（4）铅的冶炼：2PbS+3O₂$\xlongequal{高温}$2PbO+2SO₂，PbO+C$\xlongequal{高温}$Pb+CO↑。

6.金属的回收与利用

（1）回收意义：节约金属资源（如回收1t废钢可炼0.9t钢，节约0.9t铁矿石）、减少环境污染（如废旧电池中的重金属污染）、降低能耗（炼铝回收比电解冶炼节能95%）。

（2）回收方法：分类收集（铁、铝、铜等分开）、重熔冶炼（废铁投入高炉、废铝电解精炼）。

（3）常见回收金属：铁（来自废旧钢铁、机器零件）、铝（来自易拉罐、门窗框架）、铜（来自电线、电缆）。

7.金属锈蚀与防护

（1）铁锈蚀的条件：与氧气、水同时接触（如潮湿空气中铁钉生锈）。

（2）铁锈的主要成分：Fe₂O₃·xH₂O（红褐色疏松物质，不保护内部铁）。

（3）金属防护方法：

①表面覆盖保护层：涂油、刷漆、镀锌（白铁皮）、镀铬（不锈钢）；

②改变金属内部结构：制成不锈钢（加Cr、Ni）；

③电化学保护：牺牲阳极法（如船体镶嵌锌块，锌被腐蚀保护铁）。

8.金属活动性顺序与冶炼方法的关系

金属活动性顺序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu

冶炼方法：电解法（K~Al）、还原法（Zn~Pb）、热分解法（Hg~Ag）、物理法（Pt、Au）。

活动性越强的金属，越难冶炼，需要更强的还原条件（如高温、高压、电解）。

9.冶炼中的环境保护

（1）废气处理：高炉煤气中的CO回收作燃料；SO₂用石灰水吸收：SO₂+Ca(OH)₂=CaSO₃↓+H₂O。

（2）废渣处理：炉渣（CaSiO₃）用于生产水泥或砖；冶炼废渣中的金属（如铜、锌）回收利用。

（3）废水处理：含重金属离子（如Cu²⁺、Pb²⁺）的废水用碱液沉淀：CuSO₄+2NaOH=Cu(OH)₂↓+Na₂SO₄。

10.金属材料的性能与应用

（1）铁：生铁（硬度大、耐压，用于机床底座、管道）；钢（韧性好、强度高，用于建筑、桥梁）。

（2）铝：轻质、抗腐蚀，用于飞机机身、门窗、易拉罐。

（3）铜：导电性好、耐腐蚀，用于电线、电缆、电器零件。

（4）钛：高强度、耐高温、耐腐蚀，用于航空航天、人造关节。典型例题讲解1.写出磁铁矿的主要成分及其在工业炼铁中发生反应的化学方程式。

答案：Fe₃O₄；Fe₃O₄+4CO$\xlongequal{高温}$3Fe+4CO₂。

2.CO还原Fe₂O₃实验中，观察到澄清石灰水变浑浊，黑色固体生成，写出反应的化学方程式并说明尾气处理方法。

答案：Fe₂O₃+3CO$\xlongequal{高温}$2Fe+3CO₂；尾气点燃或收集。

3.工业高炉炼铁中，焦炭的作用是什么？石灰石的作用是什么？

答案：焦炭燃烧生成CO作还原剂并提供热量；石灰石与脉石SiO₂反应生成炉渣。

4.为什么铝的冶炼用电解法而铁用还原法？结合金属活动性顺序说明。

答案：铝比铁活泼，更易失去电子，需电解法强制还原；铁可用CO等还原剂在高温下还原。

5.回收1t废钢可节约多少铁矿石？写出金属回收的两点意义。

答案：0.9t；节约资源、减少环境污染。板书设计①金属矿物与冶炼原理

赤铁矿（Fe₂O₃）、磁铁矿（Fe₃O₄）、铝土矿（Al₂O₃·xH₂O）

CO还原Fe₂O₃：Fe₂O₃+3CO$\xlongequal{高温}$2Fe+3CO₂

尾气处理：点燃或收集（有毒）

②铁的冶炼

实验室实验：红色粉末变黑色，澄清石灰水变浑浊

工业高炉：原料（铁矿石